Моделювання поширення звуку у плоскому хвилеводі з округлими вигинами

Троценко, Я., Кузьменко, В. (2025). Modeling of sound propagation in a planar waveguide with rounded bends. Bulletin of Taras Shevchenko National University of Kyiv. Physics and Mathematics, 81(2), 113–116. https://doi.org/10.17721/1812-5409.2025/2.16

Актуальність проведеного дослідження зумовлена практичною значущістю хвилеводів складної геометрії та суттєвою залежністю характеристик поширення хвиль у них від фізичних і геометричних параметрів системи. Мета роботи – визначення закономірностей поширення звукових хвиль у плоскому хвилеводі, заповненому ідеальною стисливою рідиною, який містить два округлі вигини. На основі методу часткових областей побудовано чисельно-аналітичну модель, що дає змогу досліджувати поведінку акустичних хвиль у хвилеводі залежно від обраних параметрів. Виконано аналіз особливостей проходження хвилі крізь геометричні неоднорідності залежно від хвильового розміру для двох варіантів значень кутів вигинів. Обчислено енергетичні коефіцієнти проникнення звукової хвилі крізь вигини, а також коефіцієнти збурення однорідних мод у широкому діапазоні параметрів. Проведено верифікацію отриманих результатів шляхом контролю виконання закону збереження енергії. Похибка обчислення зростає зі збільшенням хвильового розміру та кутів вигинів, проте може бути зменшена завдяки врахуванню більшої кількості неоднорідних мод. Показано, що зародження вищої однорідної моди пов'язане зі зменшенням коефіцієнта проникнення. При цьому можливе повне запирання потоку енергії хвилі, що відповідає зародженню першої моди. Для кутів вигинів 45° домінантною є нульова мода майже на всьому діапазоні хвильових розмірів. Для кутів вигинів 135° виявлено додаткові області зниження коефіцієнта проникнення, що зумовлені резонансними ефектами геометрії хвилеводу. У цьому випадку на першій половині розглянутого діапазону хвильових розмірів домінує нульова мода, а на другій − перша. Отримані результати можуть бути використані під час проєктування повітряних звукопроводів, частотно-селективних пристроїв і систем шумопоглинання. Перспективним напрямом подальших досліджень є аналіз механізмів перетворення енергії між модами, що відкриває можливості для керування просторовою структурою акустичного поля.