Акустическая линза

Акустическая линза — устройство, формирующее фокусирование упругих волн путём изменения акустического пути и преломления (рефракции) звуковых волн на границе раздела между материалом линзы и окружающей её средой.

Фокусирующие системы на основе акустических линз иногда называют рефракторами.

Физические основы

В отличие от оптических линз акустические линзы в общем случае могут иметь два типа показателя преломления $N_{ac}$, которые могут быть определены следующим образом:

$N_{ac}={\frac {c}{c_{0}}}$,

где $c$ — скорость распространения акустических волн в среде, $c_{0}$ — скорость распространения упругих волн в акустической линзе. Видно, что в случае $c_{0}<c$ показатель преломления акустической линзы будет $N_{ac}>1$, а в случае $c_{0}>c$ показатель преломления акустической линзы будет $N_{ac}<1$. Таким образом, акустические линзы могут быть как замедляющими, так и ускоряющими, соответственно. В оптике линзы бывают только замедляющими ($N_{opt}>1$).

Файл:Акустическая линза.png

Собирающие акустические линзы: а — замедляющая; б — ускоряющая

Материалами акустической линзы могут выступать твёрдое тело, жидкость и газ. Относительно оси симметрии акустические линзы делятся на осесимметричные и цилиндрические, а наиболее часто встречающимися формами акустических линз являются эллипсоиды, гиперболоиды и шары. По форме поверхности акустические линзы делят на плоско-вогнутые, плоско-выпуклые, двояковогнутые, двояковыпуклые и выпукло-вогнутые, а если обе поверхности акустической линзы ограничены криволинейными поверхностями второго порядка, то их называют двоякокриволинейными.

Акустические линзы могут обладать постоянным и переменным показателем преломления $N_{ac}$; в первом случае говорят об однородных акустических линзах, во втором — неоднородных (дискретных и непрерывных). Однородные линзы устроены таким образом, чтобы преломляющая поверхность была разбита на зоны максимально возможного прохождения энергии (для каждой такой зоны выполняется условие кратности целому числу полуволн толщине данной зоны). Такие линзы называются зональные или линзы Тарноци. К дискретным акустическим линзам относят слоистые линзы, к непрерывным — линзы Люнеберга и Максвелла.

Применение

Акустические линзы могут применяться как для фокусировки упругих волн, так и для их расфокусировки. На языке волновых фронтов это означает, что акустические линзы могут преобразовать расходящиеся волновые фронты в сходящиеся или плоские, или сходящиеся волновые фронты преобразовывать в расходящиеся или плоские, а также плоские в расходящиеся и сходящиеся волновые фронты.

Литература

• Заказнов Н. П. Кирюшин С. И., Кузичев В. И. Теория оптических систем : учебное пособие для студентов вузов. — СПб., : Лань, 2008.
• Каневский И. Н. Фокусировка звуковых и ультразвуковых волн. — М. : Наука, 1977.
• Скучик Е. Основы акустики. — М. : Мир, 1976.
• Рэлей Д. В. С. Теория звука. — М. : Гостехиздат, 1955.
• Мэзон, У. Физическая акустика. Т. 2, ч. А. Свойства газов, жидкостей и растворов. — М. : Мир, 1968.

Ссылки

• Фокусировка звука

Одним из источников, использованных при создании данной статьи, является статья из википроекта «Рувики» («ruwiki.ru») под названием «Линза акустическая», расположенная по адресу: — «https://ru.ruwiki.ru/wiki/Линза_акустическая» 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?».