频率对二维声子晶体平板负折射成像的影响

以二维钢/空气三角排列声子晶体为模型,利用多重散射方法分析声子晶体平板负折射成像过程中声波频率与等效负折射率、入射角的变化关系。研究结果表明:平板负折射成像与声波频率及波的入射角度密切相关;对不同的入射波频率,平板的等效负折射率不同,且随着频率增加,等效负折射率绝对值变小;对于确定的晶格结构,只有在确定的频率范围、确定的入射角范围内,才能发生明显的负折射现象;对于某一确定的入射波频率,平板负折射存在一个最大入射角,且随着入射声源频率的增加,这个最大入射角变小,入射波耦合进入声子晶体平板的信号减弱,进而影响像的强度和清晰度。     

宽带低反射式通风声屏障

提出了一种基于长方晶格型声子晶体结构的波矢调制特性的声屏障设计机理.该声屏障能够以极低的反射率将入射声波导引至内部,并在相对于原有的传播方向偏移一定距离后出射,从而产生局部的声静区.由于该机理不依赖于粘滞吸收效应或负的等效声学参数,因而可保证出射声波的强度及波形均与入射声波相近,使得所设计的声屏障能够在隔声的同时有效地将入射声能量导引至预设的位置进行吸收或进一步利用,并且具有较宽的工作频带.数值计算结果证明在7750~10000Hz频率范围内均有35dB左右以上的隔声量,最大隔声量可达50dB.此外,区别于传统重墙隔声,声子晶体薄板在隔声时未导致背景媒质的阻断,留有与声波波长同尺度的间隙.这些特性对于在实际隔声问题中的应用具有重要价值.     

非均匀温度分布区中的声波传播有限元模型

非均匀温度分布的空气介质将对声波的传播产生扰动.为了精确描述非均匀介质中的声传播特性,采用有限元法研究了声波的频率、入射角以及非均匀介质的温度分布特性对声传播的影响,着重分析计算了斜入射声波的传播问题,探讨了提高非均匀介质对声波反射系数的方法.仿真结果表明,声波在非均匀温度区中的传播特性主要由介质温度分布参数和声波入射角决定,其反射系数近似为声波穿越非均匀介质长度的周期函数.当入射声波参数和非均匀介质的温度分布特性之间满足一定条件时,声波将在介质界面上发生强烈反射,甚至全反射,这为声波传播路径的有效控制提供了灵活的技术手段.     

水中刚性柱在高斯声场中的声辐射力特性

以声波理论为基础,在圆柱的中心点将高斯声波用柱函数展开,计算入射高斯声波的展开系数,求解在高斯声场中柱形粒子所受声辐射力的表达式.通过数值仿真研究了频率、波束宽度、柱形粒子偏离高斯波束中心的距离等参数对声辐射力的影响.仿真结果表明:在ka1的情况下,当柱形粒子沿x轴的正方向偏离波束中心时,所受的声辐射力为负值,当柱形粒子沿x轴的负方向偏离波束中心时,所受的声辐射力为正值;ka1时,粒子所受的声辐射力随着粒子位置偏离波束中心距离的增大逐渐减小,且辐射力的方向均沿x轴的正方向;随着波束宽度的增大,声辐射力的值增大,当波束宽度相对波长较大(W0=10λ)时,高斯波束声辐射力的大小接近于平面波声场的声辐射力.     

一种球面—抛物面组合型声反射聚焦器

用声聚焦系统获得细声束和高强度的声能,已被广泛地应用于无损检测、医学诊断和军事探测等领域.在声反射聚焦器中,最常见的是球面反射聚焦器,但球面型反射聚焦器存在焦点象差.即焦点位置随入射声束的高度不同而变化,仅当入射声束高度趋于零时焦点象差为零,焦点才恒定.通常,当θ≤30°(图1),即近轴声束入射时,可近似地把焦点视为不变.但是,此条件使聚焦器能接收到的声束宽度大大受到限制,焦点处不能获得很高的声强.本文分析了抛物面型声反射器的特点,     

声光调制的光学双稳态实验研究

本文论述了双声-光调制,位相延迟等构成的一种新的双稳态系统,并对声-光调制及光信号的接收、调制的相位延迟和利用副载波调制激光光强载波的机制进行了实验。声-光调制器:某些晶体和液体由于机械形变会显出折射率的改变,声波和超声波通过此种介质时,会使介质密度呈疏密交替变化,从而引起折射率相应变化。某一时刻的折射率分布决定于该时刻的声场分布,但对从侧面入射而通过介质的光束而言,由于光速很大,在光通过声束的时间间隔内,声波场变动极小,可视为不变。因此,介质成为一位相光栅,光束通过后发生衍射现象。当超声频率较低,光束垂直于声波传播方向入射,并且通过声束程长较     

敷设吸声尖劈的声纳平台水下声学特性试验研究

基于模型试验开展了敷设吸声尖劈的声纳平台水下声学特性研究,讨论了尖劈不同敷设方式下声纳平台的声场分布,分析了声波入射角度对声纳平台声场的影响.分析了声纳平台0%,36%,60%和100%敷设吸声尖劈,声波在0°方向和90°方向入射声纳平台的情况,以及尖劈不同敷设方式、声波不同入射角度时声纳平台的声场分布.研究表明:声纳平台内部各点声压不尽相同;随尖劈敷设密度的增加,声纳平台自噪声在降低,各水听器声压的差异在逐渐加大;吸声尖劈可改变声纳平台的声场,降低声纳平台的自噪声,但存在"声泄漏"现象;声波入射方向对声纳平台声场也有一定影响,但位置不同、声波频率不同,其影响也各有差异.     

走进歌剧厅

正如果你跟爸爸妈妈一起去剧院或者音乐厅看过演出,还记得自己坐过几次第一排吗?哈哈哈。大奇和丁小小这次可是十分过瘾!在没有演出的时候,大摇大摆地走进了陕西大剧院的歌剧厅。直达声与反射声从演员发声后直接传到观众耳朵的声音叫作直达声,与经过吊顶、墙壁等反射的声音混合在一起,才是观众听到的真实声音。声音在传播时,强度和能量都会随着传播的距离而衰减。据统计,对于一个超过一千观众席的歌剧厅来说,最后一排观众听到的直达声的声能仅占总声能的百分之五,其他都要靠反射声才能弥补。可以说,没有反射声,坐在后排的观众几乎什么都听不见。     

深海海底斜坡环境对声传播规律的影响

海底地形变化对声传播具有重要影响.针对在南海深海区域海底斜坡环境下进行的一次声传播实验中观测到的一些不同于平坦海底的声传播现象,利用射线声学方法分析并解释了海底地形变化引起声传播差异的原因.结果表明,当声源深度位于131 m处时,在第一影区内,海底斜坡前较小幅度的海底山丘(凸起高度小于1/10海深),对第一次与海底作用而入射到该小海底山丘处的小掠射角(绝对值在10°–20°范围内)声波有反射遮挡作用,导致在其反射区特定传播距离上出现影响深度可达海面以下1300 m的倒三角声影区,比平坦海底环境下相同影区位置处的传播损失增大约8 dB.在第一会聚区内,海底斜坡对声波的反射阻挡作用使得从海面反射及水体向下折射的小掠射角(绝对值小于10°)声波所形成的会聚区结构消失,只保留从水体向上折射的会聚结构.因此,准确的海底地形对深海声传播预报及目标探测等应用非常重要.     

向井外地层中扫描辐射声场的数值模拟

应用实轴积分方法研究了实现由充液井孔中的相控线阵声波辐射器向井外地层中扫描辐射声场的方法. 研究表明, 通过改变井孔中的相控线阵声波辐射器的阵元个数、相邻阵元间激励信号的延迟时间等参数可以控制辐射声束的角宽和入射于井壁的入射角. 当辐射器产生的声束以小于第一临界角的偏转角入射到井壁上后, 在井外地层中产生的纵波的偏转角近似满足平面波入射于平面界面时的折射定律. 当井孔中的相控线阵的辐射声束角宽较小, 且声束偏转角小于第一临界角时, 可以假设将相控线阵置于无井孔的均匀固体中, 利用固体中相控线阵的指向性函数直接计算井外声场的空间分布. 向井外地层中扫描辐射声场技术可以用于提高反射声波测井和井间声波勘探的空间分辨率和信噪比.     

平面反射体的有效反射面计算

1 常见规则平面的反射声场如附图所示,设在一各向同性且材质均匀工件中,有一任意形状表面光滑平面反射体。将坐标原点取在该平面的几何中心,z轴沿其法线方向,x轴和y轴在平面内。设探头距反射体足够远且反射面的尺寸甚小于声束直径,移动探头使反射面的几何中心位于声束中心轴线上。则可认为入射到该反射面上的声波为平面波,此时,用势函数表示的反射声场为     

利用深海海底反射声场特征的水面声源被动测距

海底反射声工作方式是指声波经一次海底反射到达接收器的工作方式,是深海影区内水声探测的重要途径.依据射线声学理论,深海海底反射声工作方式下的声场由海底反射路径(BR)、海面-海底反射路径(SBR)、海底-海面反射路径(BSR)、海面-海底-海面反射路径(SBSR)起主要贡献,4条路径声波的到达时间不同,利用其到达时延差可以分析深海海底反射声工作方式下的声场强度干涉结构.分析发现,海底反射声区声场强度在频率域呈现周期性,且频率间隔随距离增加而增大,且频域间隔对应于多途时延差的倒数,因此可以利用多途时延差与距离的关系来估计声源距离.对于水面声源,声源处的海面反射可以忽略,因此其海底反射声场由BR和BSR传播路径的声波起主要贡献,其干涉条纹的频域间隔对应于BR路径和BSR路径时延差的倒数.本文通过分析深海海底反射声工作方式下声场强度干涉结构,得到了多途时延差随距离变化的关系,并将其应用于水面声源的被动测距,仿真结果和实验结果均证明了该方法的有效性.     

二维海洋波导中Helmholtz方程外问题数值解的有限元方法

研究了二维海洋波导中声波与散射体相互作用的问题.基于伽辽金变分原理和DtN映射方法,发展了这类声散射问题的一种有限元数值求解方法,提出了有效的数值实现手段.考察了海洋波导中声波与散射体相互作用的回声结构特性,包括海洋界面的多重反射效应对回声结构特性的影响.数值计算结果表明,所建立的有限元理论方法是有效和实用的,而且数值实现速度较快.     

激光在弯曲液面的反射效应及应用

基于激光在润湿效应形成的凹形弯曲液面上边界反射,研究了凹形弯曲液面的特性.结果表明,当平行激光束入射到由圆柱形玻璃管壁润湿效应形成的凹形弯曲液面上时,边界反射可产生特殊的反射图样,且图样半径随入射光束半径的增大迅速变大.通过测量反射图样的半径和入射光束的半径,可实时描绘弯曲液面的性质.利用弯曲液面的边界反射可测得弯曲液面的斜率曲线、弯曲液面上升的最大高度和接触角.     

源造波法在三维完全非线性数值波浪水槽中的应用

为消除波浪在水槽出流边界的反射及波浪遇到结构物后在入射边界形成的二次反射,基于时域高阶边界元方法建立三维完全非线性数值波浪水槽模型:利用源造波法产生入射波浪,采用人工阻尼层技术消除波浪反射及二次反射;建立水槽的格林函数并应用于整个计算域,消除水槽两侧壁和底面的积分,减少了计算量.利用所建模型分别对规则波和不规则波的数值实验表明,数值结果与理论解吻合良好,且在出流边界和入射边界均无反射现象.     

声光辐射对小麦育种的影响

试验料材选用粒大、色白、品质好的6811(1)-81小麦品系.色光辐射源采用高频超声设备,输出最大电功率300W,频效1.1MHz,换能器输出声能经声透镜聚焦后,焦区平均声强度50W/cm~2;光源采用氦氖激光器,光斑直径3mm.光束垂直于声波传播方向,直接照射于声场焦区内.     

亚波长光栅的零级反射特性研究

从严格耦合波衍射理论出发,在不同入射角、方位角和光栅参数下的情况,计算了矩形亚波长光栅零级反射效率随入射光波长的变化.通过计算结果,找出相对合理的光栅参数,使得当入射光的入射角或方位角发生变化时,光栅反射出不同波段的光,即反射出不同颜色的光.这些研究可应用于防伪技术,为设计和制作防伪光栅提供了设计依据.     

普通伏翼蝠(Pipistrellus abramus)回声定位及母婴交流行为研究

研究了普通伏翼蝠成蝠回声定位声波特征及捕食策略,并研究了其幼蝠的声波特征.结果表明:普通伏翼蝠成蝠回声定位声波为声脉冲时间长度中等的FM型,一次完整的声波包括1～2个谐波,在不十分复杂的环境中掠食中等大小的静止昆虫;幼蝠发出频率较低、声脉冲时间较长、结构不固定的不连续叫声.利用SPSS11.0软件对成蝠与幼蝠声波进行了统计学分析,发现成蝠与幼蝠叫声存在较大差异,幼蝠的不连续叫声亦存在较大的个体间差异,且主要存在于异母所产的幼蝠个体间.讨论了成幼声波差异产生的个体发生学原因,幼蝠个体间声波差异产生的原因及其在普通伏翼蝠母婴交流行为中的主要作用.为深入研究蝙蝠幼蝠声波与母婴交流行为奠定基础.     

透射型声超表面斗篷的设计

利用2种超表面(相位调控超表面和近零折射率超表面),构建了一种透射型声超表面斗篷.首先，设计了一种具有迷宫结构的近零折射率超表面，该超表面具有近零折射特性，能够使声波绕过障碍物，并沿原入射方向传播；其次，在近零折射率超表面外层基于亥姆霍兹共振结构设计了一种相位调控超表面，该超表面可以通过改变内部空腔长度来实现相位变化，既能调节声波相位，又能保持高透射率，确保声波有效通过.仿真计算结果显示，透射型声超表面斗篷在4 960 Hz频率下能有效隐藏方形物体.     

阻抗界面附近水下刚性柱形粒子的声辐射力

利用声辐射力来操控微小粒子的技术称为声操控.声操控在材料科学、超声给药、生物物理等领域具有广泛的应用前景,是声学领域的研究热点之一.声操控的核心是对声辐射力的控制,因而对声辐射力产生机理的研究对声操控技术的发展具有重要意义.以声波理论为基础,建立了水中阻抗界面附近刚性柱形粒子声辐射力的理论计算模型,结合柱函数加性定理,推导了平面波垂直入射时,阻抗界面附近水中刚性柱形粒子声辐射力解析表达式,并对粒子位于不同位置时,阻抗边界对刚性柱形粒子声辐射力的影响进行了仿真.数值仿真结果表明,在ka值较小时,声辐射力函数受界面的影响较大,并出现负的声辐射力.在ka值较大时,声辐射力受边界的影响相对较小,随着界面反射系数的增大,声辐射力的值逐渐减小.柱形粒子距阻抗边界的距离对声辐射力有影响,随着距离的增加,辐射力出现振荡变化.改变粒子的半径,声辐射力函数出现峰值的位置也会发生改变.这项研究为界面附近粒子的声操控提供了理论基础并有助于声操控技术的改善和发展.