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声学超材料是什么


  声学超材料可能是目前声学研究前沿流行的领域,也是近年来研究成果丰富的领域之一。将光学、微波物理学、凝聚性物理学的概念引入声学,巧妙地与人工结构设计相结合,了解声场的性质,为控制声场的传播提供了新思路和新手段。得益于声学天然的学科交叉属性和丰富的应用背景,提出了声学超材料的概念,被认为在理论研究和实际应用中都有很好的探索前景。近年来,越来越多的音响行业从业者,特别是中国科学家投身于这一领域的研究,为音响超材料的快速发展做出了巨大贡献。笔者在本文中与大家简单分享声学超材料的一些知识点。有错误的地方,请读者批评指正。

声学超材料

  声学超材料是人工制造的复合结构。结构尺寸单位比声波波长小得多,因此具有许多自然材料没有的特殊性质,很大地扩展了声学材料的内涵和应用领域。

  各领域的超材料这几年都是发表论文的好方向。目前,声学超材料也正在从实验室慢慢转向实际工程应用。

  声学超材料类似于电磁(包括光)超材料,是指具有负等效质量密度和负等效系数的人工子波长结构。可以实现声波的负折射、声聚焦、超透镜、隐身等许多神奇特征。

  超材料结构实现局域声场调控是怎样?

  声学超材料:声学超材料前面提到的超材料声学结构(如周期性声子晶体、等效参数结构等)已经可以用于实现某些声波的奇异输运现象,如负折射、声波准直、结构声表面波等。但是它们也有一些缺陷:有很强的色散作用,结构内部的声音损失很明显。制作费用高。与其他设备集成不容易。为了克服这些缺点,研究人员用光学领域来比喻,提出了薄层的超表面声学结构。超表面的工作频段一般位于深阿帕场地区,具有薄而容易组合的特点,实用意义强。

  声学超材料:根据经典的斯内普定律得到的结果:当人在两种不同介质的边界上引入不连续变化的相位时,折射角(反射角)在经典结果的基础上再加一次。此值与引入的拓扑渐变直接相关,因此,只要调整拓扑渐变变化,就可以调整反射角度和折射角度的大小。超曲面经常排列不同几何参数的单元组合。通过不同的相位调制,可以实现点声源聚焦、平面波异常反射等,在此基础上设计结构,使声波能够透射,透射型超表面仍然可以满足广义的斯涅尔定律。这些功能的实现主要取决于声波相位的调节,因此这些装置也被称为“相位阵列”。

 

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