.png/1280px-Cutaway_design_diagram_of_a_transmission_line_speaker_(IMF_Reference_Standard_Professional_Monitor_by_John_Wright).png){kind=spacer}
Линия акустической передачи — это использование длинного воздуховода, который действует как акустический волновод и используется для производства или передачи звука без искажений. Технически это акустический аналог линии электропередачи , обычно представляющей собой канал или трубку с жесткими стенками, длинную и тонкую по сравнению с длиной волны звука, присутствующего в ней.
Примеры технологий, связанных с линиями передачи (TL), включают (в основном устаревшую) переговорную трубку , которая передавала звук в другое место с минимальными потерями и искажениями, духовые инструменты , такие как орган , деревянные духовые инструменты и медные духовые инструменты , которые можно частично смоделировать как передачу. линии (хотя их конструкция также включает в себя генерацию звука, управление его тембром и эффективную передачу его на открытый воздух) и громкоговорители на основе линий передачи , которые используют тот же принцип для воспроизведения точных расширенных низких частот и предотвращения искажений. Сравнение акустического канала и линии электропередачи полезно при моделировании акустических систем «сосредоточенными элементами», в котором акустические элементы, такие как объемы, трубки, поршни и экраны, можно моделировать как отдельные элементы в цепи. Если заменить напряжение на давление и ток на объемную скорость частиц, уравнения по существу останутся теми же. [2] Линии электропередачи можно использовать для описания акустических трубок и воздуховодов при условии, что частота волн в трубке ниже критической частоты, то есть они являются чисто плоскими.
Инверсия фазы достигается выбором длины линии, равной четверти длины волны целевой самой низкой частоты. Эффект иллюстрируется на рис. 1, где показана жесткая граница на одном конце (динамик) и открытое вентиляционное отверстие на другом. Фазовое соотношение между басовым динамиком и вентиляционным отверстием находится в фазе в полосе пропускания до тех пор, пока частота не приближается к четверти длины волны, когда соотношение достигает 90 градусов, как показано. Однако к этому времени жерло производит большую часть продукции (рис. 2). Поскольку с помощью привода линия работает в нескольких октавах, ход диффузора уменьшается, обеспечивая более высокий уровень звукового давления и более низкие уровни искажений по сравнению с конструкциями с рефлексом и бесконечной перегородкой.
Расчет длины линии, необходимой для определенного расширения баса, кажется простым и основан на простой формуле:
где – частота звука в герцах (Гц) , – скорость звука в воздухе при температуре 20° C , в метрах/секунду, – длина линии передачи, в метрах .
Сложная нагрузка басового динамика требует определенных параметров драйвера Thiele-Small, чтобы реализовать все преимущества конструкции TL. Однако большинство приводов, представленных на рынке, разработаны для более распространенных конструкций с рефлекторной перегородкой и бесконечной перегородкой и обычно не подходят для загрузки TL. Высокоэффективные басовые динамики с расширенными возможностями низких частот обычно разрабатываются как чрезвычайно легкие и гибкие, с очень гибкой подвеской. Несмотря на хорошие характеристики в рефлексной конструкции, эти характеристики не соответствуют требованиям конструкции TL. Привод эффективно соединен с длинным столбом воздуха, имеющим массу. Это снижает резонансную частоту привода, устраняя необходимость в устройстве с высокой степенью совместимости. Кроме того, столб воздуха оказывает на самого водителя большую силу, чем водитель, открывающийся на большой объем воздуха (просто говоря, он обеспечивает большее сопротивление попыткам водителя сдвинуть его с места), поэтому для управления движением воздуха требуется чрезвычайно жесткий конус, чтобы избежать деформации и последующих искажений.
Введение поглощающих материалов снижает скорость звука через линию, как это обнаружил Бейли в своей оригинальной работе. Брэдбери опубликовал свои обширные тесты по определению этого эффекта в статье в Журнале Общества аудиоинженеров (JAES) в 1976 году [3] , и его результаты подтвердили, что сильно затухающие линии могут снизить скорость звука на целых 50%, хотя 35% типично для линий со средним демпфированием. Тесты Брэдбери проводились с использованием волокнистых материалов, обычно длинношерстной шерсти и стекловолокна. Однако эти виды материалов производят весьма изменчивые эффекты, которые невозможно воспроизвести в производственных целях. Они также могут вызывать несоответствия из-за движения, климатических факторов и воздействий с течением времени. Акустические пены с высокими техническими характеристиками, разработанные такими производителями громкоговорителей, как PMC, с характеристиками, аналогичными длинноворсной шерсти, обеспечивают повторяемые результаты для стабильного производства. Плотность полимера, диаметр пор и рельефное профилирование указаны для обеспечения правильного поглощения звука для каждой модели динамика. Количество и положение пены имеют решающее значение для создания акустического фильтра нижних частот, который обеспечивает адекватное ослабление верхних басовых частот, в то же время обеспечивая беспрепятственный путь для низких басовых частот.
Эту концепцию компания Stromberg-Carlson Co. назвала «акустическим лабиринтом» при использовании в своих консольных радиоприемниках, начиная с 1936 года (см. Concert Grand 837G Ch = 837 Radio Stromberg-Carlson Australasia Pty | Radiomuseum). Этот тип корпуса громкоговорителя был предложен в октябре 1965 года доктором А. Р. Бэйли и А. Х. Рэдфордом в журнале Wireless World (стр. 483-486). В статье постулировалось, что энергия из задней части динамика может по существу поглощаться без демпфирования движения диффузора или наложения внутренних отражений и резонанса, поэтому Бейли и Рэдфорд пришли к выводу, что задняя волна может быть направлена по длинной трубе. Если бы акустическая энергия была поглощена, она не могла бы возбуждать резонансы. Трубу достаточной длины можно было сузить и набить так, чтобы потеря энергии была почти полной, сводя к минимуму выходную мощность открытого конца. Никакого широкого консенсуса относительно идеальной конусности (расширяющейся, однородной в поперечном сечении или сжимающейся) достигнуто не было.
Акустические линии передачи привлекли внимание при использовании в громкоговорителях в 1960-х и 1970-х годах. В 1965 году в статье А. Р. Бэйли в журнале Wireless World «Конструкция корпуса нерезонансного громкоговорителя» [4] подробно описывалась действующая линия передачи, которая была коммерциализирована Джоном Райтом и партнерами под торговой маркой IMF , а затем и TDL, и продавалась компанией аудиофил Ирвинг М. «Бад» Фрид в США.
Линия передачи используется в конструкции громкоговорителей для уменьшения временных, фазовых и резонансных искажений, а также во многих конструкциях для достижения исключительного распространения низких частот до нижнего предела человеческого слуха, а в некоторых случаях до инфразвукового диапазона ( ниже 20 Гц). Эталонная линейка динамиков TDL 1980-х годов (сейчас снятая с производства) включала модели с частотным диапазоном от 20 Гц и выше до 7 Гц и выше, без необходимости использования отдельного сабвуфера . Ирвинг М. Фрид , сторонник дизайна TL, заявил, что:
На практике воздуховод сложен внутри корпуса обычной формы, так что открытый конец воздуховода выглядит как вентиляционное отверстие на корпусе динамика. Существует множество способов сгиба воздуховода, и трубопровод часто сужается в поперечном сечении, чтобы избежать параллельных внутренних поверхностей, которые вызывают стоячие волны. В зависимости от приводного устройства и количества (а также различных физических свойств) абсорбирующего материала, величина конуса будет регулироваться в процессе проектирования, чтобы настроить воздуховод и устранить неравномерности его реакции. Внутренние перегородки обеспечивают надежную фиксацию всей конструкции, уменьшая изгиб корпуса и изменение цвета. Внутренние поверхности воздуховода или линии обрабатываются абсорбирующим материалом, чтобы обеспечить правильную заделку с частотой, позволяющей нагружать приводной блок в качестве ЛЭП. Теоретически идеальная TL будет поглощать все частоты, поступающие в линию с задней части привода, но остается теоретической, поскольку она должна быть бесконечно длинной. Физические ограничения реального мира требуют, чтобы длина линии часто была менее 4 метров, прежде чем шкаф станет слишком большим для любого практического применения, поэтому не вся задняя энергия может быть поглощена линией. В реализованном TL только верхний бас загружен TL в истинном смысле этого слова (т.е. полностью поглощен); низкому басу разрешено свободно излучаться из вентиляционного отверстия в корпусе. Таким образом, линия эффективно работает как фильтр нижних частот, фактически еще одна точка пересечения, акустически достигаемая с помощью линии и ее абсорбирующего наполнителя. Ниже этой «точки пересечения» низкий бас нагружен столбом воздуха, образованным длиной линии. Длина указана для изменения фазы заднего выхода привода при выходе из вентиляционного отверстия. Эта энергия объединяется с мощностью басового динамика, расширяя его отклик и эффективно создавая второй динамик.
Канал распространения звука также ведет себя как линия передачи (например, канал кондиционера, глушитель автомобиля и т. д.). Его длина может быть равна длине волны проходящего через него звука, но размеры его поперечного сечения обычно меньше четверти длины волны. Звук создается на одном конце трубки за счет изменения во времени давления по всему поперечному сечению. Почти плоский волновой фронт распространяется по линии со скоростью звука. Когда волна достигает конца линии передачи, поведение зависит от того, что находится в конце линии. Есть три возможных сценария:
