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施罗德扩散器使用超表面:新想法?

目前,人们对声学超材料非常感兴趣——你可能已经看过有关声波隐身斗篷非常有效的吸收器.有一个印前档案纸arxiv.org[1]从一个超表面形成一个扩散器。但我不确定它是否像听起来那样新鲜。

什么是扩散器?

这些都是用来治疗在表演空间和工作室的声音缺陷,可能产生于大平面。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模糊,同样,声音从扩散器反射时的声学图像也不那么清晰。这有助于声波畸变,如回声[2]。

在这一领域进行大量研究的催化剂是20世纪70年代施罗德的革命性扩散器——一个例子如图1所示。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。这会破坏反射波阵面,造成散射。由于延迟与改变波的相位有关,这些经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。超材料还应具有自然界中未发现的性质。由于深度是基于数学序列的,这也是事实。(另请参见此博客什么是光学超表面)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!

RPG的全向扩散器

图1,RPG全向扩散器,64口井

超薄

图2显示了arxiv.org上的论文中提出的新扩散器。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的入口处收缩,在宽度d的后面打开一个空腔。一个聪明的主意,但它是新的吗?.

异面扩压器

图2,异面扩压器[2]

这是我和彼得·安东尼奥关于扩散器的书[2]中的一句话:

“一种获得更多低频性能的替代方案,使用穿孔板增加井阻抗的质量,降低共振频率,从而降低设计频率。如图10.30所示,使用穿孔板可以缩短最长的井。

参考文献[1]图10.30

参考文献[1]图10.30

空腔上的穿孔片是一个亥姆霍兹谐振器——与新的超表面扩散器中发现的一样。后面有一个缩孔。彼得和我不应该把这个想法归功于,然而,因为Hunecke在1997年首次尝试了这种方法[3],因此,从Helmholtz谐振器而不是1/4波长孔形成扩散器的想法应该归功于Hunecke。他还应该被归功于谐振器相位与普通扩散器井相位匹配的设计方法(如arxiv.org上的论文所述)。

那么,为什么以前没有人接受过Hunecke的想法?这篇论文是德语的一个因素,但后来我和彼得在2004年用英语写了一篇描述。真正的问题是,如果用亥姆霍兹谐振器代替每一口井,其高频性能就会受到影响。当波长比图2中的孔间距小时,然后你会从平面前表面得到强烈的反射。您可以在arxiv.org上的论文中看到测试的最高频率下性能下降(例如,请参见图5)。我认为在扩散器停止高频工作的情况下,没有任何应用是好的,因为这就是感知像差最突出的带宽。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。这口中间的井与图2所示的一个超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颤振REE-T

图3,RPG颤振REE-T

后记

我从作者的一个出版物列表中注意到,该论文现在已被接受在物理审查X〔4〕。本文的建模和测量质量很好,但基本的想法以前也有过。你怎么认为?我不公平吗?

笔记

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

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

[3]J.亨尼克,“Schallstreuung und Schallabsorption von Oberfl_chen aus Mikrolefrorierten Streifen”,博士论文,斯图加特大学(1997年)。

〔4〕朱一凡,徐东凡,梁斌*,程建春*和云静*基于超薄声超表面的施罗德扩压器物理审查X,认可的,二千零一十七

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