Толқын өткізгіштер Орындаған: Беймбетова Луйза Наурызова Айгерим
Толқын өткізгіш дегеніміз – электромагниттік немесе дыбыстық (акустикалық толқын өткізгіш) толқындар таралатын іші қуыс металл түтік. Оның бойымен толқын таралған кезде таралушы толқын әлсіз басылады. Толқын өткізгіштердің негізгі атқаратын қызметі – толқындарды тарату үрдісінде мүмкін болатын шығындарды азайтып, электромагниттік толқындарды қандай да бір канал арқылы бағыттау. Ол үшін мүмкіндігінше ток өткізгіштің өршуін болдырмау және электромагниттік энергияның канал қабырғасына өтіп кетпеуін қадағалау қажет. Толқын өткізгіштердің қарапайым үлгілерінің бірі – ішінде электромагниттік толқын таралатын іші қуыс құбыр болып табылады.
Негізінен бағыттаушы жүйелерге немесе толқын өткізгіштерге электромагниттік энергияны тарататын барлық тарату сызықтар жатады, себебі бұл процесс толқын тарату процесі болып табылады. Акустикалық толқын өткізгіш бұл акустикалық энергия (дыбыс) берілетін канал. Оның қабырға түріндегі шекаралары бар, оның қасиеттері ішкі және сыртқы орталардың қасиеттерінен күрт өзгереді; бірақ бұл барлық жағдайларда да сыртқа шығатын энергия ағыны әдетте көп емес және оны елемесе де болады.
Акустикалық толқын өткізгіштер Акустикалық толқын өткізгіш – бір немесе екі бағытта қабырғаларымен немесе орталармен шектелген орта бөлігі, мұның нәтижесінде толқындардың жан-жаққа шашылуы жойылады немесе азайтылады, сондықтан дыбыстың бөлік бойымен таралуы шектелмеген біртектес ортамен салыстырғанда аз әлсіреумен жүреді Егер қандай да бір біртекті ортаның аумағы бір немесе екі бағытта шектелген болса, онда онымен толқын өткізгіштің қабырғасынан кезектес шағылуының нәтижесінде пайда болатын, жазық толқын түріндегі (дәл шектелмеген ортадағыдай) серпімді толқындар да, нормаль түріндегі серпімді толқындар да тарала алады, яғни толқын өткізгіш шарттары іске асырылады немесе толқын өткізгіш бойымен дыбыс таралады. Мұндай толқын өткізгіштердің мысалдары: сұйықпен немесе газбен толтырылған қабаттар немесе құбырлар, өзекшелер немесе пластиналар – қатты толқын өткізгіштер; соңғы жағдайда көлденең және бойлық толқындардың бірлесіп таралуы жүреді.
Белгілеулер: а – шоқы, б – жыршақ, с – металл пленка. Мұндай толқынөткізгіштерді толқындардың таралу бағытын ауыстыру үшін және кідіру уақытын арттыру үшін қолданады. Бетті толқындар үшін акустикалық толқынөткізгіштердің түрлері
Нормаль толқындар Толқын өткізгіште формаларының өзгерісінсіз таралатын гармоникалық толқындар нормаль толқындар деп аталады. Дыбыс көзі жоқ толқын өткізгіш ішіндегі кез-келген дыбыстық толқынды берілген толқын өткізгіштің нормаль толқындарының суперпозициясы түріде көрсетуге блады. Дыбыстық өрістің құрылымы бойынша әрбір нормаль толқын, толқын өткізгіш бойымен жүретін, көлденең бағыттағы тұрғын толқын болып табылады. Екі дыбыс өткізбейтін қабырғалар арасында қамалған сұйықтың немесе газдың жазық қабатымен түзілген, толқын өткізгіштегі екіөлшемді қозғалыстың ең қарапайым жағыдайында түйіндік беттер қабырғаларға парралель жазықтықтар болып табылады.Әрбір нормаль толқынға онда бар түйіндік жазықтықтар санына тең сан тағайындалады.
Акустикалық толқын өткізгіштер типтері Жасанды акустикалық толқынөткізгіштер – әдетте дыбыс өткізбейтін қабырғалармен шектелген құбырлар (мысалы, орган құбырлары, вентиляциялық каналдар, туннельдар). Табиғи акустикалық толқынөткізгіштер – орта қабаттары: мысалы, дыбыстың төменгі жиіліктері үшін теңіз, бір жағынан грунтпен, ал екінші жағынан – су бетімен шектелген, су қабаты түріндегі толқынөткізгіш болып табылады [1]. Акустикалық толқынөткізгіш ортаның бірқалыпты еместігінен (мысалы, теңіздегі су асты дыбыс каналы) вертикалды қабаттар түрінде құрылуы мүмкін: дыбыс жылдамдыға минималды мәнге ие қабатты аз бұрышпен қиятын толқындар дыбыс жылдамдығы көп аралық қабаттарда рефракцияға ұшырап оған қайта қайтып келеді, басқаша айтқанда ол қабаттардан шағылады (гидроакустика). Түзу бойымен (құбы р бойымен) таралатын құбырлармен салыстырғанда қабаттағы дыбыс цилиндрлік шашырайтын толқындар түрінде тарай алады. Акустикалық толқынөткізгіштер акустоэлектроникада кең қолданылады [3]. Оларда көлемді толқындар да, беттік толқындар да қолданылады. Көлемді толқындардағы толқынөткізгіштер ішінде белгілі бір нормаль толқындар қозатын жолақтар, ленталар немесе сымдар болып табылады. Мұндай толқынөткізгіштер үлкен уақытқа кідіру линиялары ретінде немесе дисперсиялық кідіріс линиялары ретінде қолданылуы мүмкін. Беттік толқындарда толқынөткізгіштер белгілі бір өлшемдері және қимасы бар металл немесе диэлектрлік жолақтар түрінде орындалады
Қасиеттері Акустикалық толқынөткізгіштерде өзінің құрылымын өзгертпей тарала алатын жалғыз толқын түрі – нормаль толқындар (модалар). Қабатты немесе қимасы тіктөртбұрыш құбырды толтыратын біртекті жұтпайтын ортада дыбыс таралуының ең қарапайым жағыдайында нормаль толқын, толқынөткізгіш бойымен жүретін (біртекті нормаль толқын) немесе экспоненциалды сөнетін (біртексіз нормаль толқын) гармоникалық толқын, және көлденең бағыттағы синусоидалы тұрғын толқын болып табылады. Берілген жиілікте нормаль толқындар фазалық жылдамдығымен және көлденең бағыттағы дыбыстық өрістің линиялар санымен ғана айырмашылық жасайтын шексіз дискретті толқындар жиынын құрайды: әрбір нормаль толқынға осы линиялар санына тең номер тағайындайды. Қабатты-біртекті емес ортадағы акустикалық толқынөткізгіштерде жасндыларда да, табиғиларда да, дәл сондай қасиеттерге ие нормаль толқындардың дискретті жиындары бар. Толқынөткізгішті толтыратын қабатты біртекті емес орта болса, көлденең бағыттағы тұрғын толқын бұрынғыдай синусоидалы болмайды, бірақ нормаль толқындарды бұрынғыдай көлденең қимасындағы түйіндік линиялар саны бойынша нөмірлеуге болады. Табиғи акустикалық толқынөткізгіштердің дисперсиялық қасиеттері әдетте біртекті толқынөткізгіштердің дисперсиялық қасиеттерінінен айтарлықтай айырмашылытар жасайды.
Эффектінің техникалық реализациясы Акустикалық толқынөткізгіштердің техникалық реализациялануы өте қарапайымдылығы соншалық, әрбір адам күнделікті өмірде онымен көп қолданады. Көкжиектің көрінбейтін тұсында поезд келе жатыр ма әлде жоқ па екенін анықтау үшін рельстерге құлақты тосып тыңдау әдеті дәл осы толқынөткізгіште дыбыстың таралу эффектісіне негізделген. Сонымен бірге жіппен тартылған екі сіріңке қорабыныан жасалған балалар телефонын еске түсіруге болады, тағы толқынөткізгіштегі дыбыстың таралу эффектісіне негізделген медициналық стетоскопты айтуға болады. Эффектінің қолданылуы Толқынөткізгіштің қарапайым мысалы ретінде ескі пароходтардағы капитан мінбесін машиналық бөлімшемен байланыстыратын сөйлесу құбырын, және медициналық стетоскопты келтіруге болады. Акустикалық толқынөткізгіштің жеке салада қолданылуын қарастырайық. 30 жыл бұрын акустоэлектронды жүйелерді, дыбыс жазу студияларын сапалы, қанық дыбыспен қамтамассыз ету үшін бір бөлмені көп құрылғылармен (компоненттік блоктар колонкалар) толтыру керек болатын. Сонда аз көлем кетіріп сапалы дыбысты алу үшін акустикалық толқынөткізгіштер қолданыла бастады. Оның мысалы ретінде аз көлемді ауаны қолданып, үлкен бөлмені көлемді және қанық дыбыспен қамтамассыз ететін орган алынды. Оған басқа мысал ретінде флейтаны айтуға болады. Музыкант флейтаның тесігінен үрлей отырып, үлкен кеңістікке анық естілетін дыбысты жасайды.
ҚОРЫТЫНДЫ Акустикалық толқынөткізгіштер акустоэлектроникада кең қолданылады. Оларда көлемді толқындар да, беттік толқындар да қолданылады. Көлемді толқындардағы толқынөткізгіштер ішінде белгілі бір нормаль толқындар қозатын жолақтар, ленталар немесе сымдар болып табылады Жасанды акустикалық толқынөткізгіштер – әдетте дыбыс өткізбейтін қабырғалармен шектелген құбырлар (мысалы, орган құбырлары, вентиляциялық каналдар, туннельдар). Табиғи акустикалық толқынөткізгіштер – орта қабаттары: мысалы, дыбыстың төменгі жиіліктері үшін теңіз, бір жағынан грунтпен, ал екінші жағынан – су бетімен шектелген, су қабаты түріндегі толқынөткізгіш болып табылады. Акустикалық толқынөткізгіштердің техникалық реализациялануы өте қарапайымдылығы соншалық, әрбір адам күнделікті өмірде онымен көп қолданады. Көкжиектің көрінбейтін тұсында поезд келе жатыр ма әлде жоқ па екенін анықтау үшін рельстерге құлақты тосып тыңдау әдеті дәл осы толқынөткізгіште дыбыстың таралу эффектісіне негізделген.