2 Акустикалық толқын өткізгіштер типтері

Жасанды акустикалық толқынөткізгіштер – әдетте дыбыс өткізбейтін қабырғалармен шектелген құбырлар (мысалы, орган құбырлары, вентиляциялық каналдар, туннельдар).

Табиғи акустикалық толқынөткізгіштер – орта қабаттары: мысалы, дыбыстың төменгі жиіліктері үшін теңіз, бір жағынан грунтпен, ал екінші жағынан – су бетімен шектелген, су қабаты түріндегі толқынөткізгіш болып табылады [1]. Акустикалық толқынөткізгіш ортаның бірқалыпты еместігінен (мысалы, теңіздегі су асты дыбыс каналы) вертикалды қабаттар түрінде құрылуы мүмкін: дыбыс жылдамдыға минималды мәнге ие қабатты аз бұрышпен қиятын толқындар дыбыс жылдамдығы көп аралық қабаттарда рефракцияға ұшырап оған қайта қайтып келеді, басқаша айтқанда ол қабаттардан шағылады (гидроакустика). Түзу бойымен (құбыр бойымен) таралатын құбырлармен салыстырғанда қабаттағы дыбыс цилиндрлік шашырайтын толқындар түрінде тарай алады.

Акустикалық толқынөткізгіштер акустоэлектроникада кең қолданылады [3]. Оларда көлемді толқындар да, беттік толқындар да қолданылады. Көлемді толқындардағы толқынөткізгіштер ішінде белгілі бір нормаль толқындар қозатын жолақтар, ленталар немесе сымдар болып табылады. Мұндай толқынөткізгіштер үлкен уақытқа кідіру линиялары ретінде немесе дисперсиялық кідіріс линиялары ретінде қолданылуы мүмкін. Беттік толқындарда толқынөткізгіштер белгілі бір өлшемдері және қимасы бар металл немесе диэлектрлік жолақтар түрінде орындалады (1-сурет).

1-сурет. Бетті толқындар үшін акустикалық толқынөткізгіштердің түрлері.

Белгілеулер:

а – шоқы, б – жыршақ, с – металл пленка.

Мұндай толқынөткізгіштерді толқындардың таралу бағытын ауыстыру үшін және кідіру уақытын арттыру үшін қолданады.

3 Қасиеттері

Акустикалық толқынөткізгіштерде өзінің құрылымын өзгертпей тарала алатын жалғыз толқын түрі – нормаль толқындар (модалар). Қабатты немесе қимасы тіктөртбұрыш құбырды толтыратын біртекті жұтпайтын ортада дыбыс таралуының ең қарапайым жағыдайында нормаль толқын, толқынөткізгіш бойымен жүретін (біртекті нормаль толқын) немесе экспоненциалды сөнетін (біртексіз нормаль толқын) гармоникалық толқын, және көлденең бағыттағы синусоидалы тұрғын толқын болып табылады. Берілген жиілікте нормаль толқындар фазалық жылдамдығымен және көлденең бағыттағы дыбыстық өрістің линиялар санымен ғана айырмашылық жасайтын шексіз дискретті толқындар жиынын құрайды: әрбір нормаль толқынға осы линиялар санына тең номер тағайындайды.

Қабатты-біртекті емес ортадағы акустикалық толқынөткізгіштерде жасндыларда да, табиғиларда да, дәл сондай қасиеттерге ие нормаль толқындардың дискретті жиындары бар. Толқынөткізгішті толтыратын қабатты біртекті емес орта болса, көлденең бағыттағы тұрғын толқын бұрынғыдай синусоидалы болмайды, бірақ нормаль толқындарды бұрынғыдай көлденең қимасындағы түйіндік линиялар саны бойынша нөмірлеуге болады. Табиғи акустикалық толқынөткізгіштердің дисперсиялық қасиеттері әдетте біртекті толқынөткізгіштердің дисперсиялық қасиеттерінінен айтарлықтай айырмашылытар жасайды.

Қатты денелі акустикалық толқынөткізгіштер әдетте еркін шекаралармен шектелген (өзекшелер, пластиналар). Мұндай акустикалық толқынөткізгіштегі нормаль толқындар горизонталь поляризацияның жылжыту толқындарымен де, сондай-ақ шекарада шағылукезінде бір біріне түрленетіп бірге таралатын бойлық және вертикаль поляризацияның жылжыту толқындарымен де құрылуы мүмкін. Мұндай нормаль толқындардың жиыны сұйық акустикалық толқындармен салыстырғанда алуан түрлі. Жекелей айтсақ, комплексті толқындық сандарға ие нормаль толқындар болуы мүмкін.

Ультрадыбыстық технологияларда қатты денелі акустикалық толқынөткізгіштер деп тербелмелі энергияны қандайда бір аралыққа беру үшін немесе тербелмелі энергияны қандайда бір ортаға енгізу үшін арналған құрылғыларды (өзекшелер, концентраторлар) да айтады.

4 Эффектінің техникалық реализациясы

Акустикалық толқынөткізгіштердің техникалық реализациялануы өте қарапайымдылығы соншалық, әрбір адам күнделікті өмірде онымен көп қолданады. Көкжиектің көрінбейтін тұсында поезд келе жатыр ма әлде жоқ па екенін анықтау үшін рельстерге құлақты тосып тыңдау әдеті дәл осы толқынөткізгіште дыбыстың таралу эффектісіне негізделген. Сонымен бірге жіппен тартылған екі сіріңке қорабыныан жасалған балалар “телефонын” еске түсіруге болады, тағы толқынөткізгіштегі дыбыстың таралу эффектісіне негізделген медициналық стетоскопты айтуға болады.

4.1 Эффектінің қолданылуы

Толқынөткізгіштің қарапайым мысалы ретінде ескі пароходтардағы капитан мінбесін машиналық бөлімшемен байланыстыратын сөйлесу құбырын, және медициналық стетоскопты келтіруге болады.

Акустикалық толқынөткізгіштің жеке салада қолданылуын қарастырайық. 30 жыл бұрын акустоэлектронды жүйелерді, дыбыс жазу студияларын сапалы, қанық дыбыспен қамтамассыз ету үшін бір бөлмені көп құрылғылармен (компоненттік блоктар колонкалар) толтыру керек болатын. Сонда аз көлем кетіріп сапалы дыбысты алу үшін акустикалық толқынөткізгіштер қолданыла бастады. Оның мысалы ретінде аз көлемді ауаны қолданып, үлкен бөлмені көлемді және қанық дыбыспен қамтамассыз ететін орган алынды. Оған басқа мысал ретінде флейтаны айтуға болады. Музыкант флейтаның тесігінен үрлей отырып, үлкен кеңістікке анық естілетін дыбысты жасайды.