Передача звука через стенки канала
Информация - Физика
Другие материалы по предмету Физика
гому структурному / акустическому явлению связанных волн. Cummings отметил влияние поперечного резонанса стенок на ранних стадиях исследования акустического взлома на низких частотах через стенки прямоугольных труб. Позднее он признал роль структурного обрезания волн в режиме структурной связи (с плоско волновым приближением для внутреннего звукового поля), в котором основной мощный поток протекает в стенке труб (как отличный от режимов акустического типа, в которых жидкость осуществляет большую энергию потока). Эти режимы наиболее схожи с режимами свободных структурных волн. Важной чертой связанного режима структурного типа является то, что звуковое давление внутри трубы относительно очень мало и становится еще меньше по мере приближения скорости форменной фазы к скорости структурных волн в сравнении по структурной амплитуде (обе амплитуды выражены в приблизительной безразмерной форме). Для тонкой пластины постоянной толщины, закрепленной вдоль обеих граней, уравнение дисперсии для свободно движущихся структурных режимов в вакууме это.
Рис. 2. Корни дисперсионного уравнения для структурных волн в вакууме.
Корни уравнения (1) показаны на рисунке 2 и иллюстрируют как Кх, выраженный в безразмерной форме, зависит от безразмерной частоты. Этот график также верен для симметричных свободных структурных волн в квадратном поперечном сечении трубы, где все четыре угла проявляют скорее поступательное движение, чем вращательное. Бесконечное число корней трансцендентного уравнения предполагает существование соответственно бесконечного числа связанных режимов структурного типа. В этом случае, хотя в реальности режимы связи становятся более сложными по природе, внутреннее звуковое поле отклоняется значительно от плоскости. Однако, схожесть со свободными структурными волнами имеется. Astley [38] обрисовал формулировку Rayleigh-Ritz, в которой параметры режима связи трубы с плоскими гибкими стенками могут быть найдены и применены к линейным прямоугольным трубам с гибкими стенками с помощью однородного приближенного звукового давления для внутреннего звукового поля. Сделано в этой работе сравнение как с измеренными данными, так и с FE формулировкой. Метод Rayleigh-Ritz работает удивительно хорошо, хотя не работает в области обрезания для первого связанного режима структурного типа, причина этого в том, что метод переходит в модель достаточную для неоднородного звукового поля в линейных трубах в данном диапазоне частот. Astley [13] представил детализированные сравнения между FE предсказаниями, измеренными данными, плоско волновым приближением для тех же экспериментальных труб, какие изучались в докладе [38], с линеаризацией и без нее. Измерили трубы 90*100 мм, имеющие гибкие алюминиевые стенки толщиной 0-54 мм в качестве самой длинной стороны. В докладе [13] показано, что плоско волновое приближение работает хорошо в предположении для связанного режима чисел волн для нелинейной трубы и в действительности численные данные почти недостижимы из FE предсказаний. Роли режимов связи обсуждены некоторыми из этих предсказаний, показанных на рис. 3.
Рис. 3. Предсказания осевых чисел для трех связанных режимов в трубе с тремя жесткими стенками и одной гибкой.
Набросок линии здесь представляет волновое число в режиме плоской жесткой стенки, где w - круговая частота и с - скорость звука. Линии твердого тела, представляющие собой приближенное решение для плоского режима, и круговые символы, обозначающие FE предсказания, почти совпадают. Режим 1 при низких частотах имеет дозвуковые составляющие скорости со скачкообразным сопротивлением стенки. Он заключает в себе большинство энергии потока воздуха внутри трубы. Обрезание частот для первого свободного структурного режима происходит на 260 Гц и близко к этой частоте режим 1 претерпевает переход на свободный структурный режим поведения. Выше 260 Гц этот режим несет большую часть энергии потока в этой структуре. Тем временем новый режим 2 появляется, первоначально похожий на режим акустического типа со сверхзвуковой фазовой скоростью (соответствующий массовому сопротивлению стенки) только над структурным режимом обрезания на 260 Гц, который приближается к акустической скорости с возрастанием частоты. То есть в этой области возникает режим акустического типа. При частотах около 1-5 кГц, происходит обрезание частот для второго структурного режима, режим 2 претерпевает переход в режим структурного типа очень похожим образом, как это происходит для 1 го режима на более низких частотах обрезания. Появляется новый режим 3 и далее все происходит по данному шаблону с возрастанием частоты. Акустический эффект обрезания для режима высшего порядка усложняют это основное поведение на более высоких частотах. На любой данной частоте существует только один режим акустического типа, исключая окрестности поперечного резонанса стен, хотя может таким образом быть один или более режимов структурного типа.
Cabelli [12], используя серийные представления Фурье для звукового поля в трубах, представил прогнозы для осевых чисел волн для режима связи и прогнозы для относительной звуковой мощности в режимах структурного и акустического типа для квадратной трубы с одной эластичной стенкой. Он включил режимы связанного типа, эквивалентные режимам высокого порядка в трубах с жесткими стенками. Сравнения между предсказаниями Cabelli для данных связанных форменных осевых чисел волн (для неоднородного внутрен