WikiDer > Параметрический массив

Parametric array

А параметрический массив, в области акустика, является нелинейным трансдукция механизм, создающий узкий, почти боковой лепесток-свободные лучи низкочастотного звука за счет смешивания и взаимодействия высоких частот звуковые волны, эффективно преодолевая предел дифракции (своего рода пространственный «принцип неопределенности»), связанный с линейной акустикой.[1] Основной боковой безлепестковый пучок низкочастотного звука создается в результате нелинейного смешения двух высокочастотных звуковых пучков на их разностных частотах. Параметрические массивы можно формировать в воде,[2] воздуха,[3] и земляные материалы / рок.[4][5]

История

Приоритет для открытия и объяснения параметрического массива обязан Питер Дж. Вестервельт,[6] победитель Лорд Рэйли Медаль[7] (в настоящее время заслуженный профессор Брауновский университет), хотя в бывшем Советском Союзе одновременно велись важные экспериментальные работы.[2]

По мнению Мьюира [16, с. 554] и Альберса [17], концепция параметрического массива пришла в голову доктору Вестервельту, когда он работал в Лондоне, Англия, в филиале Управления военно-морских исследований в 1951 году.

По словам Альберса [17], он (Вестервельт) впервые наблюдал случайное генерирование низкочастотного звука. в воздухе капитаном Х. Дж. Раундом (британским пионером супергетеродинного приемника) через механизм параметрической матрицы.

Феномен параметрической решетки, впервые экспериментально замеченный Вестервельтом в 1950-х годах, был позже теоретически объяснен в 1960 году на встрече Акустическое общество Америки. Через несколько лет после этого была опубликована полная статья [2] как продолжение классической работы Вестервельта по нелинейному рассеянию звука на звуке, описанной в [8,6,12].

Фонды

Основа теории генерации и рассеяния звука Вестервельта в нелинейная акустика[8] СМИ обязаны применению Лайтхиллуравнение (см. Аэроакустика) для движения жидкой частицы.

Применение теории Лайтхилла к нелинейной акустической области приводит к уравнению Вестервельта – Лайтхилла (WLE).[9] Решения этого уравнения были разработаны с использованием Функции Грина [4,5] и методы параболического уравнения (PE), в первую очередь с помощью уравнения Кохлова – Заблоцкой – Кузнецова (KZK).[10]

Альтернативный математический формализм с использованием Оператор Фурье методы в волновое число space, также был разработан Вестервельтом и обобщен в [1] для решения WLE в самом общем виде. Метод решения сформулирован в пространстве Фурье (волновое число) в представлении, связанном с диаграммами направленности первичных полей, генерируемых линейными источниками в среде. Этот формализм применялся не только к параметрическим решеткам [15], но также и к другим нелинейным акустическим эффектам, таким как поглощение звука звуком и к равновесному распределению спектров интенсивности звука в резонаторах [18].

Приложения

Практические применения многочисленны и включают:

  • подводный звук
    • сонар
    • глубинное зондирование
    • профилирование под днищем
    • неразрушающий контроль
    • и зрение сквозь стены[11]
    • дистанционное зондирование океана[12]
  • медицинский УЗИ[13]
  • и томография Чжан, Донг; Чен, Си; Сю-фэн, Гонг (2001). «Акустическая томография параметров нелинейности биологических тканей с помощью параметрической матрицы от источника с круговым поршнем - теоретический анализ и компьютерное моделирование». Журнал акустического общества Америки. 109 (3): 1219–1225. Bibcode:2001ASAJ..109.1219Z. Дои:10.1121/1.1344160. PMID 11303935.
  • подземная сейсморазведка[14]
  • активный контроль шума[15]
  • и направленные высококачественные коммерческие аудиосистемы (Звук от ультразвука)[16]

Параметрический получение также могут быть сформированы решетки для направленного приема.[17] В 2005 году Элвуд Норрис выиграл $ 500 000. Премия Массачусетского технологического института-Лемельсона за его применение параметрического массива к коммерческим высококачественным громкоговорителям.

Рекомендации

  1. ^ Бейер, Роберт Т. «Предисловие к оригинальному изданию». Нелинейная акустика.
  2. ^ а б Новиков, Б.К .; Руденко, О. В .; Тимошенко В. И. (1987). Нелинейная подводная акустика. Перевод Роберта Т. Бейера. Американский институт физики. ISBN 9780883185223. OCLC 16240349.
  3. ^ Тренчард, Стивен Э .; Коппенс, Алан Б. (1980). «Экспериментальное исследование насыщенного параметрического массива в воздухе». Журнал акустического общества Америки. 68 (4): 1214–1216. Bibcode:1980ASAJ ... 68.1214T. Дои:10.1121/1.384959.
  4. ^ Johnson, P.A .; Meegan, G.D .; McCall, K .; Bonner, B.P .; Шенкленд, Т. Дж. (1992). «Исследования волн конечной амплитуды в земных материалах». Журнал акустического общества Америки. 91 (4): 2350. Bibcode:1992ASAJ ... 91.2350J. Дои:10.1121/1.403453.
  5. ^ Формирование параметрической балки в породе
  6. ^ Профессор Питер Вестервельт и параметрический массив
  7. ^ Институт акустики - Программа медалей и наград В архиве 2009-06-28 на Wayback Machine
  8. ^ Вестервельт, Питер Дж. (1975). «Состояние и будущее нелинейной акустики». Журнал акустического общества Америки. 57 (6): 1352–1356. Bibcode:1975ASAJ ... 57.1352W. Дои:10.1121/1.380612.
  9. ^ Источники звука разностной частоты в системе двухчастотной визуализации, имеющие значение для мониторинга термической хирургии[постоянная мертвая ссылка]
  10. ^ [1]
  11. ^ Кадучак Григорий; Sinha, Dipen N .; Лизон, Дэвид С .; Келечер, Майкл Дж. (2000). «Бесконтактный метод оценки упругих конструкций на больших расстояниях: приложения для классификации жидкостей в стальных сосудах». Ультразвук. 37 (8): 531–536. Дои:10.1016 / S0041-624X (99) 00109-2. PMID 11243456.
  12. ^ Наугольных, Константин А .; Есипов, Игорь Б. (1995). «Дистанционное зондирование океана с помощью параметрической установки». Журнал акустического общества Америки. 98 (5): 2915. Bibcode:1995ASAJ ... 98.2915N. Дои:10.1121/1.414208.
  13. ^ Конофагу, Элиза; Тирман, Джонатан; Hynynen, Kullervo (2001). «Целенаправленный ультразвуковой метод для одновременного диагностического и терапевтического применения - имитационное исследование». Физика в медицине и биологии. 46 (11): 2967–2984. Bibcode:2001ПМБ .... 46.2967K. Дои:10.1088/0031-9155/46/11/314. PMID 11720358. S2CID 2036873.
  14. ^ Muir, T. G .; Вайбер, Р. Дж. (1984). «Сейсмическое профилирование высокого разрешения с использованием низкочастотного параметрического массива». Журнал акустического общества Америки. 76 (S1): S78. Bibcode:1984ASAJ ... 76 ... 78M. Дои:10.1121/1.2022023.
  15. ^ «Архивная копия». Архивировано из оригинал на 2007-03-09. Получено 2006-12-05.CS1 maint: заархивированная копия как заголовок (связь)
  16. ^ n: Элвуд Норрис получает премию Lemelson-MIT 2005 за изобретения.
  17. ^ Ривз, К .; Goldsberry, T .; Роде, Д. (1979). «Эксперименты с параметрической принимающей решеткой с большой апертурой». ICASSP '79. Международная конференция IEEE по акустике, речи и обработке сигналов. 4. С. 616–619. Дои:10.1109 / ICASSP.1979.1170632.

дальнейшее чтение

  • [1] Х. Вудсам и П.Дж. Вестервельт, "Общая теория рассеяния звука звуком", Journal of Sound and Vibration (1981), 76 (2), 179-186.
  • [2] Питер Дж. Вестервельт, "Параметрическая акустическая решетка", Журнал Акустического общества Америки, Vol. 35, № 4 (535-537), 1963 г.
  • [3]
  • [4] Марк Б. Моффет и Роберт Х. Меллен, «Модель параметрических источников», J. Acoust. Soc. Являюсь. Vol. 61, No. 2, февраль 1977 г.
  • [5] Марк Б. Моффет и Роберт Х. Меллен, «О параметрических факторах апертуры источника», J. Acoust. Soc. Являюсь. Vol. 60, No. 3, сентябрь 1976 г.
  • [6] Рональд А. Рой и Джунру Ву, «Экспериментальное исследование взаимодействия двух неколлинеарных лучей звука», Труды 13-го Международного симпозиума по нелинейной акустике, Х. Хобак, редактор, Elsevier Science Ltd., Лондон (1993)
  • [7] Харви К. Вудсум, «Аналитические и численные решения« Общей теории рассеяния звука звуком », J. Acoust. Soc. Am. Vol. 95, № 5, Часть 2 (2PA14)», июнь , 1994 (Программа 134-го собрания Американского акустического общества, Кембридж, Массачусетс)
  • [8] Роберт Т. Бейер, Нелинейная акустика, 1-е издание (1974 г.). Опубликовано Командованием морских систем ВМФ.
  • [9] Х. Берктай и Д. Лихи, Журнал Американского акустического общества, 55, стр. 539 (1974)
  • [10] М.Дж. Лайтхилл, «О звуке, генерируемом аэродинамически», Proc. R. Soc. Lond. A211, 564-687 (1952).
  • [11] M.J. Lighhill, «О звуке, генерируемом аэродинамически», Proc. R. Soc. Лондон. А222, 1-32 (1954)
  • [12] Дж. Беллин и Р. Т. Бейер, «Рассеяние звука звуком», J. Acoust. Soc. Являюсь. 32, 339-341 (1960)
  • [13] M.J. Lighthill, Math. Revs. 19, 915 (1958)
  • [14] Х.С. Woodsum, Бык. Am. Phys. Soc., Осень 1980 г .; «Оператор граничных условий для нелинейной акустики»
  • [15] Х.С. Woodsum, Proc. 17-я Международная конференция по нелинейной акустике, AIP Press (Нью-Йорк), 2006 г .; "Сравнение нелинейных акустических экспериментов с формальной теорией рассеяния звука звуком", статья TuAM201.
  • [16] Т.Г. Мьюир, Специальный отчет Управления военно-морских исследований - «Наука, технологии и современный флот, тридцатая годовщина (1946–1976), документ ONR-37,« Нелинейная акустика: новое измерение в подводных звуках », опубликованный Департаментом военно-морского флота. (1976)
  • [17] В. Альберс, "Подводный звук, эталонные статьи в акустике", стр. 415; Дауден, Хатчинсон и Росс, Inc., Страудсбург, Пенсильвания (1972)
  • [18] М. Кэбот и Сет Путтерман, "Перенормированная классическая нелинейная гидродинамика, квантовая связь мод и квантовая теория взаимодействующих фононов", Physics Letters Vol. 83A, № 3, 18 мая 1981 г., стр. 91–94 (North Holland Publishing Company - Амстердам)
  • [19] Нелинейная параметрическая компьютерная томография с параметрической акустической решеткой Я. Накагава; М. Накагава; М. Йонеяма; М. Кикучи. IEEE 1984 Ультразвуковой симпозиум. Том, выпуск, 1984 Стр .: 673–676