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Una línea de transmisión acústica es el uso de un conducto largo, que actúa como guía de ondas acústicas y se utiliza para producir o transmitir sonido sin distorsiones. Técnicamente es el análogo acústico de la línea de transmisión eléctrica , típicamente concebida como un conducto o tubo de paredes rígidas, que es largo y delgado en relación con la longitud de onda del sonido presente en él.
Ejemplos de tecnologías relacionadas con líneas de transmisión (TL) incluyen el tubo parlante (en su mayoría obsoleto) , que transmitía el sonido a una ubicación diferente con una pérdida y distorsión mínimas, instrumentos de viento como el órgano de tubos , instrumentos de viento de madera y metales que pueden modelarse en parte como transmisión. líneas (aunque su diseño también implica generar sonido, controlar su timbre y acoplarlo eficientemente al aire libre), y altavoces basados en líneas de transmisión que utilizan el mismo principio para producir frecuencias graves bajas extendidas y precisas y evitar la distorsión. La comparación entre un conducto acústico y una línea de transmisión eléctrica es útil en el modelado de sistemas acústicos con "elementos agrupados", en el que elementos acústicos como volúmenes, tubos, pistones y pantallas se pueden modelar como elementos individuales en un circuito. Con la sustitución de la presión por el voltaje y la velocidad del volumen de las partículas por la corriente, las ecuaciones son esencialmente las mismas. [2] Las líneas de transmisión eléctrica se pueden utilizar para describir tubos y conductos acústicos, siempre que la frecuencia de las ondas en el tubo esté por debajo de la frecuencia crítica, de modo que sean puramente planas.
La inversión de fase se logra seleccionando una longitud de línea que sea igual al cuarto de longitud de onda de la frecuencia más baja objetivo. El efecto se ilustra en la Fig. 1, que muestra un límite estricto en un extremo (el altavoz) y la línea de ventilación abierta en el otro. La relación de fase entre el altavoz de graves y el ventilador está en fase en la banda de paso hasta que la frecuencia se acerca al cuarto de longitud de onda, cuando la relación alcanza los 90 grados, como se muestra. Sin embargo, en ese momento el respiradero produce la mayor parte de la salida (Fig. 2). Debido a que la línea opera durante varias octavas con la unidad de transmisión, la excursión del cono se reduce, proporcionando SPL más altos y niveles de distorsión más bajos, en comparación con los diseños réflex y de deflector infinito.
El cálculo de la longitud de la línea necesaria para una determinada extensión de bajo parece sencillo y se basa en una fórmula sencilla:
donde es la frecuencia del sonido en hercios (Hz) , es la velocidad del sonido en el aire a 20 ° C en metros/segundo y es la longitud de la línea de transmisión en metros .
La compleja carga de la unidad de graves exige parámetros específicos del controlador Thiele-Small para aprovechar todos los beneficios de un diseño TL. Sin embargo, la mayoría de las unidades de transmisión en el mercado están desarrolladas para los diseños más comunes de reflejo y deflector infinito y generalmente no son adecuados para carga TL. Los controladores de graves de alta eficiencia con capacidad extendida de baja frecuencia generalmente están diseñados para ser extremadamente livianos y flexibles, y tienen suspensiones muy flexibles. Si bien funcionan bien en un diseño réflex, estas características no coinciden con las demandas de un diseño TL. La unidad motriz está efectivamente acoplada a una larga columna de aire que tiene masa. Esto reduce la frecuencia de resonancia de la unidad motriz, eliminando la necesidad de un dispositivo altamente compatible. Además, la columna de aire proporciona una fuerza mayor sobre el propio conductor que un conductor que se abre hacia un gran volumen de aire (en términos simples, proporciona más resistencia al intento del conductor de moverlo), por lo que controlar el movimiento del aire requiere un esfuerzo extremadamente Cono rígido, para evitar deformaciones y consecuentes distorsiones.
La introducción de materiales absorbentes reduce la velocidad del sonido a través de la línea, como descubrió Bailey en su trabajo original. Bradbury publicó sus extensas pruebas para determinar este efecto en un artículo en el Journal of the Audio Engineering Society (JAES) en 1976 [3] y sus resultados coincidieron en que las líneas fuertemente amortiguadas podrían reducir la velocidad del sonido hasta en un 50%, aunque El 35% es típico en líneas con amortiguación media. Las pruebas de Bradbury se llevaron a cabo utilizando materiales fibrosos, normalmente lana de pelo largo y fibra de vidrio. Sin embargo, este tipo de materiales producen efectos muy variables que no son consistentemente repetibles para fines de producción. También pueden producir inconsistencias debido al movimiento, factores climáticos y efectos en el tiempo. Las espumas acústicas de alta especificación, desarrolladas por fabricantes de altavoces como PMC, con características similares a las de la lana de pelo largo, proporcionan resultados repetibles para una producción consistente. La densidad del polímero, el diámetro de los poros y el perfil esculpido están especificados para proporcionar la absorción correcta para cada modelo de altavoz. La cantidad y la posición de la espuma son fundamentales para diseñar un filtro acústico de paso bajo que proporcione una atenuación adecuada de las frecuencias graves superiores y, al mismo tiempo, permita un camino sin obstáculos para las frecuencias graves bajas.
Stromberg-Carlson Co. denominó el concepto "laberinto acústico" cuando lo utilizó en sus radios de consola a partir de 1936 (ver Concert Grand 837G Ch= 837 Radio Stromberg-Carlson Australasia Pty | Radiomuseum). Benjamin Olney, que trabajó para Stromberg-Carlson, fue el inventor del Laberinto Acústico y escribió un artículo para el Journal of the Acoustic Society of America en octubre de 1936 titulado "Un método para eliminar la resonancia de la cavidad, extender la respuesta de baja frecuencia y aumentar la amortiguación acústica en Altavoces tipo gabinete" ver [1] Stromberg-Carlson comenzó a fabricar una caja de altavoz Acoustic Labyrinth diseñada para un controlador coaxial de 12" o 15" ya en 1952, como se evidencia en un artículo de Audio Engineering de julio de 1952 (página 28) ver [2 ] y numerosos anuncios en la revista Hi-Fidelity en 1952 y posteriormente. El tipo de caja de altavoz de línea de transmisión fue propuesto en octubre de 1965 por el Dr. AR Bailey y AH Radford en la revista Wireless World (p483-486). El artículo postuló que la energía de la parte trasera de una unidad conductora podría absorberse esencialmente, sin amortiguar el movimiento del cono ni superponer reflexiones y resonancias internas, por lo que Bailey y Radford razonaron que la onda trasera podría canalizarse a lo largo de un tubo largo. Si la energía acústica fuera absorbida, no estaría disponible para excitar resonancias. Un tubo de longitud suficiente podría ahusarse y rellenarse de modo que la pérdida de energía fuera casi completa, minimizando la salida del extremo abierto. No se ha establecido un consenso amplio sobre la conicidad ideal (expansión, sección transversal uniforme o contracción).
Las líneas de transmisión acústica ganaron atención por su uso dentro de los altavoces en las décadas de 1960 y 1970. En 1965, el artículo de AR Bailey en Wireless World, “A Non-resonant Loudspeaker Enclosure Design”, [4] detallaba una línea de transmisión en funcionamiento, que fue comercializada por John Wright y sus socios bajo la marca IMF y más tarde TDL, y fue vendida por audiófilo Irving M. "Bud" Fried en Estados Unidos.
Se utiliza una línea de transmisión en el diseño de altavoces para reducir las distorsiones relacionadas con el tiempo, la fase y la resonancia, y en muchos diseños para obtener una extensión de graves excepcional hasta el extremo inferior de la audición humana y, en algunos casos, hasta el nivel casi infrasónico (por debajo de 20 Hz). La gama de altavoces de referencia de TDL de la década de 1980 (ahora descontinuada) contenía modelos con rangos de frecuencia de 20 Hz en adelante, hasta 7 Hz en adelante, sin necesidad de un subwoofer separado . Irving M. Fried , un defensor del diseño TL, afirmó que:
En la práctica, el conducto se dobla dentro de un gabinete de forma convencional, de modo que el extremo abierto del conducto aparece como un respiradero en el gabinete del altavoz. Hay muchas maneras en que se puede plegar el conducto y la línea a menudo tiene una sección transversal ahusada para evitar superficies internas paralelas que fomentan las ondas estacionarias. Dependiendo de la unidad impulsora y la cantidad (y diversas propiedades físicas) del material absorbente, la cantidad de conicidad se ajustará durante el proceso de diseño para ajustar el conducto y eliminar irregularidades en su respuesta. La división interna proporciona un refuerzo sustancial para toda la estructura, lo que reduce la flexión y la coloración del gabinete. Las caras interiores del ducto o línea, son tratadas con un material absorbente para proporcionar la correcta terminación con frecuencia para cargar la unidad motriz como TL. Un TL teóricamente perfecto absorbería todas las frecuencias que entran en la línea desde la parte trasera de la unidad motriz, pero sigue siendo teórico, ya que tendría que ser infinitamente largo. Las limitaciones físicas del mundo real exigen que la longitud de la línea a menudo deba ser inferior a 4 metros antes de que el gabinete se vuelva demasiado grande para cualquier aplicación práctica, por lo que la línea no puede absorber toda la energía trasera. En un TL realizado, sólo los graves superiores están cargados en el verdadero sentido del término (es decir, completamente absorbidos); los graves pueden irradiar libremente desde la ventilación del gabinete. Por lo tanto, la línea funciona efectivamente como un filtro de paso bajo, de hecho, otro punto de cruce, logrado acústicamente por la línea y su relleno absorbente. Debajo de este “punto de cruce”, los graves son cargados por la columna de aire formada por la longitud de la línea. La longitud se especifica para invertir la fase de la salida trasera de la unidad motriz cuando sale del respiradero. Esta energía se combina con la salida de la unidad de graves, ampliando su respuesta y creando efectivamente un segundo controlador.
Un conducto para la propagación del sonido también se comporta como una línea de transmisión (p. ej. conducto de aire acondicionado, silenciador de coche,...). Su longitud puede ser similar a la longitud de onda del sonido que lo atraviesa, pero las dimensiones de su sección transversal normalmente son menores que un cuarto de la longitud de onda. El sonido se introduce en un extremo del tubo obligando a que la presión en toda la sección transversal varíe con el tiempo. Un frente de onda casi plano viaja a lo largo de la línea a la velocidad del sonido. Cuando la onda llega al final de la línea de transmisión, el comportamiento depende de lo que esté presente al final de la línea. Hay tres escenarios posibles:
