.png/1280px-Cutaway_design_diagram_of_a_transmission_line_speaker_(IMF_Reference_Standard_Professional_Monitor_by_John_Wright).png){kind=spacer}
Акустическая линия передачи представляет собой использование длинного канала, который действует как акустический волновод и используется для создания или передачи звука неискаженным образом. Технически это акустический аналог электрической линии передачи , обычно понимаемый как канал или трубка с жесткими стенками, которая длинная и тонкая относительно длины волны звука , присутствующей в ней.
Примерами технологий, связанных с линией передачи (TL), являются (в основном устаревшая) переговорная труба , которая передавала звук в другое место с минимальными потерями и искажениями, духовые инструменты, такие как орган , деревянные духовые и медные духовые , которые можно частично смоделировать как линии передачи (хотя их конструкция также включает в себя генерацию звука, управление его тембром и эффективное соединение его с открытым воздухом), и громкоговорители на основе линии передачи , которые используют тот же принцип для создания точных расширенных низких басовых частот и избегания искажений. Сравнение между акустическим каналом и электрической линией передачи полезно при моделировании акустических систем с «сосредоточенными элементами», в котором акустические элементы, такие как объемы, трубки, поршни и экраны, могут быть смоделированы как отдельные элементы в цепи. При замене давления на напряжение и объемной скорости частиц на ток уравнения по сути одинаковы. [2] Электрические линии передачи можно использовать для описания акустических труб и каналов, при условии, что частота волн в трубе ниже критической частоты, так что они являются чисто плоскими.
Фазовая инверсия достигается выбором длины линии, которая равна четверти длины волны целевой самой низкой частоты. Эффект проиллюстрирован на рис. 1, где показана жесткая граница на одном конце (динамик) и открытое линейное отверстие на другом. Фазовое соотношение между басовым драйвером и отверстием находится в фазе в полосе пропускания до тех пор, пока частота не приблизится к четверти длины волны, когда соотношение достигнет 90 градусов, как показано. Однако к этому времени отверстие производит большую часть выходного сигнала (рис. 2). Поскольку линия работает на нескольких октавах с приводом, отклонение диффузора уменьшается, обеспечивая более высокие уровни звукового давления и более низкие уровни искажений по сравнению с конструкциями с рефлексом и бесконечным экраном.
Расчет длины линии, необходимой для определенного расширения басов, кажется простым и основан на простой формуле:
где — частота звука в герцах (Гц) , — скорость звука в воздухе при 20° C в метрах/секунду, — длина линии передачи в метрах .
Сложная загрузка басового привода требует определенных параметров драйвера Тиле-Смолла для реализации всех преимуществ конструкции TL. Однако большинство приводов на рынке разработаны для более распространенных конструкций рефлекса и бесконечного перегородки и обычно не подходят для нагрузки TL. Высокоэффективные басовые драйверы с расширенной способностью к низким частотам обычно проектируются чрезвычайно легкими и гибкими, имеющими очень податливые подвески. Несмотря на то, что они хорошо работают в конструкции рефлекса, эти характеристики не соответствуют требованиям конструкции TL. Привод эффективно соединен с длинным столбом воздуха, который имеет массу. Это снижает резонансную частоту привода, исключая необходимость в высокоподатливом устройстве. Кроме того, столб воздуха оказывает большую силу на сам драйвер, чем драйвер, открывающийся в большой объем воздуха (проще говоря, он оказывает большее сопротивление попытке драйвера переместить его), поэтому для управления движением воздуха требуется чрезвычайно жесткий конус, чтобы избежать деформации и последующего искажения.
Введение поглощающих материалов снижает скорость звука через линию, как обнаружил Бейли в своей оригинальной работе. Брэдбери опубликовал свои обширные испытания для определения этого эффекта в статье в журнале Journal of the Audio Engineering Society (JAES) в 1976 году [3], и его результаты согласились с тем, что сильно затухающие линии могут снизить скорость звука на целых 50%, хотя 35% типичны для линий со средним затуханием. Испытания Брэдбери проводились с использованием волокнистых материалов, как правило, длинношерстной шерсти и стекловолокна. Однако эти виды материалов производят очень изменчивые эффекты, которые не являются последовательно воспроизводимыми для производственных целей. Они также склонны производить несоответствия из-за движения, климатических факторов и эффектов с течением времени. Высококачественные акустические пены, разработанные производителями громкоговорителей, такими как PMC, с характеристиками, аналогичными длинношерстной шерсти, обеспечивают повторяемые результаты для последовательного производства. Плотность полимера, диаметр пор и скульптурное профилирование указаны для обеспечения правильного поглощения для каждой модели громкоговорителя. Количество и расположение пены имеют решающее значение для создания акустического фильтра нижних частот, который обеспечивает адекватное затухание верхних басовых частот, одновременно обеспечивая беспрепятственное прохождение низких басовых частот.
Компания Stromberg-Carlson Co., начиная с 1936 года, использовала эту концепцию в своих консольных радиоприемниках, назвав ее «акустическим лабиринтом» (см. Concert Grand 837G Ch= 837 Radio Stromberg-Carlson Australasia Pty | Radiomuseum). Бенджамин Олни, работавший на Stromberg-Carlson, был изобретателем акустического лабиринта и написал статью для Journal of the Acoustic Society of America в октябре 1936 года под названием «Метод устранения резонанса полости, расширения низкочастотного отклика и увеличения акустического демпфирования в громкоговорителях корпусного типа» см. [1] Stromberg-Carlson начала производство корпуса громкоговорителя Acoustic Labyrinth, предназначенного для коаксиального драйвера 12" или 15" еще в 1952 году, как видно из статьи в Audio Engineering в июле 1952 года (стр. 28) см. [2] и многочисленных объявлений в журнале Hi-Fidelity Magazine в 1952 году и позже. Корпус громкоговорителя типа Transmission line был предложен в октябре 1965 года доктором А. Р. Бейли и А. Х. Рэдфордом в журнале Wireless World (стр. 483-486). В статье постулировалось, что энергия с задней части блока драйвера может быть по существу поглощена, без демпфирования движения конуса или наложения внутренних отражений и резонанса, поэтому Бейли и Рэдфорд рассуждали, что заднюю волну можно направить по длинной трубе. Если акустическая энергия поглощается, она не может возбуждать резонансы. Трубу достаточной длины можно сузить и набить так, чтобы потеря энергии была почти полной, минимизируя выход с открытого конца. Никакого широкого консенсуса относительно идеальной конусности (расширяющейся, однородного поперечного сечения или сужающейся) не установлено.
Акустические линии передачи привлекли внимание благодаря их использованию в громкоговорителях в 1960-х и 1970-х годах. В 1965 году статья AR Bailey в Wireless World, «A Non-resonant Loudspeaker Enclosure Design», [4] подробно описала работающую линию передачи, которая была коммерциализирована Джоном Райтом и партнерами под торговой маркой IMF , а позже TDL, и продавалась аудиофилом Ирвингом М. «Бад» Фридом в Соединенных Штатах.
Линия передачи используется в конструкции громкоговорителя для уменьшения искажений, связанных со временем, фазой и резонансом, а во многих конструкциях для получения исключительного расширения басов до нижнего предела человеческого слуха, а в некоторых случаях и до инфразвука (ниже 20 Гц). Ассортимент референтных громкоговорителей TDL 1980-х годов (ныне снятый с производства) содержал модели с частотными диапазонами от 20 Гц и выше, до 7 Гц и выше, без необходимости в отдельном сабвуфере . Ирвинг М. Фрид , сторонник конструкции TL, заявил, что:
На практике воздуховод складывается внутри корпуса обычной формы, так что открытый конец воздуховода выглядит как вентиляционное отверстие на корпусе динамика. Существует много способов, которыми воздуховод может быть сложен, и линия часто сужается в поперечном сечении, чтобы избежать параллельных внутренних поверхностей, которые способствуют стоячим волнам. В зависимости от приводного блока и количества (и различных физических свойств) поглощающего материала, величина сужения будет регулироваться в процессе проектирования, чтобы настроить воздуховод для устранения неровностей в его отклике. Внутреннее разделение обеспечивает существенное укрепление всей конструкции, уменьшая изгиб корпуса и окрашивание. Внутренние поверхности воздуховода или линии обрабатываются поглощающим материалом, чтобы обеспечить правильное окончание с частотой для загрузки приводного блока как TL. Теоретически идеальный TL будет поглощать все частоты, входящие в линию с задней стороны приводного блока, но остается теоретическим, так как он должен быть бесконечно длинным. Физические ограничения реального мира требуют, чтобы длина линии часто была меньше 4 метров, прежде чем корпус станет слишком большим для любого практического применения, поэтому не вся задняя энергия может быть поглощена линией. В реализованном TL только верхний бас нагружается TL в истинном смысле этого слова (т. е. полностью поглощается); низкий бас может свободно излучаться из вентиляционного отверстия в корпусе. Таким образом, линия эффективно работает как фильтр нижних частот, еще одна точка кроссовера, фактически достигаемая акустически линией и ее поглощающим заполнением. Ниже этой «точки кроссовера» низкий бас нагружается столбом воздуха, образованным длиной линии. Длина указывается для того, чтобы реверсировать фазу заднего выхода приводного блока, когда он выходит из вентиляционного отверстия. Эта энергия объединяется с выходом басового блока, расширяя его отклик и фактически создавая второй драйвер.
Воздуховод для распространения звука также ведет себя как линия передачи (например, воздуховод кондиционера, глушитель автомобиля, ...). Его длина может быть близка к длине волны звука, проходящего через него, но размеры его поперечного сечения обычно меньше одной четверти длины волны. Звук вводится на одном конце трубы, заставляя давление по всему поперечному сечению меняться со временем. Почти плоский волновой фронт движется по линии со скоростью звука. Когда волна достигает конца линии передачи, поведение зависит от того, что присутствует на конце линии. Существует три возможных сценария:
