Акустическая линия передачи

Акустическая линия передачи - это использование длинного протока, который действует как акустический волновод и используется для производства или передачи звука бездействующим образом. Технически это акустический аналог линии электрической передачи , обычно задуманной как жесткий канал или трубку, который является длинным и тонким по сравнению с длиной волны звука, присутствующего в нем.

Примеры технологий, связанных с линией передачи (TL), включают (в основном устаревшую) говорящую трубку , которая передается звук в другое место с минимальными потерями и искажением, ветровыми инструментами , такими как орган трубы , деревянный ветру и латунь, которые можно привести к моделированию как передача Линии (хотя их дизайн также включает в себя создание звука, управление его тембром и эффективно соединение его с открытым воздухом), а также громкоговорители на основе линии передачи , которые используют тот же принцип для производства Точные расширенные низкие частоты басов и избегают искажений. Сравнение между акустическим каналом и линией электрической передачи полезно при моделировании акустических систем «смешного элемента», в котором акустические элементы, такие как объемы, трубки, поршни и экраны, могут быть смоделированы как отдельные элементы в цепи. С заменой давления на напряжение и скорость объемной частицы для тока, уравнения по существу одинаковы. ^{[ 2 ]} Электрические линии передачи могут использоваться для описания акустических труб и протоков, при условии, что частота волн в трубе находится ниже критической частоты, так что они являются чисто плоскими.

Принципы дизайна

Фазовая инверсия достигается путем выбора длины линии, которая равна длине волны четверти целевой самой низкой частоты. Эффект показан на рис. 1, который показывает жесткую границу на одном конце (динамик) и открытое вентиляционное отверстие в другом. Фазовое соотношение между басовым драйвером и вентиляционным отверстием находится в фазе в полосе прохождения до тех пор, пока частота не приближается к длине волны четверти, когда взаимосвязь достигает 90 градусов, как показано на рисунке. Однако к этому времени вентиляционное отверстие производит большую часть выхода (рис. 2). Поскольку линия работает на нескольких октавах с приводной единицей, конусная экскурсия снижается, обеспечивая более высокие уровни искажения SPL и более низкого уровня искажения по сравнению с рефлекторными и бесконечными конструкциями перегородки.

Расчет длины линии, необходимой для определенного расширения баса, кажется простым, на основе простой формулы:

\ell ={\frac {344}{\,4\times f\,~}}

где $f$ Звуковая частота в Герце (Гц) , $344$ скорость звука в воздухе при 20 ° С в метрах/секунду, и $\ell$ Длина линии передачи в метрах .

Сложная загрузка басового привода требует определенных параметров драйвера Thile-Small, чтобы реализовать все преимущества конструкции TL. Тем не менее, большинство ведущих подразделений на рынке разработаны для более распространенных рефлексов и бесконечных конструкций перегородки и обычно не подходят для нагрузки TL. Высокоэффективные драйверы басов с расширенной низкочастотной способностью, как правило, предназначены для того, чтобы быть чрезвычайно легкими и гибкими, имея очень совместимые подвески. В то же время хорошо выступая в рефлекторном дизайне, эти характеристики не соответствуют требованиям дизайна TL. Приводной блок эффективно связан с длинной колонкой воздуха, который имеет массу. Это снижает резонансную частоту приводного блока, отрицая необходимость в высоко соответствующем устройстве. Кроме того, колонна воздуха обеспечивает большую силу самого водителя, чем водитель, открывающийся на большой объем воздуха (в простых терминах он обеспечивает большее сопротивление попытке водителя переместить его), поэтому для управления движением воздуха требуется чрезвычайно жесткий конус, чтобы избежать деформации и последующего искажения.

Введение материалов поглощения уменьшает скорость звука через линию, как обнаружил Бейли в его первоначальной работе. Брэдбери опубликовал свои обширные тесты, чтобы определить этот эффект в статье в журнале Общества аудиоинженерно -инженерии (JAES) в 1976 году. ^{[ 3 ]} и его результаты согласились с тем, что сильно демпфированные линии могут уменьшить скорость звука на целых 50%, хотя 35% типичны в средних демпфированных линиях. Тесты Брэдбери проводились с использованием волокнистых материалов, обычно длиной шерсти и стеклянного волокна. Эти виды материалов, однако, дают очень изменчивые эффекты, которые не являются постоянно повторяемыми для производственных целей. Они также могут создавать несоответствия из -за движения, климатических факторов и последствий с течением времени. Акустические пены с высокой спецификацией, разработанные производителями громкоговорителей, такими как PMC, с аналогичными характеристиками с длинной шерстью, обеспечивают повторяемые результаты для последовательного производства. Плотность полимера, диаметр пор и скульптурное профилирование все указаны для обеспечения правильного поглощения для каждой модели динамика. Количество и положение пены имеют решающее значение для разработки акустического фильтра с низким частотой, который обеспечивает адекватное ослабление частот верхнего баса, в то же время позволяя невзгодным путем для низких частот басов.

Открытие и развитие

Это изображение на самом деле является перевернутым сложенным рогом. Вы можете сказать, что горло больше, чем у отверстия порта. Истинный корпус линии передачи - это та же самая ширина «вентиляционное отверстие» повсюду.

Эта концепция была названа «акустическим лабиринтом» Stromberg-Carlson Co. при использовании в их консольных радиоприемниках, начиная с 1936 года (см. Concert Grand 837G CH = 837 Радио Стромберг-Карлсон Австралазия Pty | Radiomuseum ). Бенджамин Олни, который работал в Стромберге-Карлсоне, был изобретателем акустического лабиринта и написал статью для журнала Акустического общества Америки в октябре 1936 года под названием «Метод устранения резонанса полости, расширение низкочастотной реакции и увеличения акустического демпфирования в Шкафы типа шкафа «См. [1] Stromberg-Carlson начал производство акустического лабиринтового громкоговорителя Приложение, предназначенное для 12-дюймового или 15-дюймового коаксиального драйвера еще в 1952 году, как очевидно в статье в аудиоинженерии в июле 1952 года (стр. 28), см. [2] и многочисленные рекламные объявления в журнале Hi-Fidelity в 1952 году и после этого. В октябре 1965 года в октябре 1965 года был предложен тип линии линии передачи в октябре 1965 года и Ах Рэдфорд в журнале Wireless World (P483-486). В статье постулировали, что энергия с задней части водительского блока может быть поглощена, не затухая движения конуса и не накладывая внутренние отражения и резонанс, поэтому Бейли и Рэдфорд рассуждали, что задняя волна может быть направлена по длинной трубе. Если бы акустическая энергия была поглощена, она не была бы доступна для возбуждения резонансов. Труба с достаточной длиной может быть конусной и наполнена так, чтобы потеря энергии была почти полной, минимизирующая выход с открытого конца. Не было установлено широкого консенсуса в отношении идеального конуса (расширение, равномерное поперечное сечение или контракты).

Использование

Дизайн громкоговорителя

Акустические линии передачи привлекли внимание в их использовании в громкоговорителях в 1960 -х и 1970 -х годах. В 1965 году статья Ар Бейли в беспроводном мире, «нерезонансный дизайн корпуса громкоговорителя», ^{[ 4 ]} Подробная рабочая линия передачи, которая была коммерциализирована Джоном Райтом и партнерами под брендом МВФ , а затем TDL , и была продана аудиофилом Ирвинг М. «Бад», жареный в Соединенных Штатах.

Линия передачи используется в конструкции громкоговорителя, для сокращения времени, фазы и резонанса, связанных с искажениями, и во многих конструкциях для получения исключительного расширения басов до нижнего конца человеческого слуха, а в некоторых случаях почти инфразированный (ниже 20 Гц). Справочный диапазон динамиков TDL 1980 -х годов (в настоящее время прекращенный) содержал модели с частотными диапазонами на 20 Гц выше, до 7 Гц выше, без необходимости отдельного сабвуфера . Ирвинг М. Фрид , защитник дизайна TL, заявил, что:

«Я считаю, что докладчики должны сохранить целостность формы сигнала, а в журнале Audio Perfectionist предоставил большую информацию о важности производительности во времени домены в громкоговорителях. Я не единственный, кто ценит время- и фазовую точку зрения Спикеры, но я был практически единственным защитником, чтобы выступить в печати в последние годы.

На практике воздуховоды сложены внутри обычного шкафа в форме, так что открытый конец воздуховода появляется как вентиляционное отверстие в шкафу динамика. Есть много способов, которыми воздуховоды можно сложить, и линия часто конусна в поперечном сечении, чтобы избежать параллельных внутренних поверхностей, которые поощряют стоящие волны. В зависимости от приводной единицы и количества - и различных физических свойств - абсорбирующего материала, количество конуса будет скорректировано во время процесса проектирования, чтобы настроить проток, чтобы удалить неровности в его ответе. Внутреннее разделение обеспечивает существенное соединение для всей структуры, уменьшая сгибание шкафа и окраску. Внутренние лица воздуховода или линии обрабатываются абсорбирующим материалом, чтобы обеспечить правильное прекращение с частотой для загрузки привода в качестве TL. Теоретически совершенный TL поглощает все частоты, входящие в линию от задней части приводной единицы, но остается теоретическим, поскольку это должно быть бесконечно длинным. Физические ограничения реального мира требуют, чтобы длина линии часто составляла менее 4 метров, прежде чем шкаф станет слишком большой для каких -либо практических применений, поэтому не вся задняя энергия может быть поглощена линией. В реализованном TL только верхний бас загружается в истинном смысле термина (т.е. полностью поглощен); Низкий бас разрешается свободно излучать от вентиляционного отверстия в шкафу. Следовательно, линия эффективно работает как фильтр низкого уровня, еще одна точка кроссовера, на самом деле, достигнутая акустически линией и ее абсорбирующей заполнением. Ниже этой «точки кроссовера» низкий бас загружается колонкой воздуха, образованной длиной линии. Длина указана для того, чтобы обратить вспять фазу заднего выходного сигнала привода, когда он выходит из вентиляционного отверстия. Эта энергия в совокупности сочетается с выходом басового блока, расширяя его отклика и эффективно создавая второй драйвер.

Звуковые воздуховоды как линии передачи

Проток для распространения звука также ведет себя как линия передачи (например, канал кондиционера, автомобильный глушитель, ...). Его длина может быть аналогична длине волны звука, проходящего через него, но размеры его поперечного сечения обычно меньше одной четверти длины волны. Звук вводится на одном конце трубки, вынуждая давление по всему поперечному сечению со временем. Почти плоский волновой фронт движется по линии со скоростью звука. Когда волна достигает конца линии передачи, поведение зависит от того, что присутствует в конце линии. Есть три возможных сценария:

Частота импульса, генерируемого в преобразователе, приводит к пику давления на выходе к концу (нечетное упорядоченное гармоническое резонанс труб), что приводит к эффективному низкому акустическому сопротивлению воздуховода и высоким уровням переноса энергии.
Частота импульса, генерируемого в преобразователе, приводит к нулю давления на выходе к кончику (даже упорядоченную гармоническую открытую трубную анти -ризонансность), что приводит к эффективному акустическому сопротивлению воздуховода и низкому уровню переноса энергии.
Частота импульса, генерируемого в преобразователе, не приводит ни к пику, ни нулю, при котором перенос энергии является номинальным или соответствует типичному рассеянию энергии с расстоянием от источника.

Смотрите также

Ссылки

^ Справочные динамики imf-electronics.com ^{[ мертвая ссылка ]}
^ Беранек, Лео (1954) Акустика . Американский институт физики. ISBN 978-0883184943
^ LJS Брэдбери, «Использование волокнистых материалов в корпусах громкоговорителей», журнал Общества аудиоинженерии, апрель 1976 г., страницы 404-412
^ AR Bailey, «Нерезонансный дизайн корпуса громкоговорителя», Wireless World, октябрь 1965 г., страницы 483-486

Внешние ссылки

Четвертьволновые громкоговорители - Мартин Дж. Кинг, разработчик программного обеспечения для моделирования TL
[3] - Теория и дизайн TL
Страницы линии передачи страниц - проекты TL, история и многое другое
Статьи о акустике рассола ( архив 2009-10-24)-применение, советы, эссе
Труба четверть волны - diracdelta.co.uk - Описание работы, уравнения и онлайн -расчеты

[IMF_RSPM-1] Справочные динамики imf-electronics.com ^{[ мертвая ссылка ]}

[2] Беранек, Лео (1954) Акустика . Американский институт физики. ISBN 978-0883184943

[3] LJS Брэдбери, «Использование волокнистых материалов в корпусах громкоговорителей», журнал Общества аудиоинженерии, апрель 1976 г., страницы 404-412

[4] AR Bailey, «Нерезонансный дизайн корпуса громкоговорителя», Wireless World, октябрь 1965 г., страницы 483-486

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]