مبانی آکوستیک 47

مبانی آکوستیک رزوناتورها بخش ششم صافي خزانه دار نوع ساده ای از صافی آکوستیکی پایین گذر بدین طريق ساخته میشود که قطعه لوله ای گشادتر به مقطع  و به طول  در لوله اصلی به مقطع  جا می دهند، چنانکه در شکل 8.11a نموده شده است. در فرکانسهای پایین مربوط به  خزانه این صافی را می توان شاخه ای با نرمش آکوستیکی  فرض کرد که در آن  حجم خزانه واقع در امتداد لوله است. امپدانس آکوستیکی چنین شاخه ای راكتانس تنهاست، بنابراین  و چون مقدارهای  و  را در معادله 8.51 قرار دهیم ضریب توان بازتاب به دست می آید این معادله پیشبینی می کند که در فرکانسهای پایین توان تراگسيل صوت صددرصد است، و در فرکانسهای بالا به تدریج به صفر نزول می کند. منحنی (a) در شکل 8.11c تغییرات ضريب تراگسیل را که از معادله 8.60 محاسبه شده است برای خزانه ای به طول 0.05 متر و مقطعی چهار برابر مقطع لوله اصلی بر حسب فرکانس نشان میدهد. در نگاه اول این نوع صافي مشابه صاقی الکتریکی به نظر می آید که از مهار کردن يك خازن در خط ترا گسیل به دست آمده باشد، چنانکه در شکل 8.11b نمودار است ولی هنگامی که باشد معادله 8.60 به کار نمی رود، بنابراین در صافی بالا در حقیقت مشابه نیستند. اينك معادله ای برای صافی آکوستیکی بالا بیابیم که به ازای 1<kl صادق باشد. با در نظر گرفتن موج های سه گانه تابش، بازتاب و تراگسيل در سه قسمت لوله و ارتباط آنها از طریق شرایط پیوستگی فشار و سرعت حجمی در دو محل اتصال خزانه با لوله اصلی ممکن است با روشی شبیه آنچه که در بخش 6.5 برای یافتن معادله 6.37  به كار رفت معادله ضریب توان تراگسیل را چنین به دست آورده منحنی (b) در شکل 8.11c نمایش تغییرات ضریب توان ترا گسیل را برای يك صافی به همان مقطع در منحنی (a) نشان می دهد که از معادله 8.61  محاسبه شده است. در فرکانسهای پایین که در آنها  باشد نتیجه های حاصل از دو معادله کاملا یکسانند. خواننده می تواند این نتیجه را از خلاصه کردن معادله 8.61 هنگامی که  باشد به دست آورد. ولی معادله ی صحیح تر 8.61 نشان میدهد که به ازای  هنگامی که مقطع صافي يك چهارم طول موج باشد مقدار ضریب توان تراگسیل مینیمم است. بدین مقدار چون فرکانس را از مقدار مربوط به این مینیمم به تدریج بالا بریم ضریب توان ترا گسیل از مقدار مینیمم خود می گذرد و بازاء  به صددرصد می رسد. با افزایش تدریجی این فرکانس ضریب توان تراگسیل از يك رشته مینیمم و ماکسیمم می گذرد تا بالاخره در صورتی که  (  شعاع لوله اصلی) خیلی بزرگتر از واحد باشد در مقدار صد درصد باقی می ماند. رسیدن به این مرحله نهایی صد در صد ویژه هر سه نوع صافی که شرح آن در این فصل گذشت می باشد. معادله های به دست آمده برای توان تراگسیل تنها هنگامی صادقند که طول موج نسبت به شعاع لوله اصلی یا مقطع هر نوع صافي بزرگتر باشد. سوای محدودیتهای فرکانس که در به کار بردن معادله 8.60 لازم آمد محدودیتهای عملی دیگری برای طرح صافيهای پایین گذر موجود است. مثلا هر گاه اختلاف زیادی بین مقطعهای لوله اصلی و صافی موجود باشد کاربرد آن در بسیاری از موارد عملی نیست. با این حال در چند مورد استعمال این نوع صافيها اساسی و معمول است، از جمله صداگیرهای اگزوز اتومبیل و صداگیرهای تفنگی و محفظه های جاذب صدا که در تاسیسات تهویه به کار می برند. صافيهای آکوستیکی دیگر نوعی صافی الکتریکی ساده ای با گذاردن يك خودا لقا بطور سری در خط تراگسیل به دست می آید. معادل آکوستیکی آن ایجاد گرفتگی در قسمتی از لوله است، چنانکه در شکل 8.12 نمایش داده شده است. این دستگاه را می توان مجموعه ای حاصل از يك اينر تا نس به طور سری در لوله تصور کرد. شباهت بین این حالتهای الکتریکی و آکوستیکی تنها در نوار محدودی از فرکانس صادق است، چنانکه در مورد صافي خزانه دار نیز چنین بود. معادله ی 8.61 را می توان برای محاسبه ضریب توان ترا گسیل این نوع صافی به کار برد، زیرا به دست آوردن آن بستگی به این ندارد که  و كدام يك بزرگترند. با به کار بردن ترکیبهایی از رزوناتورها، سوراخها، خزانهها، و گرفتگیها در لوله اصلی انواع مختلف صافيهای آکوستیکی معمول ساخته می شوند: طرح این نوع اسبابها با استفاده از شباهت بين صافيهای آکوستیکی و الکتریکی آسان می گردد. مثلا تیزی برش يك دستگاه صافی الکتریکی با به کار بردن شبکه نردبانی چنانکه در شكل 8.13 نمایان است افزون می گردد. این شبکه ها را با ترکیبی از راكتانسهایی با نوعی امپدانس  که در مدار به طور سری قرار گرفته اند و راكتانسهایی با نوع دیگر امپدانس  که در خط مدار مهار شده اند می سازند. در کتابهای استانده ی  مربوط به صافیهای موجی ثابت شده است که ساختمان شبکه ای بالا به میزان زیادی همه فرکانسها را تضعیف می کند، به جز فرکانسهایی که در آنها نسبت  در شرط  صدق کند. در شکل 8-14 سه نوع صافي اکوستیکی ساده نوع نردبانی همراه با مشابه های الکتریکی آنها نمایش داده شده است. با به کار بردن شرط بالا برای نسبت فرکانس پرش را در صافی بالا-گذر شکل 8.14a برابر و در صافی پایین گذر شکل  8.14b برابر می توان به دست آورد. هنگامی که فرکانس افزایش یابد رفتار صافيهای آکوستیکی شکل 8.14 به تدریج از مشابه الکتریکی آنها منحرف می شود. نخستین علت این انحراف این است که در فرکانسهای بالاتر ابعاد دستگاه با طول موج قابل مقایسه می شود و دستگاه دارای ثابتهای توزیعی می گردد، به جای آنکه دارای خواص ثابتهای کلی باشد. خواننده علاقه مند اطلاعات اضافی مربوط به تصفیه آکوستیکی را در کتاب کنترل نوفه خواهد یافت آشنایی به ویژگیهای صاف کننده عاملهای آکوستیکی در طرح و تصحیح دستگاههای مكانو آکوستیکی، مانند دستگاههای گرمکن هوایی و تهویه، دستگاههای اگزز برای اتاقهای آزمایش جت ، وصداگیرهای اتومبیل بسیار اساسی است. با این حال باید به یاد داشت که تصفیه آکوستیکی محدود به دستگاههای ذکر شده در پیش نمی شود. این دستگاهها شامل اجزایی است که انرژی صوتی در آن مصرف نمی شود، بلکه تصفیه آکوستیکی با به کار بردن مواد جاذب صدا در نوارهای مشخص فرکانسهای مورد نظر نیز میسر است. ویژگیها و قابلیتهای مواد جاذب صدا در فصلهای بعد خواهند آمد. در دستگاههای الکترو آکوستيك، مانند بلندگو، میکروفون و غیره نیز تصفيه آکوستیکی باید مد نظر قرار گیرد، ولی روشهای اصلاحی به کار برده در این موارد اغلب نا آکوستیکی است، زیرا وسایل الکتریکی برای ایجاد عمل تصفیه مورد نظر یا تصحیح تصفیه آكوستیكی نامطلوب آسانتر و ارزانتر به دست می آیند.