物理學家產(chǎn)生的聲波僅沿一個方向傳播

想象一下，三個人擠成一個圓圈，當一個人說話時，只有另一個人能聽到。科學家們創(chuàng)造了一種類似工作的設備，確保聲波僅在一個方向上產(chǎn)生波紋。

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

在非活動狀態(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，當系統(tǒng)運行時，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度將旋轉(zhuǎn)的空氣吹入空腔，這允許聲波以重復模式同步.這不僅指導聲波在單個方向上，但為這些振蕩提供更多能量，因此它們不會消散。這有點像聲音的環(huán)形交叉路口。

科學家們表示，他們的技術可能會為未來通信技術的設計提供信息。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，這種損耗補償非互易波傳播的概念是一個重要的結(jié)果，也可以轉(zhuǎn)移到其他系統(tǒng)?！?a>高級研究員 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。

對于任何一對發(fā)送方和接收方，您可以交換角色，并且函數(shù)將保持不變?；氐角懊娴念惐龋瑑蓚€人在一個房間里以相同的音量交談，當聲波在兩個方向上自由移動時，他們之間沒有障礙物，可以清楚地聽到對方的聲音。

有時，使聲音非對數(shù)會很有用，也許當需要噪聲抑制時。2014 年，德克薩斯大學奧斯汀分校的研究人員開發(fā)了一種聲循環(huán)器，它使用小風扇將空氣吹過諧振環(huán)。當聲音從三個端口之一進入時，聲波將變?yōu)榉菍Φ葼顟B(tài)，只能在其他端口之一聽到，而不能同時在兩個端口上聽到。

不過，有一個問題：聲音在傳播過程中消散，削弱了到達目的地的海浪。所以蘇黎世聯(lián)邦理工學院團隊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)從中心進入環(huán)，導致其發(fā)出哨聲。這會在腔內(nèi)的聲壓中產(chǎn)生自我維持的振蕩。通過將這些振蕩調(diào)整到聲波進入的頻率，聲波實際上可以獲得能量，防止它們減弱。

該團隊構(gòu)建了聲學環(huán)行器并測試了他們的設計，從一個波導發(fā)送頻率約為 800 Hz 的聲波，并測量它們?nèi)绾蔚竭_另外兩個波導。

果然，當波到達第二個波導時，它們并沒有減弱——相反，它們實際上比傳輸時更強。在第三個波導處沒有檢測到聲波，表明兩個目標都已實現(xiàn)。

具有諷刺意味的是，使用振蕩來增強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對某些系統(tǒng)（例如飛機發(fā)動機）造成損害，但 Noiray 意識到它們也可以被永久利用。

該團隊表示，聲環(huán)行器可以幫助其他科學家研究聲波傳播和操縱。這個一般概念甚至可以用于引導電磁波用于更好的雷達或通信系統(tǒng)。

該研究發(fā)表在雜志上自然通訊.

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