《分散式局域共振結構的聲阻抗奇異性及相關聲異常現象》是依託南京大學，由王新龍擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：分散式局域共振結構的聲阻抗奇異性及相關聲異常現象
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：王新龍
- 依託單位：南京大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
局域共振單元作為聲集總參數元件，以陣列的方式嵌入（或附著、旁接）於均勻聲學媒質（結構）中，形成了具有特殊聲學性能的複合介質或結構。本項目（1）藉助聲阻抗概念，理論上描述此類結構（媒質）的聲傳播性質；（2）通過聲阻抗奇異性（或零、極點）之分析，探索此類結構的異常或反常聲傳播特性；（3）重點研究諸如聲隧道效應、背向全反射和絕對軟邊界等全新聲學現象，揭示其聲學機理。擬以兩類典型結構為研究對象。其一，旁接局域共振單元的周期聲波導，其中布喇格共振和局域共振共存，表現為聲阻抗的雙重奇異性。初步觀察表明，雙重奇異性的相互作用可導致聲共振隧穿效應，與通常的共振隧穿有所不同。其二，周期鑲嵌局域共振單元的界面。此種複合界面的等效聲阻抗呈現雙重奇異性或者零極點之耦合，在一定條件下可以具有聲全背向反射（或負反射）或絕對軟邊界等異常性能，在聲器件設計、建築和結構聲學等領域有重要的套用價值。
結題摘要
申請者認為，物理學界近年來所發現的一系列重要聲學現象，大多與系統的聲阻抗的奇異性密切相關。恰恰在聲阻抗呈奇異之頻段範圍，有可能發生諸多迄今未為人熟知的有趣現象。這類媒質（或者聲學材料）的特點是存在某種結構的局域共振結構作為聲集總參數單元，局域共振單元的周期陣列與基底媒質的耦合便構成了複雜的聲學結構或複合聲學媒質。基於此，本項目重點諸如此類媒質中以下若干問題： 一、聲共振隧穿效應：隧穿是微觀粒子波動性之體現，故而包括聲波在內的經典波當然也存在類似的效應，可謂量子隧道效應之翻版。我們通過對具有局域共振單元的波導的研究發現，當布喇格禁帶與局域共振禁帶發生相互作用時（禁帶重疊），也會發生聲共振隧穿。與“雙勢壘”共振隧穿不同的是，此處不存在雙層（或多層）“勢壘”和共振腔體實體，故這種共振隧穿有其特殊性。其實，聲阻抗的雙重奇異性在此又發揮了關鍵的作用。 二、絕對軟邊界：絕對軟邊界具有聲偶極子效應，聲波在其上的反射具有良好的指向性。但是，如果入射側的媒質是諸如空氣等氣體媒質，則迄今沒有找到一種自然材料，其邊界可視為絕對軟邊界。但是，我們發現，如果剛板的界面上鑲嵌局域共振單元，則可以在一定頻帶內實現絕對軟邊界的性能，關鍵是界面的等效聲阻抗具有某種雙重奇異性。這方面的工作已經取得了階段性的進展，但尚待深入研究，估計在1-2年內可取得成果。 三、背向反射：我們的研究發現，在特殊結構的周期性剛性界面上，斜入射聲波可以完全逆入射方向反射——背向反射。因其反射角相對於通常定義的方向是負的，故又稱之為負反射。與背向散射完全不同，在背向反射方向集中了相當大的反射聲能。我們建立了負反射理論，並套用此理論很好地解釋了聞名遐邇的江蘇句容茅山新四軍紀念碑的奇異軍號回聲現象。經實地測量，包括河南三門峽的蛤蟆塔、山西永濟的鶯鶯塔的回聲現象可以用我們的理論得以解釋。循著這一思路，我們發現其它此前未曾發現奇異聲現象的諸多古塔和階梯狀結構也存在類似的聲現象。 四、全向共振和全向寬頻隔聲材料的研製：提出了與入射角幾乎無關的全向共振的概念，研製了一種厚度小於半波長的具有局域共振結構的特殊超結構板狀材料，具有一個倍頻程以上的寬頻隔聲性能，期望最終可以設計出新型的隔聲材料，套用於工民建工程領域。
