МОДЕЛЮВАННЯ ПОШИРЕННЯ ЗВУКОВИХ ХВИЛЬ У ПЛОСКОМУ ХВИЛЕВОДІ З ВИГИНАМИ

Анотація

У роботі досліджено поширення звукових хвиль у плоскому акустичному хвилеводі, що містить два вигини. Побудовано математичну модель задачі, що дозволяє проаналізувати особливості проходження акустичної хвилі крізь геометричну неоднорідність хвилеводу залежно від його геометричних та фізичних параметрів. Для моделювання акустичного поля застосовано метод часткових областей. Обчислено енергетичні коефіцієнти проникнення хвилі крізь зони неоднорідності для широкого спектру хвильових розмірів та кутів вигинів хвилеводу. Показано, що наявність вигинів призводить до істотної зміни спектральних характеристик. При хвильових розмірах, кратних половині довжини хвилі, відбувається різке зниження коефіцієнта проникнення, що пов’язано зі збудженням вищих нормальних мод у хвилеводі. У випадку, коли кут вигину перевищує 90 , амплітудно-частотна характеристика набуває складної структури з чергуванням зон зростання та спадання коефіцієнта проникнення, що вказує на наявність резонансних явищ у кутовій області хвилеводу. Така область функціонує як резонансна камера, в якій може відбуватися ефективне перетворення енергії між різними модами. Встановлено, що при збільшенні кута вигину від 0 до 90 коефіцієнт проникнення поступово зменшується, однак при подальшому збільшенні кута відзначаються коливання цього коефіцієнта. Проаналізовано зміну домінантної моди залежно від хвильового розміру та кутів вигину, а також показано можливість ефективного перетворення енергії між нижчими та вищими модами у певних точках частотного діапазону, що має потенційне практичне застосування в задачах акустичного фільтрування, управління напрямком звукової енергії та створення хвильових резонаторів. Отримані результати верифіковані шляхом контролю виконання закону збереження енергії, умов спряження підобластей та крайових умов на поверхні хвилеводу.