Vågledare (akustik)
- Den här sidan handlar om vågledare för akustik och ljud, för andra typer av vågledare, se Vågledare
En akustisk vågledare är en fysisk struktur för att styra ljudvågor .
Exempel
Ett exempel kan vara ett talrör som används ombord på fartyg för kommunikation mellan däck. Andra exempel inkluderar den bakre passagen i ett högtalarhölje för en transmissionslinje, hörselgången eller en enhet som ett stetoskop . Termen gäller även styrda vågor i fasta ämnen.
En kanal för ljudutbredning beter sig också som en transmissionsledning (t.ex. luftkonditioneringskanal, billjuddämpare etc.). Kanalen innehåller något medium , såsom luft , som stöder ljudutbredning. Dess längd är vanligtvis runt en fjärdedel av den våglängd som är avsedd att styras, men dimensionerna på dess tvärsnitt är mindre än så. Ljud införs i ena änden av röret genom att tvinga trycket att variera i utbredningsriktningen, vilket gör att en tryckgradient rör sig vinkelrätt mot tvärsnittet med ljudets hastighet . När vågen når slutet av transmissionslinjen beror dess beteende på vad som finns i slutet av linjen. Det finns tre generaliserade scenarier:
En lågimpedansbelastning ( t.ex. lämnar änden öppen i fri luft) kommer att orsaka en reflekterad våg där tecknet på tryckvariationen vänder, men tryckvågens riktning förblir densamma.
En belastning som matchar den karakteristiska impedansen (definierad nedan) kommer att helt absorbera vågen och den energi som är associerad med den. Ingen reflektion kommer att ske.
En hög impedansbelastning (t.ex. genom att täppa till änden av ledningen) kommer att orsaka en reflekterad våg i vilken riktningen på tryckvågen vänds men tryckets tecken förblir detsamma.
Eftersom en transmissionsledning beter sig som en modell med fyra terminaler, kan man inte riktigt definiera eller mäta impedansen för en transmissionslinjekomponent. Man kan dock mäta dess ingångs- eller utgångsimpedans. Det beror på ledningens tvärsnittsarea och längd, ljudfrekvensen, såväl som den karakteristiska impedansen för ljudutbredningsmediet i kanalen. Endast i undantagsfallet med ett sluten rör (att jämföra med elektrisk kortslutning) kan ingångsimpedansen betraktas som en komponentimpedans.
Där en överföringsledning med ändlig längd inte matchar i båda ändar, finns det risk för att en våg studsar fram och tillbaka många gånger tills den absorberas. Detta fenomen är ett slags resonans och tenderar att dämpa alla signaler som matas in i linjen.
När denna resonanseffekt kombineras med någon form av aktiv återkopplingsmekanism och effektinmatning är det möjligt att ställa in en oscillation som kan användas för att generera periodiska akustiska signaler såsom musiknoter (t.ex. i en orgelpipa).
Tillämpningen av transmissionsledningsteori används dock sällan inom akustik . En ekvivalent modell med fyra terminaler som delar nedströms- och uppströmsvågorna används. Detta underlättar införandet av fysiskt mätbara akustiska egenskaper, reflektionskoefficienter , materialkonstanter för isoleringsmaterial , lufthastighetens inverkan på våglängden (Mach-tal), etc. Detta tillvägagångssätt kringgår också opraktiska teoretiska begrepp, såsom akustisk impedans hos ett rör, vilket är inte mätbar på grund av dess inneboende interaktion med ljudkällan och belastningen av den akustiska komponenten.
Se även
- Akustisk transmissionslinje - en typ av teknik som används i vissa högtalare och bygger på principerna för en akustisk vågledare.
Bibliografi
- Morse, PM, Vibration och ljud, McGraw Hill, 1948, NYC, NY.
- Pierce, AD, Acoustics: An Introduction to its Physical Principles and Applications, McGraw Hill, 1981, NYC, NY.