Используя новый тип свистка, названный свистком «вращающейся волны», ученые смогли распространять звуковые волны в одном направлении. Хотя звуковые волны обычно распространяются в двух направлениях (вперед и назад), эта система оснащена аэроакустическим автогенератором, который позволяет звуковым волнам распространяться только вперед без потери интенсивности. Эту технологию можно применить и к электромагнитным волнам, что открывает широкие возможности для ее использования.
Электромагнитные, акустические или механические волны распространяются одинаково, но в двух разных направлениях (вперед и назад) в соответствии с явлением, называемым «перекрестным распространением». Это означает, что распространение между приемником и передатчиком симметрично. Это можно наблюдать, например, во время разговора двух людей, находящихся на определенном расстоянии друг от друга. Благодаря взаимной передаче слова, которыми они обмениваются, слышатся одинаково с обеих сторон.
Хотя эта взаимность важна для определения физических явлений нашей повседневной жизни, ее разрушение может быть очень полезно в области исследований. Например, в некоторых экспериментах распространение волн только в одном направлении позволяет избежать ненужных отражений (реверберации), тем самым устраняя шум (помехи) в результатах. Этот тип невзаимного распространения изучался, например, для электромагнитных и механических волн.
Около десяти лет назад ученые успешно распространили односторонние звуковые волны с помощью резонансных полостей, в которых циркулирует поток поляризованного воздуха. Однако распространяющиеся вперед звуковые волны систематически теряют интенсивность.
В новом исследовании ученые из ETH Zürich и Федеральной политехнической школы Лозанны (EPFL) в Швейцарии предлагают преодолеть эту проблему, компенсируя эти потери с помощью инновационной системы.
Компенсация потерь с помощью системы автоколебаний
Технология, предложенная швейцарскими исследователями, основана на устройствах синхронизации, компенсирующих рассеяние односторонних звуковых волн. «Большую часть своей карьеры я провел в таких компьютерных явлениях», — сказал соавтор исследования Николас Нойер в пресс-релизе ETH Zurich. С этой целью Нойер и остальные члены команды используют автогенераторы, которые позволяют создавать динамические системы демонстрировать периодически повторяющееся поведение.
В частности, ученые разработали аэроакустическое автоколебательное устройство, позволяющее звуковым волнам проходить через циркуляционный аппарат в одном направлении, не теряя интенсивности.
Обратите внимание: MIT и IBM хотят изменить наш мир с помощью искусственного интеллекта.
Неизбежное затухание волны систематически компенсируется автоколебаниями циркулятора. Они синхронизируются с приходящими волнами, позволяя им набираться энергии и укрепляться, а не ослабевать.Циркулятор состоит из полого диска, в который с одной стороны подается закрученный воздух через отверстие в центре диска. Определенная скорость выдувания в сочетании с точной интенсивностью вихря вызывает свист. Тьемо Педерньяна из ETH Zurich, ведущий автор исследования, объясняет: «В то время как звук обычного свистка создается стоячими волнами в полости, звук этого нового свистка создается вращающимися волнами.
На втором этапе к вращающемуся свистку добавили три акустических «волновода». Это изолирующие устройства треугольной формы, расположенные на краю циркулятора и направляющие приходящие волны только в одном направлении. Звуковые волны, проходящие через первый волновод, могут распространяться через циркулятор во второй волновод. Однако волны, проходящие через второй волновод, не могут «вернуться» через первый волновод, а могут быть направлены в третий волновод.
Усиленное однонаправленное распространение
Тестирование новой системы, описанной в журнале Затем эксперты излучали звуковые волны с частотой около 800 Гц (что соответствует высокой солью сопрано) и измеряли качество их распространения по второму и третьему волноводам. Волна не достигает третьего волновода. Вместо этого он достигает второго (т е движения вперед), не теряя силы, и даже значительно усиливает ее.
«Эта концепция невзаимного распространения волн с компенсацией потерь является важным результатом, который можно перенести на другие системы», — сказал Нойер. Другими словами, устройство может стать отличной моделью для управления взаимностью других волн. Например, его можно использовать в метаматериалах (композитах с физическими свойствами, не встречающимися в природе) для распространения электромагнитных волн. Микроволны в радиолокационных системах также могут быть оптимально направлены, а сигналы в системах связи могут лучше проходить через выделенные цепи.
Больше интересных статей здесь: Новости науки и техники.
Источник статьи: С помощью нового типа свистка, известного как свисток с «вращающейся волной», ученым удалось распространять звуковые волны в одном направлении.