施罗德扩散器使用元表面:新想法?

目前,人们对声学超材料非常感兴趣——你可能已经看到了相关的论文声波隐形斗篷非常有效的吸收。有一个论文预印本存档arxiv.org[1]这使得一个声学扩散器从元表面。但我不确定它是否像听起来那样新颖。

什么是扩声器?

这些是用来处理声音缺陷的表现空间和工作室,可以产生的大平面。当一个扩散器应用于一个大的平面墙时,有点像在镜子上应用磨砂。磨砂镜中的视觉图像是模糊的,同样地,当声音从扩压器反射回来时,声像也不那么清晰。这可以帮助处理像回声[2]这样的声音畸变。

这一领域的许多研究的催化剂是施罗德1970年代的革命性扩散器——图1显示了一个例子。当声音从表面反射时,根据每口井的深度,波的不同部分被不同程度的延迟。这打破了反射波阵面产生色散。由于延迟与改变波的相位有关,这些通常被称为相位光栅扩散器

这是超表面扩散器吗?超材料通常由大量小重复元素组成,这当然是真的。超材料还应该具有自然界所没有的特性。由于深度是基于数学序列的,这也是事实。(请参阅本博客什么是光学元表面)。所以施罗德发明了一种超材料,在人们开始使用这个词之前的几十年!

来自RPG的Omni扩散器

图1中,来自RPG的Omni扩散器有64口井

超薄

图2显示了本文在arxiv.org上提出的新的扩散器。为了在反射波上施加相位变化,形成了一系列谐振器。这些是亥姆霍兹谐振器,在宽度w的入口有一个收缩,在宽度D的后面有一个空腔。这主意不错,但它是新的吗?

Metasurface扩散器

图2中,Metasurface扩散[2]

下面是我和Peter D'Antonio关于扩散器[2]的书中的一段话:

另一种获得更多低频性能的方法是,是用穿孔片增加井阻抗的质量,降低共振频率,从而降低设计频率。这样一个设备的例子如图10.30所示,使用穿孔板可以缩短最长的井。”

图10.30来自参考[1]

图10.30来自参考[1]

在空腔上方的穿孔片是亥姆霍兹谐振器——与在新的元表面扩散器中发现的相同。后面有一个狭窄的洞。彼得和我不应该把这个想法归功于然而,because it was first tried by Hunecke in 1997 [3]. So the idea of forming a diffuser from Helmholtz resonators instead of 1/4 wavelength wells should be credited to Hunecke.他还应该被归功于将谐振器的相位与普通扩压井相匹配的设计方法(正如arxiv.org上的论文所做的那样)。

那么为什么之前没有人接受Hunecke的想法呢?论文是用德语写的,但2004年,彼得和我用英语写了一篇描述。真正的问题是,如果每口井都被亥姆霍兹谐振器所取代,那么高频时的性能就会受到影响。当波长小于图2中孔间距时,然后你会从平坦的前表面得到强烈的反射。You can see the decreased performance at the highest frequencies tested in the paper on arxiv.org (see Figure 5 for example). I can think of no application where it would be good for a diffuser to stop working at high frequency,因为这是感知偏差最显著的带宽。这就是为什么当我们绘制图10.30时,我们保留了一些井作为传统的1/4波谐振器。

您可能会看到图2和图10.30,并认为它们看起来非常不同,即使它们都是亥姆霍兹谐振器。让我们看看2006年首次发表在专利中的另一个设计,它可以作为产品购买十年。图3显示了一个表面,它在扩散器中间有一个倒置的T形井。中间这口井与图2所示的一个元表面元素的横截面非常相似。再一次,每个周期只使用一口T型井的原因是为了保持高频性能。

RPG Flutterrfree-T

图3中,RPG Flutterrfree-T

后记

我从作者的一份出版目录中注意到,这篇论文现在已被接受出版物理评论X[4]。论文的建模和测量质量非常好,但基本的想法以前也有过。你觉得怎么样?我是不是不公平?

笔记

[1]https://arxiv.org/abs/1701.08908

[2]考克斯T.J.和安东尼奥,P。2016.吸声器和扩压器:理论,设计和应用。CRC出版社。

[3]J。Hunecke,"Schallstreuung and Schallabsorption von Oberflachen aus mikro穿孔ierten Streifen"博士论文,斯图加特大学(1997)。

[4]一帆朱,Xudong粉丝,本梁*,程Jianchun *和云京*,超薄声元表面施罗德扩散器,物理评论X,接受,二千零一十七

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5对“施罗德扩散器使用元表面:新想法?

  1. 虽然规模不同,这看起来就像我在Enschede的一个剧院里实现的墙壁扩散,荷兰,大约10年前。不是设计成亥姆霍兹谐振器,但更像是迷宫。不同大小的圆形开口和它后面的方形盒子。深度大约是200毫米(从内存中),因此按照波长的数量级(对于中频)排列。他们的想法是把声音“困”在盒子里,然后根据入射角的不同延迟释放出来,孔的频率和尺寸。不同大小孔洞的“随机”分布是基于一张老式报纸上的照片。建筑师把rgb led灯放在里面。看到https://goo.gl/images/jR4aCr的结果。

  2. 永远爱你的“声音博客”…谢谢!

  3. 1995年,我还提出了一种基于电抗的吸收扩散器。

    J, A, S,安格斯,“使用反应吸收光栅的扩声器”,音频工程狗万2017
    社会98公约,1995年2月25 - 28,巴黎,预印本# 3953。

  4. 似乎很公平!好的文章,谢谢你!

  5. 亲爱的特雷弗,
    有趣的阅读,确实。我想说的是,看到这么多“新颖的科学观点”,我也感到有些不安发表在顶级科学期刊上,当它们只不过是对相对古老的技术的重塑时,但是用“超材料”这样的花哨标签,“metasurfaces”,或难忘的“捉彩虹”!然而,一些出版的概念真的很有趣,是由“违法”的动机驱动的物理…
    你认为(声学)科学界有可能反对这种奇怪的趋势吗?

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