CN106887224A - 一种数字声学超常材料 - Google Patents

一种数字声学超常材料 Download PDF

Info

Publication number
CN106887224A
CN106887224A CN201710139776.5A CN201710139776A CN106887224A CN 106887224 A CN106887224 A CN 106887224A CN 201710139776 A CN201710139776 A CN 201710139776A CN 106887224 A CN106887224 A CN 106887224A
Authority
CN
China
Prior art keywords
unit
stria
equivalent
materials
meta
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201710139776.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106887224B (zh
Inventor
梁彬
范旭东
朱凡
朱一凡
杨京
程建春
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nanjing University
Original Assignee
Nanjing University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nanjing University filed Critical Nanjing University
Priority to CN201710139776.5A priority Critical patent/CN106887224B/zh
Publication of CN106887224A publication Critical patent/CN106887224A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106887224B publication Critical patent/CN106887224B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K11/00—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/18—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Circuit For Audible Band Transducer (AREA)

Abstract

本发明公开了一种数字声学超常材料，包括若干个等效单元拼接而成，所述等效单元均由n×n个方格组成，n为正整数，方格内设有刚性边界单元和第一细槽单元或第二细槽单元，每个等效单元中仅包含第一细槽单元或第二细槽单元，第一细槽单元深度为第一细槽单元的槽的截面积为S，第二细槽单元深度为 第二细槽单元的槽的截面积为S，其中，λ为入射声波波长。本发明的一种数字声学超常材料，仅采用两种元件在矩形阵列中的不同排列，从而实现对于声场的任意操控并且能够大大简化现有的传统声学超常材料面临的复杂结构的问题。

Description

一种数字声学超常材料
技术领域
本发明涉及数字声学超常材料，属于声学材料领域。
背景技术
声学超常材料具有传统声学材料不具有的性质，可以对声波进行任意操控。声学超常材料广泛应用在声学颗粒悬浮或迁移、声学显示设备、医学超声检测和超声手术等各个领域。目前传统的声学超常材料通常为模拟的声学超常材料，通过改变复杂的结构来实现对参数的连续调节。传统的声学超常材料结构复杂，制造、维护成本，且不可以重复使用、一个装置只能应用于一种场合，不利于应用。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种数字声学超常材料，仅采用两种元件在矩形阵列中的不同排列，从而实现对于声场的任意操控并且能够大大简化现有的传统声学超常材料面临的复杂结构的问题。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明的一种数字声学超常材料，包括若干个等效单元拼接而成，所述等效单元均由n×n个方格组成，n为正整数，方格内设有刚性边界单元和第一细槽单元或第二细槽单元，每个等效单元中仅包含第一细槽单元或第二细槽单元，第一细槽单元深度为第一细槽单元的槽的截面积为S，第二细槽单元深度为第二细槽单元的槽的截面积为S，其中， λ为入射声波波长，每个等效单元中第一细槽单元的个数N或第二细槽单元的个数P由以下公式求得：
其中，m＝N(P)/M，M为每个等效单元内的方格的总数，M＝n2，为刚性边界单元反射(注：阻抗远大于空气阻抗可以成为刚性边界单元，一般至少为100倍)的相位改变，值为0，为等效单元的等效相位，A是等效单元的等效反射振幅，值为1，i为虚数单位，通过N和P在0到M之间连续变化，实现等效单元的等效相位在2π范围内的连续调节。
作为优选，所述细槽单元为矩形波导管。
作为优选，所述矩形波导管的宽度d1<f/2c，其中，f为所述数字声学超常材料的工作频率，c为空气中声速。
作为优选，若干个细槽单元排列成矩形阵列。
作为优选，所述矩形波导壁厚小于七分之一矩形波导宽度。
有益效果：本发明的数字声学超常材料，仅通过将两种不同深度的细槽插入到矩形阵列内，从而构成等效单元，通过控制两种细槽在矩形块内的排列实现等效单元相位在2π范围内的连续改变；仅采用两种元件在矩形阵列中的不同排列，从而实现对于声场的任意操控并且能够大大简化现有的传统声学超常材料面临的复杂结构的问题。
附图说明
图1为第一细槽单元的结构示意图。
图2为一个等效单元的结构示意图。
图3为本发明实施例1相位分布示意图。
图4为本发明实施例1等效单元排列示意图。
图5为本发明实施例1示意图。
具体实施方式
如图1和图2所示，本发明的一种数字声学超常材料，包括若干个等效单元拼接而成，所述等效单元均由n×n个方格组成，n为正整数，方格内设有刚性边界单元和第一细槽单元或第二细槽单元，每个等效单元中仅包含第一细槽单元或第二细槽单元，第一细槽单元深度为第一细槽单元的槽的截面积为S，第二细槽单元深度为第二细槽单元的槽的截面积为S，其中，λ为入射声波波长，每个等效单元中第一细槽单元的个数N或第二细槽单元的个数P由以下公式求得：
其中，m＝N(P)/M，M为每个等效单元内的方格的总数，M＝n2，为刚性边界单元反射的相位改变，值为0，为等效单元的等效相位，A是等效单元的等效反射振幅，值为1，i为虚数单位，N与对应，P与对应，通过N和P在0到M之间连续变化，实现等效单元的等效相位在2π范围内的连续调节。
在本发明中，先有一个需要的相位分布，即目标，然后将所需要的相位离散化，每一小块即为一个等效单元，然后通过细槽在等效单元内的不同排列来构造这个等效单元，即先拼好每一个等效单元，然后在将他们拼到一起。
实施例1
入射声波频率为1000Hz，通过按照如图3中所示的相位分布来对所求等效单元进行排列，每个等效单元是5X5个细槽或刚性边界单元构成，每个最小单元的尺寸是7mm×7mm，每个等效单元的尺寸是35mm×35mm，排列方式按照如图4所示的罗马数字顺序将18个等效单元排列，其中1代表第一细槽单元，2代表第二细槽单元。图5为数值模拟结果图。等效单元中的等效相位在π到0之间的用第一细槽单元，等效相位在0到-π之间的用第二细槽单元，第一细槽单元或第二细槽单元优先向上向左排列。本文中选择的等效单元为5X5，每个方格的尺寸为7mm×7mm，我们所求的相位分布如图3所示，然后对相位分布离散化，所求得每个等效单元的等效相位，对应等效单元的相位改变为π时，所需的是第一细槽单元，其他同理可得，最后得到的等效单元的分布图，按照罗马数字的顺序从左向右从上到下如图4所示拼接成我们所需要的结构。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种数字声学超常材料，其特征在于：包括若干个等效单元拼接而成，所述等效单元均由n×n个方格组成，n为正整数，方格内设有刚性边界单元和第一细槽单元或第二细槽单元，每个等效单元中仅包含第一细槽单元或第二细槽单元，第一细槽单元深度为第一细槽单元的槽的截面积为S，第二细槽单元深度为第二细槽单元的槽的截面积为S，其中，λ为入射声波波长，每个等效单元中第一细槽单元的个数N或第二细槽单元的个数P由以下公式求得：
其中，m＝N(P)/M，M为每个等效单元内的方格的总数，M＝n2，为刚性边界单元的相位改变，值为0，为等效单元的等效相位，A是等效单元的等效反射振幅，值为1，i为虚数单位，通过N和P在0到M之间连续变化，实现等效单元的等效相位在2π范围内的连续调节。
2.根据权利要求1所述的数字声学超常材料，其特征在于：所述第一细槽单元和第二细槽单元为矩形波导管。
3.根据权利要求2所述的数字声学超常材料，其特征在于：所述矩形波导管的宽度d1<f/2c，其中，f为所述数字声学超常材料的工作频率，c为空气中声速。
4.根据权利要求2所述的数字声学超常材料，其特征在于：若干个细槽单元排列成矩形阵列。
5.根据权利要求2所述的数字声学超常材料，其特征在于：所述矩形波导壁厚小于七分之一矩形波导宽度。
CN201710139776.5A 2017-03-10 2017-03-10 一种数字声学超常材料 Active CN106887224B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710139776.5A CN106887224B (zh) 2017-03-10 2017-03-10 一种数字声学超常材料

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710139776.5A CN106887224B (zh) 2017-03-10 2017-03-10 一种数字声学超常材料

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106887224A true CN106887224A (zh) 2017-06-23
CN106887224B CN106887224B (zh) 2021-03-19

Family

ID=59179643

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710139776.5A Active CN106887224B (zh) 2017-03-10 2017-03-10 一种数字声学超常材料

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106887224B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107958665A (zh) * 2017-10-19 2018-04-24 南京大学 一种宽带超轻透明的非对称声传输结构
CN112820264A (zh) * 2021-01-07 2021-05-18 深圳市航天新材科技有限公司 一种装配式声学超构体及声障板

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN201149769Y (zh) * 2007-12-27 2008-11-12 薛小民 一种穿孔板材
US8822800B1 (en) * 2011-09-20 2014-09-02 Grant Aaron Richmond Finger operable percussive device
CN104916280A (zh) * 2015-04-14 2015-09-16 南京大学 一种能够产生超宽带弯曲声场的声学材料
CN105448288A (zh) * 2015-11-11 2016-03-30 南京大学 一种能够产生声波单向反射的声学材料
CN105895074A (zh) * 2016-04-11 2016-08-24 南京大学 一种声学单向超表面
CN105913837A (zh) * 2016-04-15 2016-08-31 南京大学 一种超薄的施罗德散射体
CN105974766A (zh) * 2016-05-17 2016-09-28 南京大学 一种基于相位振幅调制的可实现声学全息的超材料

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN201149769Y (zh) * 2007-12-27 2008-11-12 薛小民 一种穿孔板材
US8822800B1 (en) * 2011-09-20 2014-09-02 Grant Aaron Richmond Finger operable percussive device
CN104916280A (zh) * 2015-04-14 2015-09-16 南京大学 一种能够产生超宽带弯曲声场的声学材料
CN105448288A (zh) * 2015-11-11 2016-03-30 南京大学 一种能够产生声波单向反射的声学材料
CN105895074A (zh) * 2016-04-11 2016-08-24 南京大学 一种声学单向超表面
CN105913837A (zh) * 2016-04-15 2016-08-31 南京大学 一种超薄的施罗德散射体
CN105974766A (zh) * 2016-05-17 2016-09-28 南京大学 一种基于相位振幅调制的可实现声学全息的超材料

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107958665A (zh) * 2017-10-19 2018-04-24 南京大学 一种宽带超轻透明的非对称声传输结构
CN112820264A (zh) * 2021-01-07 2021-05-18 深圳市航天新材科技有限公司 一种装配式声学超构体及声障板
CN112820264B (zh) * 2021-01-07 2023-10-20 深圳市航天新材科技有限公司 一种装配式声学超构体及声障板

Also Published As

Publication number Publication date
CN106887224B (zh) 2021-03-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105895074A (zh) 一种声学单向超表面
CN106887224A (zh) 一种数字声学超常材料
CN107293283A (zh) 一种声学超表面和声波聚焦装置
US11120784B2 (en) Ultra-thin Schroeder diffuser
CN102037197A (zh) 反射体构造物、声场调节方法、柱形反射体构造物、房间、程序、声响各室设计系统
CN106200143A (zh) 液晶透镜及立体显示装置
Peters Acoustic performance as a design driver: sound simulation and parametric modeling using Smartgeometry
CN105974766A (zh) 一种基于相位振幅调制的可实现声学全息的超材料
CN104464715B (zh) 一种声子晶体分束器
CN106205597A (zh) 实现水下声波定向隐身的声子功能结构和制作方法
CN212255999U (zh) 投影屏幕
CN106981286B (zh) 声波传导介质及声斜入射全反射的实现方法
JP5666784B2 (ja) 全音響透過板並びにそれを用いたハードスクリーン及び音響透過量調整板
CN106733573B (zh) 一种三维宽带能量聚焦装置
Lorenz FRACTAL GEOMETRY OF ARCHITECTURE: Fractal Dimension as a connection between Fractal Geometry and Architecture
CN110389496A (zh) 透声幕及其制造方法
CN208155151U (zh) 一种防弹片以及拼接防弹板
CN206434868U (zh) 具有可变角度的连接器
CN107039031B (zh) 声子晶体及声斜入射全透射的实现方法
Wallisser Other geometries in architecture: bubbles, knots and minimal surfaces
Akgün et al. Developable sculptural forms of Ilhan Koman
Gomez et al. Tunable sonic crystals as an extension of acoustical musical instruments
CN109695221A (zh) L型造波机造波信号生成方法、装置和l型造波机
Karlsson Rustic figuration
David et al. Raising the roof-An innovative ceiling that changes to suit the performance answers the need for acoustic flexibility

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
CB02 Change of applicant information
CB02 Change of applicant information

Address after: 210008 No. 22, Hankou Road, Gulou District, Jiangsu, Nanjing

Applicant after: NANJING University

Address before: 210046 Xianlin Campus, Nanjing University, 163 Xianlin Avenue, Qixia District, Nanjing City, Jiangsu Province

Applicant before: NANJING University

GR01 Patent grant
GR01 Patent grant