Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Введение
Физическая структура для направления звуковых волн.
Physical structure for guiding sound waves
Акустический волновод – это физическая структура, предназначенная для направления звуковых волн, то есть волновод, применяемый в акустике.
An acoustic waveguide is a physical structure for guiding sound waves, i. e., a waveguide used in acoustics.
Примеры
Один из примеров — говорящая трубка, используемая на кораблях для связи между палубами. Другие примеры включают заднюю полость в корпусе громкоговорителя линии передачи, ушной канал и стетоскоп. Термин также применим к направленным волнам в твердых телах. Канал для распространения звука также ведет себя как линия передачи (например, воздуховод системы кондиционирования, глушитель автомобиля и т. д.). В канале содержится среда, такая как воздух, поддерживающая распространение звука. Его длина обычно составляет около четверти длины волны, которую необходимо направлять, но размеры его поперечного сечения меньше этой длины. Звук вводится в один конец трубки, вызывая изменение давления в направлении распространения, что создает градиент давления, перемещающийся перпендикулярно поперечному сечению со скоростью звука. Когда волна достигает конца линии передачи, ее поведение зависит от того, что находится на конце линии. Существует три обобщенных сценария:
One example is a speaking tube used aboard ships for communication between decks. Other examples include the rear passage in a transmission line loudspeaker enclosure, the ear canal, and a stethoscope. The term also applies to guided waves in solids. A duct for sound propagation also behaves like a transmission line (e. g. air conditioning duct, car muffler, etc.). The duct contains some medium, such as air, that supports sound propagation. Its length is typically around a quarter of the wavelength which is intended to be guided, but the dimensions of its cross section are smaller than this. Sound is introduced at one end of the tube by forcing the pressure to vary in the direction of propagation, which causes a pressure gradient to travel perpendicular to the cross section at the speed of sound. When the wave reaches the end of the transmission line, its behaviour depends on what is present at the end of the line. There are three generalized scenarios:
Нагрузка с низким импедансом (например, открытый конец в свободном воздухе) вызовет отраженную волну, в которой знак изменения давления изменится на противоположный, но направление звуковой волны останется прежним. Нагрузка, соответствующая характеристическому импедансу (определенному ниже), полностью поглотит волну и связанную с ней энергию. Отражения не произойдет. Нагрузка с высоким импедансом (например, закрытый конец линии) вызовет отраженную волну, в которой направление звуковой волны изменится на противоположное, но знак давления останется прежним. Поскольку линия передачи ведет себя как четырехполюсная модель, нельзя корректно определить или измерить импеданс компонента линии передачи. Однако можно измерить его входной или выходной импеданс. Он зависит от площади поперечного сечения и длины линии, частоты звука, а также от характеристического импеданса среды, в которой распространяется звук в канале. Только в исключительных случаях с закрытым концом трубы (аналогично электрическому короткому замыканию) входной импеданс можно рассматривать как импеданс компонента. Если линия передачи конечной длины не согласована на обоих концах, волна может многократно отражаться до тех пор, пока не будет поглощена. Это явление является своего рода резонансом и будет ослаблять любой сигнал, подаваемый в линию. При сочетании этого резонансного эффекта с механизмом активной обратной связи и подачей энергии можно создать колебания, которые можно использовать для генерации периодических акустических сигналов, таких как музыкальные ноты (например, в органной трубе). Однако применение теории линии передачи в акустике используется редко. Вместо этого используется эквивалентная четырехполюсная модель, разделяющая прямые и отраженные волны. Это упрощает введение физически измеримых акустических характеристик, коэффициентов отражения, материальных констант изоляционных материалов, влияния скорости воздуха на длину волны (числа Маха) и т. д. Этот подход также позволяет избежать непрактичных теоретических концепций, таких как акустический импеданс трубы, который невозможно измерить из-за его неотъемлемого взаимодействия с источником звука и нагрузкой акустического компонента.
A low impedance load (e. g. leaving the end open in free air) will cause a reflected wave in which the sign of the pressure variation reverses, but the direction of the pressure wave remains the same. A load that matches the characteristic impedance (defined below) will completely absorb the wave and the energy associated with it. No reflection will occur. A high impedance load (e. g. by plugging the end of the line) will cause a reflected wave in which the direction of the pressure wave is reversed but the sign of the pressure remains the same. Since a transmission line behaves like a four terminal model, one cannot really define or measure the impedance of a transmission line component. One can however measure its input or output impedance. It depends on the cross sectional area and length of the line, the sound frequency, as well as the characteristic impedance of the sound propagating medium within the duct. Only in the exceptional case of a closed end tube (to be compared with electrical short circuit), the input impedance could be regarded as a component impedance. Where a transmission line of finite length is mismatched at both ends, there is the potential for a wave to bounce back and forth many times until it is absorbed. This phenomenon is a kind of resonance and will tend to attenuate any signal fed into the line. When this resonance effect is combined with some sort of active feedback mechanism and power input, it is possible to set up an oscillation which can be used to generate periodic acoustic signals such as musical notes (e. g. in an organ pipe). The application of transmission line theory is however seldom used in acoustics. An equivalent four terminal model which splits the downstream and upstream waves is used. This eases the introduction of physically measurable acoustic characteristics, reflection coefficients, material constants of insulation material, the influence of air velocity on wavelength (Mach number), etc. This approach also circumvents impractical theoretical concepts, such as acoustic impedance of a tube, which is not measurable because of its inherent interaction with the sound source and the load of the acoustic component.