Концентратор акустический

Концентра́тор акусти́ческий — акустическое устройство, предназначенное для усиления интенсивности звуковых колебаний.

Физические основы

Файл:Акустические концентраторы.jpg

Волноводные резонансные акустические концентраторы: # Конический; # Экспоненциальный; # Ступенчатый.

Акустические концентраторы бывают двух видов: стержневые (волноводные) и фокусирующие.

Стержневые, или волноводные акустические концентраторы представляют собой твердотельные волноводы изменяющегося поперечного сечения (см. рисунок). Иногда их называют механическими трансформаторами. Широкий конец волновода подключается или располагается вблизи источника звука. Энергия звуковых колебаний в этом случае в узком конце волновода увеличивается вследствие закона сохранения импульса. Размеры акустического концентратора (волновода) подбираются в зависимости от диапазона звуковых волн, которые необходимо сфокусировать — например, поперечный размер волновода должен быть меньше половины длины фокусируемой звуковой волны, а продольный размер подбирается кратным целому числу полуволн, обеспечивая резонанс в продольном направлении акустического концентратора. Исходя из длин волн акустического диапазона, подобные акустический резонаторы работают в диапазоне частот от 18 до 100 кГц. Форма стержневых акустических концентраторов может быть различной — ступенчатой, конической, экспоненциальной, а по типу колебаний — продольными, сдвиговыми, крутильными. Стержневые акустические резонаторы могут быть составными, состоящими из нескольких последовательно соединённых волноводов.

Фокусирующие акустические резонаторы изготавливаются в виде фокусирующих в небольшой области пространства резонаторов зеркального типа, обычно сферической или цилиндрической формы. Материалом для изготовления подобных акустических концентраторов служит пьезокерамика; форму и размеры концентратора подбирают так, чтобы обеспечить резонанс на некоторой определённой основной частоте (концентратор камертонного типа). Стенки фокусирующих акустических концентраторов могут быть подвижными, что обеспечивается магнитострикционными свойствами материалов, применяющихся для их изготовления. Параметры фокусирующих акустических резонаторов подбирают таким образом, чтобы обеспечить до 90 % звуковой энергии в создаваемом концентратором звуковом пятне (поле). Фокусирующий акустический концентратор должен иметь продольные размеры, значительно превышающие длину волны фокусируемого излучения. Диапазон применения этих концентраторов лежит в области высоких ультразвуковых частот (от $10^{5}$ Гц и выше). Величина достигаемой интенсивности акустического сигнала при этом составляет примерно $10^{3}-10^{4}$ Вт/см².

Фокусирующими акустическими резонаторами называют также фазированные решётки (линейные и двумерные), создающими акустическое поле в результате излучения акустических волн составляющими их элементами.

Применение

Акустические концентраторы применяются в различных областях. Стержневые — в ультразвуковой диагностике и инструментарии (ультразвуковая сварка), при необходимости локальных воздействий на материалы и на протекающие в них физические и химические процессы, диспергировании, в медицине (хирургия, онкология).

Фокусирующие акустические концентраторы используются в промышленности, лабораториях, ультразвуковой очистке, получении аэрозолей с определённым размером капель, диспергировании, и др. С помощью акустических концентраторов этого типа достигают значительных величин усиления амплитуды (в 10 — 15 раз), на частоте колебаний $\sim 10^{14}$ Гц амплитуда колебаний может достигать 50 мкм.

См.также

• Концентратор

Литература

• Розенберг Л. Д. Источники мощного ультразвука. Т. 1. — Москва : Наука, 1967.
• Мэзон М. Физическая акустика. Ч. Б. — Москва : Мир, 1968.
• Каневский И. Н. Фокусировка звуковых и ультразвуковых волн. — Москва : Наука, 1977.
• Хилл К. Ультразвук в медицине. — Москва : Физматлит, 1961.

Ссылки

• Акустический концентратор

Колебания и волны ↑ [+]

Оптика ↑ [+] Геометрическая оптика Волновая оптика Квантовая оптика Нелинейная оптика Адаптивная оптика Интегральная оптика Металлооптика Теория испускания света Теория взаимодействия света с веществом Спектроскопия Лазерная оптика Фотометрия Фотоника Физиологическая оптика Оптоэлектроника Оптомехатроника Оптические приборы Оптика тонких плёнок Смежные направления Акустооптика Кристаллооптика Акустика ↑ [+] Общая (физическая) акустика Геометрическая акустика Психоакустика Биоакустика Электроакустика Гидроакустика Ультразвуковая акустика Квантовая акустика акустоэлектроника Акустическая фонетика Акустика речи Прикладная акустика Архитектурная акустика Строительная акустика Аэроакустика Музыкальная акустика Акустика транспорта Медицинская акустика Цифровая акустика Смежные направления Акустооптика Радиофизика ↑ [+] Классическая радиофизика Квантовая радиофизика Статистическая радиофизика

Одним из источников, использованных при создании данной статьи, является статья из википроекта «Рувики» («ruwiki.ru») под названием «Концентратор акустический», расположенная по адресу: — «https://ru.ruwiki.ru/wiki/Концентратор_акустический» Материал указанной статьи полностью или частично использован в Циклопедии по лицензии CC-BY-SA 4.0 и более поздних версий. Всем участникам Рувики предлагается прочитать материал «Почему Циклопедия?».