物理學(xué)家產(chǎn)生的聲波僅沿一個(gè)方向傳播

想象一下，三個(gè)人擠成一個(gè)圓圈，當(dāng)一個(gè)人說話時(shí)，只有另一個(gè)人能聽到?？茖W(xué)家們創(chuàng)造了一種類似工作的設(shè)備，確保聲波僅在一個(gè)方向上產(chǎn)生波紋。

該設(shè)備由蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院和瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院的科學(xué)家開發(fā)，由一個(gè)圓盤形腔體組成，該腔體具有三個(gè)等距端口，每個(gè)端口都可以發(fā)送或接收聲音。

在非活動(dòng)狀態(tài)下，從端口 1 傳輸?shù)穆曇艨梢砸韵嗟鹊囊袅總鞯蕉丝?2 和 3 上。聲波也作為回聲反彈回端口 1。

但是，當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，只有端口 2 可以聽到端口 1 的聲音。

訣竅是以特定的速度和強(qiáng)度將旋轉(zhuǎn)的空氣吹入空腔，這允許聲波以重復(fù)模式同步.這不僅指導(dǎo)聲波在單個(gè)方向上，但為這些振蕩提供更多能量，因此它們不會(huì)消散。這有點(diǎn)像聲音的環(huán)形交叉路口。

科學(xué)家們表示，他們的技術(shù)可能會(huì)為未來通信技術(shù)的設(shè)計(jì)提供信息。新的超材料不僅可以用于操縱聲波，還可以用于操縱電磁波。

“在我們看來，這種損耗補(bǔ)償非互易波傳播的概念是一個(gè)重要的結(jié)果，也可以轉(zhuǎn)移到其他系統(tǒng)?！?a>高級(jí)研究員 Nicolas Noiray 說.

與光波或水波一樣，典型介質(zhì)中的聲波是倒數(shù)，這意味著它們的振蕩可以像向前一樣容易地向后傳播。

對(duì)于任何一對(duì)發(fā)送方和接收方，您可以交換角色，并且函數(shù)將保持不變?；氐角懊娴念惐?，兩個(gè)人在一個(gè)房間里以相同的音量交談，當(dāng)聲波在兩個(gè)方向上自由移動(dòng)時(shí)，他們之間沒有障礙物，可以清楚地聽到對(duì)方的聲音。

有時(shí)，使聲音非對(duì)數(shù)會(huì)很有用，也許當(dāng)需要噪聲抑制時(shí)。2014 年，德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校的研究人員開發(fā)了一種聲循環(huán)器，它使用小風(fēng)扇將空氣吹過諧振環(huán)。當(dāng)聲音從三個(gè)端口之一進(jìn)入時(shí)，聲波將變?yōu)榉菍?duì)等狀態(tài)，只能在其他端口之一聽到，而不能同時(shí)在兩個(gè)端口上聽到。

不過，有一個(gè)問題：聲音在傳播過程中消散，削弱了到達(dá)目的地的海浪。所以蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院團(tuán)隊(duì)著手防止聲波在單程旅程中損失能量。

在這種情況下，空氣沿著管道旋轉(zhuǎn)從中心進(jìn)入環(huán)，導(dǎo)致其發(fā)出哨聲。這會(huì)在腔內(nèi)的聲壓中產(chǎn)生自我維持的振蕩。通過將這些振蕩調(diào)整到聲波進(jìn)入的頻率，聲波實(shí)際上可以獲得能量，防止它們減弱。

該團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了聲學(xué)環(huán)行器并測(cè)試了他們的設(shè)計(jì)，從一個(gè)波導(dǎo)發(fā)送頻率約為 800 Hz 的聲波，并測(cè)量它們?nèi)绾蔚竭_(dá)另外兩個(gè)波導(dǎo)。

果然，當(dāng)波到達(dá)第二個(gè)波導(dǎo)時(shí)，它們并沒有減弱——相反，它們實(shí)際上比傳輸時(shí)更強(qiáng)。在第三個(gè)波導(dǎo)處沒有檢測(cè)到聲波，表明兩個(gè)目標(biāo)都已實(shí)現(xiàn)。

具有諷刺意味的是，使用振蕩來增強(qiáng)聲波的想法來自旨在減少聲波的工作。與聲波相互作用的振蕩可能會(huì)對(duì)某些系統(tǒng)（例如飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)）造成損害，但 Noiray 意識(shí)到它們也可以被永久利用。

該團(tuán)隊(duì)表示，聲環(huán)行器可以幫助其他科學(xué)家研究聲波傳播和操縱。這個(gè)一般概念甚至可以用于引導(dǎo)電磁波用于更好的雷達(dá)或通信系統(tǒng)。

該研究發(fā)表在雜志上自然通訊.

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