Акустический волновод

Акустический волновод

Акустический волновод — это участок среды, который ограничен в одном или двух направлениях стенками или другими средами. Благодаря этому уменьшается расхождение волн в стороны, в итоге звук распространяется вдоль участка с меньшим ослаблением, чем в неограниченной однородной среде.

Виды:

Искусственные акустические волноводы обычно являются трубами, ограниченными звуконепроницаемыми стенками (например, органные трубы, вентиляционные каналы, туннели). Естественные акустические волноводы — это обычно слои среды. К примеру, для низких частот звука океан является волноводом в виде слоя воды, который ограничен с одной стороны грунтом, а с другой стороны — свободной поверхностью воды. Акустический волновод бывает образован вертикальной слоистой неоднородностью среды (подводный звуковой канал в океане): волны, пересекающие под малыми углами слой, в котором скорость звука имеет минимальное значение, заворачивают к нему обратно в результате рефракции в смежных слоях с бо́льшей скоростью звука, как бы отражаясь от этих слоев (см. Гидроакустика). В отличие от труб, где звук распространяется прямолинейно (вдоль оси трубы), звук в слое может также распространяться в виде цилиндрически расходящихся или сходящихся волн.

Свойства:

В акустических волноводах со слоисто-неоднородной средой, также бывают дискретные наборы нормальных волн с подобными свойствами. При слоистой неоднородности среды, которая заполняет волновод, стоячая волна в поперечном направлении уже не будет синусоидальной, но нормальные волны по-прежнему можно нумеровать по числу узловых линий в поперечном сечении. Дисперсионные свойства естественых акустических волноводов обычно существенно отличаются от дисперсионных свойств однородных волноводов.

Твердотельные акустические волноводы обычно ограничены свободными границами (стержни, пластины). Нормальные волны в таких акустических волноводах образованы как сдвиговыми волнами горизонтальной (параллельной границе раздела) поляризации, так и совместно распространяющимися продольными и сдвиговыми волнами вертикальной поляризации, преобразующимися друг в друга при отражениях на границах. Набор таких нормальных волн богаче, чем в жидких акустических волноводах. В частности, в них возможны нормальные волны с комплексными волновыми числами.