Parametrisk array

En parametrisk array , inom akustikområdet , är en icke-linjär transduktionsmekanism som genererar smala, nästan sidolobfria strålar av lågfrekvent ljud, genom blandning och interaktion av högfrekventa ljudvågor , och effektivt övervinner diffraktionsgränsen (ett slags rumslig 'osäkerhetsprincip') förknippad med linjär akustik. Den lobfria huvudsidoloben av lågfrekvent ljud skapas som ett resultat av olinjär blandning av två högfrekventa ljudstrålar vid deras skillnadsfrekvens. Parametriska arrayer kan bildas i vatten, luft och jordmaterial/berg.

Historia

Prioritet för upptäckt och förklaring av den parametriska arrayen är skyldig Peter J. Westervelt , vinnare av Lord Rayleigh -medaljen (för närvarande professor emeritus vid Brown University ), även om viktigt experimentellt arbete samtidigt pågick i det forna Sovjetunionen.

Enligt Muir och Albers uppstod konceptet för den parametriska arrayen för Dr Westervelt när han var stationerad på London, Englands filialkontor till Office of Naval Research 1951.

Enligt Albers observerade han (Westervelt) där först en oavsiktlig generering av lågfrekvent ljud i luft av kapten HJ Round (brittisk pionjär inom superheterodyne-mottagaren) via den parametriska array-mekanismen.

Fenomenet med den parametriska arrayen, som först sågs experimentellt av Westervelt på 1950-talet, förklarades senare teoretiskt 1960, vid ett möte i Acoustical Society of America . Några år efter detta publicerades en fullständig uppsats som en förlängning av Westervelts klassiska verk om den olinjära spridningen av ljud efter ljud.

Grunder

Grunden för Westervelts teori om ljudgenerering och spridning i icke -linjära akustiska medier beror på en tillämpning av Lighthills ekvation för flytande partikelrörelse.

Tillämpningen av Lighthills teori på det olinjära akustiska området ger Westervelt-Lighthill-ekvationen (WLE). Lösningar på denna ekvation har utvecklats med hjälp av Greens funktioner och paraboliska ekvationsmetoder (PE), framför allt via ekvationen Kokhlov–Zablotskaya–Kuznetzov (KZK).

En alternativ matematisk formalism med Fourier-operatormetoder i vågnummerrymden utvecklades också och generaliserades av Westervelt. Lösningsmetoden är formulerad i Fourier (vågnummer) rymden i en representation relaterad till strålmönstren för de primära fälten som genereras av linjära källor i mediet. Denna formalism har tillämpats inte bara på parametriska arrayer, utan även på andra icke-linjära akustiska effekter, såsom absorption av ljud genom ljud och jämviktsfördelningen av ljudintensitetsspektra i kaviteter.

Ansökningar

Praktiska tillämpningar är många och inkluderar:

• undervattensljud
  • ekolod
  • djupljud
  • bottenprofilering
  • icke-förstörande provning
  • och "se genom väggar" avkänning
  • fjärravkänning av havet
• medicinskt ultraljud
• och tomografi
• underjordisk seismisk prospektering
• aktiv bullerkontroll
• och riktade high fidelity kommersiella ljudsystem ( ljud från ultraljud )

Parametriska mottagningsanordningar kan också utformas för riktad mottagning. 2005 vann Elwood Norris MIT-Lemelson-priset på 500 000 USD för sin tillämpning av den parametriska arrayen på kommersiella högtalarhögtalare.

Vidare läsning

• HC Woodsum och PJ Westervelt, "A General Theory for the Scattering of Sound by Sound", Journal of Sound and Vibration (1981), 76(2), 179-186.
• Peter J. Westervelt, "Parametric Acoustic Array", Journal of the Acoustical Society of America, vol. 35, nr 4 (535-537), 1963
• Mark B. Moffett och Robert H. Mellen, "Model för parametriska källor", J. Acoust. Soc. Am. Vol. 61, nr 2, februari 1977
• Mark B. Moffett och Robert H. Mellen, "On Parametric Source Aperture Factors", J. Acoust. Soc. Am. Vol. 60, nr 3, september 1976
• Ronald A. Roy och Junru Wu, "An Experimental Investigation of the Interaction of Two Non-Collinear Beams of Sound", Proceedings of the 13th International Symposium on Nolinear Acoustics, H. Hobaek, redaktör, Elsevier Science Ltd., London (1993)
• Harvey C. Woodsum, "Analytiska och numeriska lösningar till den allmänna teorin för spridning av ljud genom ljud", J. Acoust. Soc. Am. Vol. 95, nr 5, del 2 (2PA14), juni 1994 ( Program för det 134:e mötet i Acoustical Society of America, Cambridge Massachusetts)
• Robert T. Beyer, Icke-linjär akustik, första upplagan (1974). Utgiven av Naval Sea Systems Command.
• HO Berktay och DJ Leahy, Journal of the Acoustical Society of America, 55, sid. 539 (1974)
• MJ Lighthill, "On Sound Generated Aerodynamiskt", Proc. R. Soc. Lond. A211, 564-687 (1952)
• MJ Lighthill, "Om ljud genererat aerodynamiskt", Proc. R. Soc. Lond. A222, 1-32 (1954)
• JS Bellin och RT Beyer, "Scattering of Sound by Sound", J. Acoust. Soc. Am. 32, 339-341 (1960)
• MJ Lighthill, Math. Rev. 19, 915 (1958)
• HC Woodsum, Bull. Av Am. Phys. Soc., hösten 1980; "En gränsvillkorsoperatör för icke-linjär akustik"
• HC Woodsum, Proc. 17:e internationella konferensen om icke-linjär akustik, AIP Press (NY), 2006; "Jämförelse av icke-linjära akustiska experiment med en formell teori för spridning av ljud genom ljud", uppsats TuAM201.
• TG Muir, Office of Naval Research Special Report - "Science, Technology and the Modern Navy, Thirtieth Anniversary (1946-1976), Paper ONR-37, "Nonlinear Acoustics: A new Dimension in Underwater Sound", publicerad av Department of the Navy (1976)
• VM Albers,"Underwater Sound, Benchmark Papers in Acoustics, s.415; Dowden, Hutchinson och Ross, Inc., Stroudsburg, PA (1972)
• M. Cabot och Seth Putterman, "Renormalized Classical Non-linear Hydrodynamics, Quantum Mode Coupling and Quantum Theory of Interacting Phonons", Physics Letters Vol. 83A, nr 3, 18 maj 1981, s. 91–94 (North Holland Publishing Company-Amsterdam)
• Icke-linjär parameteravbildning datortomografi med parametrisk akustisk matris Y. Nakagawa; M. Nakagawa; M. Yoneyama; M. Kikuchi. IEEE 1984 Ultrasonics Symposium. Volym, nummer, 1984 Sida(r):673–676
• Aktiv ickelinjär akustisk avkänning av ett objekt med summa- eller differensfrekvensfält. Zhang, W.; Liu, Y.; Ratilal, P.; Cho, B.; Makris, NC; Remote Sens. 2017, 9, 954. https://doi.org/10.3390/rs9090954