.png){kind=spacer}
Акустический волновод является использование длинного канала, который выступает в качестве акустического волновода , и используется для получения или передачи звука в неискаженной форме. Технически это акустический аналоговый электрической линии передачи , как правило , задуманной в качестве жесткой стенкой канала или трубки, то есть длинные и тонкие по сравнению с длиной волны от звука , присутствующего в ней.
Примеры технологий, связанных с линиями передачи (TL), включают (в основном устаревшую) говорящую трубку , которая передавала звук в другое место с минимальными потерями и искажениями, духовые инструменты, такие как орган , деревянные и медные, которые можно частично смоделировать как передачу линии (хотя их конструкция также включает в себя генерацию звука, контролируя его тембр , и сочетания его эффективно на открытый воздух), а также линия передачи акустических систем на основе , которые используют один и тот же принцип , чтобы произвести точный расширенный низкий басчастот и избежать искажений. Сравнение акустического канала и линии электропередачи полезно при моделировании акустических систем с сосредоточенными элементами, в котором акустические элементы, такие как объемы, трубы, поршни и экраны, могут быть смоделированы как отдельные элементы в цепи. При замене давления на напряжение и объемной скорости частиц на ток уравнения по существу остаются такими же. [2] Линии электропередачи могут использоваться для описания акустических трубок и каналов при условии, что частота волн в трубке ниже критической частоты, так что они являются чисто плоскими.
Принципы дизайна [ править ]
Инверсия фазы достигается выбором длины линии, равной четверти длины волны целевой самой низкой частоты. Эффект проиллюстрирован на рис. 1, на котором показана жесткая граница на одном конце (динамик) и открытая вентиляционная труба на другом. Фазовое соотношение между низкочастотным динамиком и вентиляционным отверстием синфазно в полосе пропускания до тех пор, пока частота не приближается к четверти длины волны, когда соотношение достигает 90 градусов, как показано. Однако к этому времени большая часть выработки производится через вентиляционное отверстие (рис. 2). Поскольку линия работает в нескольких октавах с приводом, отклонение конуса уменьшается, обеспечивая более высокий уровень звукового давления и более низкие уровни искажений по сравнению с конструкциями с отражателем и бесконечными перегородками.
Расчет длины линии, необходимой для определенного расширения баса, кажется простым и основан на простой формуле:
где:
- это частота звука в Герцах (Гц)
- 344 м / с является скоростью звука в воздухе при 20 ° C
- - длина линии передачи в метрах .
Сложная загрузка низкочастотного динамика требует определенных параметров динамика Тиле-Смолла.чтобы реализовать все преимущества конструкции TL. Большинство приводных устройств на рынке разработаны для более распространенных конструкций с отражателем и бесконечной перегородкой и обычно не подходят для загрузки TL. Высокоэффективные басовые динамики с расширенными низкочастотными характеристиками обычно проектируются так, чтобы быть чрезвычайно легкими и гибкими, с очень податливыми подвесками. Несмотря на то, что эти характеристики хорошо работают в рефлекторном исполнении, они не соответствуют требованиям, предъявляемым к конструкции TL. Привод эффективно связан с длинным столбом воздуха, имеющим массу. Это снижает резонансную частоту приводного устройства, устраняя необходимость в устройстве с высокой степенью совместимости. Кроме того, столб воздуха оказывает большее усилие на самого водителя, чем водитель, открывающийся на большой объем воздуха (говоря простым языком, он обеспечивает большее сопротивление попыткам водителя сдвинуть его с места),поэтому для управления движением воздуха требуется чрезвычайно жесткий конус, чтобы избежать деформации и, как следствие, искажения.
Введение поглощающих материалов снижает скорость звука в линии, как обнаружил Бейли в его оригинальной работе. Брэдбери опубликовал свои обширные тесты для определения этого эффекта в статье в Journal of the Audio Engineering Society (JAES) в 1976 г. [3]и его результаты согласились с тем, что линии с сильным демпфированием могут снизить скорость звука на целых 50%, хотя 35% типично для линий со средним демпфированием. Испытания Брэдбери проводились с использованием волокнистых материалов, как правило, длинношерстной шерсти и стекловолокна. Однако такие материалы дают очень разные эффекты, которые не всегда можно повторить для производственных целей. Они также могут создавать несоответствия из-за движения, климатических факторов и воздействий с течением времени. Акустическая пена с высокими техническими характеристиками, разработанная производителями громкоговорителей, такими как PMC, с характеристиками, аналогичными характеристикам длинношерстной шерсти, обеспечивает воспроизводимые результаты для стабильного производства. Плотность полимера, диаметр пор и рельефный профиль - все это указано для обеспечения правильного поглощения для каждой модели динамика.Количество и расположение пены имеют решающее значение для создания акустического фильтра нижних частот, который обеспечивает адекватное ослабление верхних басовых частот, в то же время обеспечивая беспрепятственный путь для низких басовых частот.
Открытие и развитие [ править ]
Компания Stromberg-Carlson Co. назвала эту концепцию «акустическим лабиринтом», когда она использовалась в их консольных радиоприемниках, начиная с 1936 года (см. Http://www.radiomuseum.org/r/stromberg_acoustical_labyrinth_837.html ). Этот тип корпуса для громкоговорителей был предложен в октябре 1965 г. доктором А. Р. Бейли и А. Х. Рэдфордом в журнале Wireless World.(с483-486) журнал. В статье постулировалось, что энергия от задней части динамика может быть по существу поглощена без демпфирования движения конуса или наложения внутренних отражений и резонанса, поэтому Бейли и Рэдфорд пришли к выводу, что задняя волна может быть направлена по длинной трубе. Если бы акустическая энергия была поглощена, она не могла бы вызывать резонансы. Трубу достаточной длины можно было сузить и набить так, чтобы потеря энергии была почти полной, сводя к минимуму выходную мощность с открытого конца. Нет единого мнения об идеальном конусе (расширяющемся, однородном поперечном сечении или сужающемся).
Использует [ редактировать ]
Дизайн громкоговорителя [ править ]
Линии передачи звука привлекли внимание в связи с их использованием в громкоговорителях в 1960-х и 1970-х годах. В 1965 году в статье АР Бейли в Wireless World «Нерезонансный дизайн корпуса громкоговорителя» [4] подробно описывалась рабочая линия передачи, которая была коммерциализирована Джоном Райтом и партнерами под торговой маркой IMF, а затем и TDL , и продавалась меломан Ирвинг М. "Бад" Фрид в США.
Линия передачи используется в конструкции громкоговорителей для уменьшения временных, фазовых и резонансных искажений, а также во многих конструкциях для получения исключительного расширения низких частот до нижних частот человеческого слуха, а в некоторых случаях - до инфразвуковых (ниже 20 Гц). Эталонный диапазон динамиков TDL 1980-х годов (сейчас снятый с производства) содержал модели с частотными диапазонами от 20 Гц вверх, до 7 Гц и выше, без необходимости в отдельном сабвуфере . [5] Ирвинг М. Фрид , сторонник дизайна TL, заявил, что:
- «Я считаю, что динамики должны сохранять целостность формы сигнала, и журнал Audio Perfectionist Journal представил много информации о важности работы динамиков во временной области. Я не единственный, кто ценит точность во времени и фазе ораторов, но в последние годы я был фактически единственным сторонником, выступавшим в печати. Для этого есть причина ».
На практике канал загибается внутрь шкафа обычной формы, так что открытый конец канала выглядит как вентиляционное отверстие на корпусе динамика. Существует множество способов изгиба воздуховода, и линия часто сужается в поперечном сечении, чтобы избежать параллельных внутренних поверхностей, которые способствуют возникновению стоячих волн. В зависимости от узла привода и количества - и различных физических свойств - абсорбирующего материала, величина конуса будет регулироваться в процессе проектирования, чтобы настроить воздуховод для устранения неровностей в его реакции. Внутренние перегородки обеспечивают надежную фиксацию всей конструкции, уменьшая изгиб и окраску шкафа. Внутренние поверхности воздуховода или трубопровода обрабатываются абсорбирующим материалом, чтобы обеспечить правильное завершение с частотой для нагрузки приводного устройства как TL.Теоретически идеальный TL поглотит все частоты, входящие в линию с задней стороны привода, но остается теоретическим, поскольку он должен быть бесконечно длинным. Физические ограничения реального мира требуют, чтобы длина линии часто была меньше 4 метров, прежде чем шкаф станет слишком большим для любых практических применений, поэтому не вся задняя энергия может быть поглощена линией. В реализованном TL только верхний бас загружен в истинном смысле этого слова (т.е. полностью поглощен); низкие басы могут свободно исходить из вентиляционного отверстия в корпусе. Таким образом, линия эффективно работает как фильтр нижних частот, фактически еще одна точка кроссовера, достигаемая акустически линией и ее абсорбирующим наполнением. Ниже этой «точки пересечения» низкие басы загружаются столбом воздуха, образованным длиной линии.Длина указана для изменения фазы заднего выхода приводного блока на выходе из вентиляционного отверстия. Эта энергия сочетается с выходной мощностью басового блока, расширяя его отклик и эффективно создавая второй драйвер.
Звуковые каналы как линии передачи [ править ]
Канал для распространения звука также ведет себя как линия передачи (например, канал кондиционирования воздуха, автомобильный глушитель и т. Д.). Его длина может быть подобна длине волны звука, проходящего через него, но размеры его поперечного сечения обычно меньше четверти длины волны. Звук вводится на одном конце трубки, заставляя давление по всему поперечному сечению изменяться со временем. Почти плоский волновой фронт распространяется по линии со скоростью звука. Когда волна достигает конца линии передачи, поведение зависит от того, что присутствует в конце линии. Возможны три сценария:
- Частота импульса, генерируемого датчиком, приводит к пику давления на выходе из конечной части (нечетно упорядоченный гармонический резонанс открытой трубы), что приводит к фактически низкому акустическому импедансу канала и высокому уровню передачи энергии.
- Частота импульса, генерируемого датчиком, приводит к нулю давления на выходе из оконечной нагрузки (даже упорядоченный гармонический антирезонанс открытой трубы), что приводит к эффективному высокому акустическому импедансу канала и низкому уровню передачи энергии.
- Частота импульса, генерируемого датчиком, не приводит ни к пику, ни к нулю, при котором передача энергии является номинальной или соответствует типичному рассеянию энергии с расстоянием от источника.
См. Также [ править ]
 | Викискладе есть медиафайлы по теме громкоговорителя . |
- Частотный отклик
- Акустика громкоговорителей
- Измерение громкоговорителя
- Говорящая трубка
Ссылки [ править ]
- ^ http://www.imf-electronics.com/Home/imf/speaker-range/reference-speakers/rspm
- ^ Беранек, Лев (1954) Акустика . Американский институт физики. ISBN 978-0883184943
- ^ LJS Bradbury, «Использование волокнистых материалов в корпусах громкоговорителей», Журнал Общества инженеров аудио, апрель 1976 г., страницы 404-412.
- ↑ AR Bailey, «Нерезонансный дизайн корпуса громкоговорителя», Wireless World, октябрь 1965 г., стр. 483-486
- ^ http://www.imf-electronics.com/Home/imf/speaker-range/reference-speakers
Внешние ссылки [ править ]
- Четвертьволновые громкоговорители - Мартин Дж. Кинг, разработчик программного обеспечения для моделирования TL
- Страницы динамиков линии передачи - проекты TL, история и многое другое
- Статьи по Brines Acoustics ( Архивировано 24 октября 2009 г.) - Применение, советы, эссе
- Четвертьволновая трубка - DiracDelta.ru - описание работы, уравнения и онлайн-расчет
