Guía de ondas acústicas

Una guía de ondas acústica es una estructura física para guiar las ondas sonoras , es decir, una guía de ondas utilizada en acústica .

Un ejemplo es el tubo acústico que se utiliza a bordo de los barcos para comunicarse entre las cubiertas.

Otros ejemplos incluyen el conducto posterior en la caja de un altavoz de línea de transmisión , el canal auditivo y un estetoscopio . El término también se aplica a las ondas guiadas en sólidos.

Un conducto para la propagación del sonido también se comporta como una línea de transmisión (por ejemplo, un conducto de aire acondicionado, un silenciador de automóvil, etc.). ^{[ 1 ] [ 2 ]} El conducto contiene algún medio , como el aire , que permite la propagación del sonido. Su longitud suele ser aproximadamente un cuarto de la longitud de onda que se pretende guiar, pero las dimensiones de su sección transversal son menores. El sonido se introduce en un extremo del tubo al forzar una variación de presión en la dirección de propagación, lo que provoca que un gradiente de presión viaje perpendicularmente a la sección transversal a la velocidad del sonido . Cuando la onda llega al final de la línea de transmisión, su comportamiento depende de lo que esté presente en el final de la línea. Hay tres escenarios generalizados:

Una carga de baja impedancia (por ejemplo, dejar el extremo abierto al aire libre) provocará una onda reflejada en la que el signo de la variación de presión se invierte, pero la dirección de la onda de presión permanece igual.

Una carga que coincida con la impedancia característica (definida a continuación) absorberá completamente la onda y la energía asociada a ella. No se producirá ninguna reflexión .

Una carga de alta impedancia (por ejemplo, al tapar el extremo de la línea) provocará una onda reflejada en la que la dirección de la onda de presión se invierte, pero el signo de la presión permanece igual.

Dado que una línea de transmisión se comporta como un modelo de cuatro terminales, no es posible definir ni medir la impedancia de un componente de la línea. Sin embargo, sí se puede medir su impedancia de entrada o de salida . Esta depende del área de la sección transversal y la longitud de la línea, la frecuencia del sonido y la impedancia característica del medio de propagación del sonido dentro del conducto. Solo en el caso excepcional de un tubo con un extremo cerrado (similar a un cortocircuito eléctrico), la impedancia de entrada podría considerarse una impedancia del componente.

Cuando una línea de transmisión de longitud finita presenta desajustes en ambos extremos, existe la posibilidad de que una onda rebote repetidamente hasta ser absorbida. Este fenómeno, denominado resonancia , tiende a atenuar cualquier señal que se introduzca en la línea.

Cuando este efecto de resonancia se combina con algún tipo de mecanismo de retroalimentación activa y una entrada de energía, es posible generar una oscilación que puede utilizarse para producir señales acústicas periódicas, como notas musicales (por ejemplo, en un tubo de órgano).

Sin embargo, la aplicación de la teoría de líneas de transmisión rara vez se utiliza en acústica . Se emplea un modelo equivalente de cuatro terminales que separa las ondas aguas abajo y aguas arriba. Esto facilita la introducción de características acústicas medibles físicamente, coeficientes de reflexión , constantes de materiales aislantes , la influencia de la velocidad del aire en la longitud de onda (número de Mach), etc. Este enfoque también evita conceptos teóricos poco prácticos, como la impedancia acústica de un tubo, que no se puede medir debido a su interacción inherente con la fuente sonora y la carga del componente acústico.

• Línea de transmisión acústica : un tipo de tecnología utilizada en algunos altavoces y basada en los principios de una guía de ondas acústicas.

• Morse, PM, Vibración y sonido, McGraw Hill, 1948, Nueva York, NY.
• Pierce, AD, Acústica: Una introducción a sus principios físicos y aplicaciones, McGraw Hill, 1981, Nueva York, NY.