宽带单向传声通道制造技术

本发明专利技术公开了一种宽带单向传声通道，包括平行设置的上表面和下表面，上表面上安装有形状为等腰直角三角形的第一反射体，下表面上安装有形状为等腰直角三角形的第二反射体，第一反射体和第二反射体的直角边分别位于上表面和下表面上，并且第一反射体和第二反射体的斜边的延长线相交，上表面和下表面上分别设有声学超表面。本发明专利技术简单地利用了第一反射体和第二反射体的反射路径，但巧妙地利用了超表面超薄的特性的和异常反射的功能，使得几何上正向入射的声波束完全通过结构，而反向入射的声波束完全反射，最终实现高效率的单向传播；而且通过在第一反射体和第二反射体之间形成无阻塞通道，允许流体或者大物体从无阻塞通道通过。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种宽带单向传声通道，属于声学器件领域。
技术介绍
传统的单向传声设备，如"声学二极管"，可以利用非对称的声操纵效应，实现声波 只能单向传播（即正向传播，而反向截止）。这种概念性的设备在噪声控制和超声治疗领域 有潜在应用。比如超声治疗中防止反射声波对设备的干扰和人体的危害，或者在特殊噪声 控制场合，可以保证发出的声音传出，而外界的噪声无法传入。 例如一种声二极管及检测声二极管的系统（专利号：201110028240. 9)利用声子 晶体的能带特性产生滤波作用，巧妙的破坏了系统的对称性，首次实现了将声能流限制在 单一方向上的声整流效应。但是由于没有无阻塞通道，阻挡了流体或者大的物体通过。
技术实现思路
专利技术目的：为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种宽带单向传声通道， 通过在第一反射体和第二反射体之间形成无阻塞通道，实现声波只能单向传播的同时允许 流体或者大物体从无阻塞通道通过。 技术方案：为解决上述技术问题，本专利技术的一种宽带单向传声通道，包括平行设置 的上表面和下表面，上表面上安装有形状为等腰直角三角形的第一反射体，下表面上安装 有形状为等腰直角三角形的第二反射体，第一反射体和第二反射体的直角边分别位于上表 面和下表面上，并且第一反射体和第二反射体的斜边的延长线相交，上表面和下表面上分 别设有声学超表面。 作为优选，所述声学超表面包含若干个等距离排列的声学周期单元，声学周期单 元包含八个不同高度、截面相同的矩形凸台，最矮的矩形凸台的高度为零，相邻矩形凸台形 成槽。 作为优选，所述槽的梯度为0. 3535。 作为优选，所述声学周期单元中的矩形凸台的高度满足以下关系式：hn=hi+(n-1)*A/16,其中，Ii1= 0，hn为第n个矩形凸台的高度，A为中心频率f^对应的波长。 作为优选，所述矩形凸台的声阻抗至少为背景媒质声阻抗的100倍。 作为优选，所述矩形凸台的材料为金属或有机塑料。 作为优选，所述槽的宽度至少为矩形凸台的厚度的三倍。 有益效果：本专利技术的宽带单向传声通道，简单地利用了第一反射体和第二反射体 的反射路径，但巧妙地利用了超表面超薄的特性的和异常反射的功能，使得几何上正向入 射的声波束完全通过结构，而反向入射的声波束完全反射，最终实现高效率的单向传播；而 且通过在第一反射体和第二反射体之间形成无阻塞通道，无阻塞通道如图2所示，宽度D需 大于三倍声波波长，可以更具实际需要调整，实现了声波只能单向传播的同时允许流体或 者大物体从无阻塞通道通过。【附图说明】 图1为本专利技术一种实施例的结构示意图； 图2为本专利技术的原理示意图； 图3为图1中声学超表面的结构不意图； 图4为图3中声学周期单元的结构示意图； 图5为正向实验的声场强度； 图6为正向模拟实验的声场强度； 图7为反向实验的声场强度； 图8为反向模拟实验的声场强度； 图9为声波与能量传播效率的关系图。【具体实施方式】 下面结合附图对本专利技术作更进一步的说明。 如图1至图4所示，本专利技术的一种宽带单向传声通道，包括平行设置的上表面4和 下表面5,上表面4上安装有形状为等腰直角三角形的第一反射体1，下表面5上安装有形 状为等腰直角三角形的第二反射体2,第一反射体1和第二反射体2的直角边分别位于上表 面4和下表面5上，并且第一反射体1和第二反射体2的斜边的延长线相交，上表面4和下 表面5上分别设有声学超表面3。 在本专利技术中，所述声学超表面3包含若干个等距离排列的声学周期单元，声学周 期单元包含八个不同高度、截面相同的矩形凸台，最矮的矩形凸台的高度为零，相邻矩形凸 台形成槽，所述槽的深度变化梯度为〇. 3535。所述声学周期单元中的矩形凸台的高度满足 以下关系式：hn=hi+Oi-l)*A/16,其中，Ii1= 0，hn为第n个矩形凸台的高度，A为中心频 率&对应的波长。所述矩形凸台的声阻抗至少为背景媒质声阻抗的100倍，所述矩形凸台 的材料为金属或有机塑料，所述槽的宽度至少为矩形凸台的厚度的三倍。 如图2所示，在一个波导结构中，在空间上下左右四个位置放置第一反射体1、第 二反射体2和声学超表面3,形成一个四体结构。反射体在xy平面为等腰直角三角形。当 声波垂直入射声学超表面3时，产生异常反射。这里的声学超表面3设计为垂直入射情况 下，产生异常反射。因此，从左侧和右侧入射的声波会经历不同的反射路径，左边入射的声 波（箭头C)被反射体的壁反射，原路返回（称为反向截止）。右边入射的声波分为上下两 束（箭头A和B)，经过反射体和声学超表面3的多次反射，最终可以传播到左边（称为正向 传播）。 这个机制虽然只是简单地利用了反射路径，但巧妙地利用了超表面超薄的特性的 和异常反射的功能，使得几何上正向入射的声波束完全通过结构，而反向入射的声波束完 全反射，最终实现高效率的单向传播。若只是用普通的反射体，几何上很难实现。 如图3和图4所示，声学超表面3由6个声学周期单元组成。声学周期单元由8个 不同深度的槽组成（包括一个深度为〇的），利用声波在槽中传播产生相位延迟，实现表面 相位的梯度变化。槽的深度分别为〇,入/16,2人/16，，，7人/16，其中，人为中心频率&对 应的波长。根据广义反射定律的概念，异常反射角度为：【主权项】1. 一种宽带单向传声通道，其特征在于：包括平行设置的上表面和下表面，上表面上 安装有形状为等腰直角三角形的第一反射体，下表面上安装有形状为等腰直角三角形的第 二反射体，第一反射体和第二反射体的直角边分别位于上表面和下表面上，并且第一反射 体和第二反射体的斜边的延长线相交，上表面和下表面上分别设有声学超表面。2. 根据权利要求1所述的宽带单向传声通道，其特征在于：所述声学超表面包含若干 个等距离排列的声学周期单元，声学周期单元包含八个不同高度、截面相同的矩形凸台，最 矮的矩形凸台的高度为零，相邻矩形凸台形成槽。3. 根据权利要求2所述的宽带单向传声通道，其特征在于：所述声学超表面中的槽的 深度变化梯度为g=sin45° /2 = 0. 3535。4. 根据权利要求3所述的宽带单向传声通道，其特征在于：所述声学周期单元中的矩 形凸台的高度满足以下关系式：hn=hi+Oi-l)*A/16,其中，Ii1= 0,hn为第n个矩形凸台 的高度，X为中心频率f〇对应的波长。5. 根据权利要求4所述的宽带单向传声通道，其特征在于：所述矩形凸台的声阻抗至 少为背景媒质声阻抗的1〇〇倍。6. 根据权利要求5所述的宽带单向传声通道，其特征在于：所述矩形凸台的材料为金 属或有机塑料。7. 根据权利要求6所述的宽带单向传声通道，其特征在于：所述槽的宽度至少为矩形 凸台的厚度的三倍。【专利摘要】本专利技术公开了一种宽带单向传声通道，包括平行设置的上表面和下表面，上表面上安装有形状为等腰直角三角形的第一反射体，下表面上安装有形状为等腰直角三角形的第二反射体，第一反射体和第二反射体的直角边分别位于上表面和下表面上，并且第一反射体和第二反射体的斜边的延长线相交，上表面和下表面上分别设有声学超表面。本专利技术简单地利用了第一反射体和第二反射体的反射路径，但巧妙地利用了超表面超薄的特性的和异常反射的功能，使得几何上正向入射的声波束完本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种宽带单向传声通道，其特征在于：包括平行设置的上表面和下表面，上表面上安装有形状为等腰直角三角形的第一反射体，下表面上安装有形状为等腰直角三角形的第二反射体，第一反射体和第二反射体的直角边分别位于上表面和下表面上，并且第一反射体和第二反射体的斜边的延长线相交，上表面和下表面上分别设有声学超表面。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：梁彬，朱一凡，邹欣晔，程建春，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32