CN105448288B - 一种能够产生声波单向反射的声学材料 - Google Patents

一种能够产生声波单向反射的声学材料 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种能够产生声波单向反射的声学材料，在声学材料中选定相互垂直的x方向和y方向，本发明的声学材料的声学参数具有如下分布：ρx→0+，和其中，ρx为声学材料x方向的密度，ρy为声学材料y方向的密度，B为声学材料的弹性模量，ρ0和B0分别是背景媒质的密度和弹性模量。本发明的能够产生声波单向反射的声学材料设计简单，容易实现，可以产生高效率的声波隔离效果。

Description

一种能够产生声波单向反射的声学材料
技术领域
本发明涉及一种能够产生声波单向反射的声学材料。
背景技术
声波单向传播是声学中重要的技术，通常是引入非线性或时变系统来打破互易原理。将一个方向上入射的声波改变其频率，使其落在滤波系统的通带上而得以传播；而另一个方向上入射的声波则被滤波系统反射掉。之后，声波单向传播在线性系统中得到实现，主要是改变两边入射声波的波矢方向。在之前的一系列工作中，主要是关注于声波的单向透射，而作为一种基本的物理现象，如能实现声波的单向反射，将极具意义。
因此，需要一种能够产生声波单向反射的声学材料以解决上述问题。
发明内容
发明目的：本发明针对现有技术中声波的单向反射的缺陷，提供一种能够产生声波单向反射的声学材料。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种能够产生声波单向反射的声学材料，在声学材料中选定相互垂直的x方向和y方向，本发明的声学材料的声学参数具有如下分布：
ρx→0+，和其中，ρx为声学材料x方向的密度，ρy为声学材料y方向的密度，B为声学材料的弹性模量，ρ0和B0分别是背景媒质的密度和弹性模量。
更进一步的，其中，ρx→0+的意义为ρx为近零分量，而在生产实践中，可知ρx不可能完全为零，只能尽量趋近于零。经过测算可发现当ρx小于等于背景媒质密度ρ0的百分之一即可有效实现单向反射。
有益效果：本发明的能够产生声波单向反射的声学材料设计简单，容易实现，可以产生高效率的声波隔离效果。
附图说明
图1是本发明的能够产生声波单向反射的声学材料的结构示意图；
图2是本发明所涉及的声学材料的等频曲线图；
图3是从底边分别入射到本发明所涉及的声学材料上的声场仿真图；
图4是从右边分别入射到本发明所涉及的声学材料上的声场仿真图；
图5从底边入射且没有障碍物的情况的声场参考图；
图6从右边入射且有刚性障碍物的情况的声场参考图；
图7是本发明的透射率数值模拟图；
图8是本发明的反射率数值模拟图；
图9是本发明的一种可行的设计方案。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行进一步说明。以下仅为本发明的较佳实施方式，本发明的保护范围并不以上述实施方式为限，但凡本领域普通技术人员根据本发明所揭示内容所作的等效修饰或变化，皆应纳入权利要求书中记载的保护范围内。
请参阅图1所示，本发明的能够产生声波单向反射的声学材料，在声学材料中选定相互垂直的x方向和y方向，本发明的声学材料的声学参数具有如下分布：
ρx→0+，和其中，ρx为声学材料x方向的密度，ρy为声学材料y方向的密度，B为声学材料的弹性模量，ρ0和B0分别是背景媒质的密度和弹性模量。
其中，其中，ρx→0+的意义为ρx为近零分量，而在生产实践中，可知ρx不可能完全为零，只能尽量趋近于零。经过测算可发现当ρx小于等于背景媒质密度ρ0的百分之一即可有效实现单向反射。
本发明的能够产生声波单向反射的声学材料设计简单，容易实现，可以产生高效率的声波隔离效果。其中，声学材料等效密度接近背景媒质方向入射声波将透射，等效密度近零方向入射声波将反射。且本发明的声学材料属于无源系统。
如图1中三角形区域所示，放置于背景媒质空气中。由于该材料独特的声学性质，可以使得沿y轴正向传播的声波能较好的透射，而沿x轴负向传播的声波则被较好的反射。从而，实现声波单向反射的效果。
请参阅图2所示，所述的声学材料可用如图的等频曲线所描述。图中，圆形曲线所示为背景媒质，本发明中背景媒质为空气，而椭圆形曲线为密度各向异性的声学材料，且其中一个分量近零，而另一个分量接近于背景媒质。声学材料有着各向异性分布的声学参数。该种材料用等频方程可表示为：其中，k和ω分别是声波在背景介质中的波数和角频率，并且，ρx→0+，ρy＝ρ0和B＝B0。ρ0和B0分别是背景媒质的密度和弹性模量。由于其声学参数的空间上的不对称性，可以调制声波，使得不同入射方向上的声波受到不同的调制。
请参阅图3、图4、图5和图6所示，本发明的声学材料对不同方向入射声波的仿真结果可如图所示。图3和图4分别是从底边和右边分别入射到本发明所涉及的声学材料上。由于材料独特的声学性质，底边入射的声波能够很好地透射，材料近似于透明；而右边入射的声波则被很大程度的反射掉，材料近似于刚性。图5和图6是作为参考的声场，分别是从底边入射且没有障碍物的情况和右边入射有刚性障碍物的情况。通过对比，可以发现，本发明所涉及的声学材料确实能够实现声波方向反射的效果。
请参阅图7和图8所示，本发明所述的声学材料的透射效率和反射效率可如图所示。作为定量的比较，数值计算了在一个较宽的入射角范围内，本发明所涉及的声学材料的单向反射效率。由图7和图8可以看出，无论是透射率还是反射率，都可以达到很高的效率。
请参阅图9所示，本发明所述的声学材料可由一组膜型声学超材料构成的结构所实现。纸膜可用于调控声波的相位，具有良好的动态范围，可以实现近零甚至负的等效密度。

Claims (2)

1.一种能够产生声波单向反射的声学材料，其特征在于：在声学材料中选定相互垂直的x方向和y方向，所述声学材料的声学参数具有如下分布：
ρx→0+，和其中，ρx为声学材料x方向的密度，ρy为声学材料y方向的密度，B为声学材料的弹性模量，ρ0和B0分别是背景媒质的密度和弹性模量。
2.如权利要求1所述的能够产生声波单向反射的声学材料，其特征在于：
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN106887224B (zh) * 2017-03-10 2021-03-19 南京大学 一种数字声学超常材料

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19528570A1 (de) * 1995-08-03 1997-02-06 Daimler Benz Ag Gerichteter Schallgenerator
CN102984621A (zh) * 2009-02-20 2013-03-20 日东纺音响工程株式会社 声响调整方法、声场调整系统、扬声器基座、家具
CN104505085A (zh) * 2014-12-03 2015-04-08 南京大学 一种超宽带声学吸收体
CN104751841A (zh) * 2015-04-14 2015-07-01 南京大学 一种能够使超宽带声波重定向的声学材料
CN104795061A (zh) * 2015-04-14 2015-07-22 南京大学 宽带单向传声通道

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19528570A1 (de) * 1995-08-03 1997-02-06 Daimler Benz Ag Gerichteter Schallgenerator
CN102984621A (zh) * 2009-02-20 2013-03-20 日东纺音响工程株式会社 声响调整方法、声场调整系统、扬声器基座、家具
CN104505085A (zh) * 2014-12-03 2015-04-08 南京大学 一种超宽带声学吸收体
CN104751841A (zh) * 2015-04-14 2015-07-01 南京大学 一种能够使超宽带声波重定向的声学材料
CN104795061A (zh) * 2015-04-14 2015-07-22 南京大学 宽带单向传声通道

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Tunable Unidirectional Sound Propagation through a Sonic-Crystal-Based Acoustic Diode;xue feng li et al;《physical review letters》;20111231;全文
unidirectional acoustic transmission through a prism with near-zero refractive index;yong li et al;《applied physics letters》;20131231;全文

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