Akustický vlnovod

Akustický vlnovod  - úsek média, ohraničený v jednom nebo dvou směrech stěnami nebo jinými médii, v důsledku čehož je eliminován nebo snížen rozptyl vlnění do stran, takže šíření zvuku podél úseku nastává s menším útlumem než v neomezené homogenní médium.

Typy

Umělé akustické vlnovody jsou obvykle trubky uzavřené zvukotěsnými stěnami (např. varhanní píšťaly, ventilační potrubí, tunely).

Přirozené akustické vlnovody jsou obvykle vrstvy média: například pro nízké zvukové frekvence je oceán vlnovodem ve formě vrstvy vody, omezené na jedné straně půdou a na druhé volné hladině vody. Akustický vlnovod může být také tvořen vertikální vrstvenou nehomogenitou média (například podvodní zvukový kanál v oceánu): vlny protínající pod malými úhly vrstvu, ve které má rychlost zvuku minimální hodnotu, se k ní vrací jako výsledek lomu v sousedních vrstvách s vyšší rychlostí zvuku, jako by se od těchto vrstev odrážel (viz Hydroakustika ). Na rozdíl od trubek, ve kterých se zvuk šíří přímočaře (podél osy trubky), se zvuk ve vrstvě může šířit i ve formě válcově divergentních nebo sbíhavých vln.

Vlastnosti

Jediným typem vln šířících se v akustických vlnovodech beze změny jejich struktury jsou normální vlny ( vidy ). V nejjednodušším případě šíření zvuku v homogenním neabsorbujícím prostředí vyplňujícím vrstvu nebo obdélníkovou trubici je normální vlna harmonická vlna , která se pohybuje (homogenní normální vlna) nebo exponenciálně klesá (nerovnoměrná normální vlna) podél vlnovodu a sinusová stojatá vlna v příčném směru. Při dané frekvenci tvoří normální vlny nekonečnou diskrétní sadu vln, které se liší fázovou rychlostí a počtem uzlových čar zvukového pole v příčném směru: každé normální vlně je přiřazeno číslo rovné počtu těchto čar.

V akustickém vlnovodu s vrstveným nehomogenním prostředím, umělým i přirozeným, jsou i diskrétní soubory normálních vln s podobnými vlastnostmi. Při vrstvené nehomogenitě média vyplňujícího vlnovod již nebude stojaté vlnění v příčném směru sinusové, ale normální vlny lze stále očíslovat podle počtu uzlových čar v průřezu. Disperzní vlastnosti přirozených akustických vlnovodů se obvykle výrazně liší od disperzních vlastností homogenních vlnovodů.

Akustické vlnovody v pevné fázi jsou obvykle omezeny volnými hranicemi (tyče, desky). Normální vlny v takových akustických vlnovodech jsou tvořeny jak střižnými vlnami horizontální (paralelní s rozhraním) polarizace , tak společně se šířícími podélnými a střižnými vlnami vertikální polarizace, které se při odrazech na hranicích vzájemně přeměňují. Sada takových normálních vln je bohatší než u kapalných akustických vlnovodů. Zejména jsou v nich možné normální vlny s komplexními vlnovými čísly.

Pevné akustické vlnovody se v ultrazvukové technice nazývají také jakákoli zařízení (tyče, koncentrátory) pro přenos vibrační energie v určité vzdálenosti od zdroje nebo pro zavádění vibrační energie do libovolného prostředí.

Viz také

Literatura