АКУСТИ́ЧЕСКИЙ ВОЛНОВО́Д

АКУСТИ́ЧЕСКИЙ ВОЛНОВО́Д, уча­сток сре­ды, в котором создаются путём его ограничения стенками или др. средами условия для преимущественного рас­про­стра­нения акустич. волн в оп­ре­де­лён­ном направлении. Рас­про­стра­не­ние зву­ка вдоль А. в. про­ис­хо­дит с ос­лаб­ле­ни­ем мень­шим, чем в не­ог­ра­ни­чен­ной од­но­род­ной сре­де. Ис­кус­ст­вен­ные А. в.– это обыч­но тру­бы, ог­ра­ни­чен­ные зву­ко­не­про­ни­цае­мы­ми стен­ка­ми (напр., ор­ган­ные тру­бы, вен­ти­ляц. ка­на­лы, тун­нели). Ес­те­ст­вен­ные А. в.– обыч­но слои сре­ды (напр., для низ­ких час­тот зву­ка оке­ан пред­став­ля­ет со­бой вол­но­вод в ви­де слоя во­ды, ог­ра­ни­чен­но­го с од­ной сто­ро­ны грун­том, а с дру­гой – сво­бод­ной по­верх­но­стью во­ды). А. в. мо­жет быть так­же об­ра­зо­ван слои­стой не­од­но­род­но­стью сре­ды (напр., под­вод­ный зву­ко­вой ка­нал в океа­не).

Един­ст­вен­ный вид волн, рас­про­стра­няю­щих­ся в А. в. без из­ме­не­ния сво­ей струк­ту­ры, – нор­маль­ные вол­ны (мо­ды). В про­стей­шем слу­чае рас­про­стра­не­ния зву­ка в од­но­род­ной не­по­гло­щаю­щей сре­де, за­пол­няю­щей слой или тру­бу пря­мо­уголь­но­го се­че­ния, нор­маль­ная вол­на пред­став­ля­ет со­бой гар­мо­нич. вол­ну, бе­гу­щую (од­но­род­ная нор­маль­ная вол­на) или экс­по­нен­ци­аль­но за­тухаю­щую (не­од­но­род­ная нор­маль­ная вол­на) вдоль вол­но­во­да, и си­ну­сои­даль­ную стоя­чую вол­ну в по­пе­реч­ном на­прав­ле­нии. При дан­ной час­то­те в А. в. мо­жет су­ще­ст­во­вать бес­ко­неч­ный дис­крет­ный на­бор нор­маль­ных волн, раз­ли­чаю­щих­ся фа­зо­вой ско­ро­стью и чис­лом уз­ло­вых ли­ний зву­ко­во­го по­ля в по­пе­реч­ном на­прав­ле­нии: ка­ж­дой нор­маль­ной вол­не при­пи­сы­ва­ют но­мер, рав­ный чис­лу этих ли­ний. Рас­про­стра­не­ние нор­маль­ной вол­ны в А. в. ха­рак­те­ри­зу­ет­ся до­пол­нит. дис­пер­си­ей ско­ро­сти зву­ка. Фа­зо­вая ско­рость нор­маль­ных волн не­ну­ле­во­го но­ме­ра все­гда боль­ше, а груп­по­вая ско­рость мень­ше, чем ско­рость зву­ка $c$ в не­ог­ра­ни­чен­ной сре­де. С уве­ли­че­ни­ем час­то­ты пер­вая убы­ва­ет, а вто­рая рас­тёт и обе стре­мят­ся асим­пто­ти­че­ски к $c$. Для ка­ж­дой нор­маль­ной вол­ны но­ме­ра $i$ име­ет­ся своя час­то­та, на­зы­вае­мая кри­ти­че­ской $ω^i_{кр}$, тем бо́льшая, чем вы­ше но­мер вол­ны. Ни­же этой час­то­ты дан­ная нор­маль­ная вол­на и все вол­ны выс­ших но­ме­ров не рас­про­стра­ня­ют­ся. В А. в. лю­бую сво­бод­ную гар­мо­нич. вол­ну мож­но пред­ста­вить в ви­де су­пер­по­зи­ции нор­маль­ных волн раз­ных но­ме­ров той же час­то­ты. При за­дан­ной час­то­те рас­про­стра­ня­ет­ся толь­ко ко­неч­ное чис­ло нор­маль­ных волн низ­ших но­ме­ров.

Твер­до­тель­ные А. в. обыч­но ог­ра­ни­че­ны сво­бод­ны­ми гра­ни­ца­ми (стерж­ни, пла­сти­ны). Нор­маль­ные вол­ны в та­ких А. в. об­ра­зо­ва­ны как сдви­го­вы­ми вол­на­ми го­ри­зон­таль­ной (па­рал­лель­ной гра­ни­це раз­де­ла) по­ля­ри­за­ции, так и со­вме­ст­но рас­про­стра­няю­щи­ми­ся про­доль­ны­ми и сдви­го­вы­ми вол­на­ми вер­ти­каль­ной по­ля­ри­за­ции, пре­об­ра­зую­щи­ми­ся друг в дру­га при от­ра­же­ни­ях на гра­ни­цах. В ча­ст­но­сти, в них воз­мож­ны нор­маль­ные вол­ны с ком­плекс­ны­ми вол­но­вы­ми чис­ла­ми. В ульт­ра­зву­ко­вой тех­но­ло­гии твер­до­тель­ны­ми А. в. на­зы­ва­ют­ся так­же вся­кие уст­рой­ст­ва ти­па зву­ко­про­во­дов (стерж­ни, кон­цен­тра­то­ры), слу­жа­щие для пе­ре­да­чи ко­ле­ба­тель­ной энер­гии на не­ко­то­рое рас­стоя­ние от ис­точ­ни­ка или для вве­де­ния ко­ле­ба­тель­ной энер­гии в к.-л. сре­ду.