[发明专利]一种基于Helmholtz共鸣器耦合的双负声学超材料结构

说明书

本发明涉及一种基于Helmholtz共鸣器耦合的双负声学超材料结构，包括多个依次连接的双负声学超材料单元，每个双负声学超材料单元包括一个前后两端开口波导以及至少一对并联在波导管道上且耦合的Helmholtz共鸣器，所述的Helmholtz共鸣器与波导密封连接，形成流体连通空间与现有技术相比，本发明具有结构简单、双负特性、高效特性、解释机理等优点。

技术领域

本发明涉及声学功能材料领域，尤其是涉及一种基于Helmholtz共鸣器耦合的双负声学超材料结构。

背景技术

声学功能材料是一种人工构造的亚波长结构，可以实现传统材料中不具有的现象和功能，有效的调控声波。例如单独具有负有效动态密度或负有效动态体压缩系数的结构，在多种设计中已经实现。相关效应如声学超分辨聚焦，声隐身和放大倏逝波等现象也已经在实验室中实现了。同时具有负有效质量密度和负的有效体压缩系数的材料，可以表现出负折射率，实现超分辨汇聚，称为声学左手材料。在实验室中利用负有效模量的有孔的管道和负有效密度膜材料组合实现了具有双负特性的声学功能材料。然而，这种组合需要多单元连接，且阻抗匹配和耗散需要进一步改进。利用负有效密度的膜耦合实现同时具有负的有效密度和负的有效体弹性模量材料在实验室完成。由于这种结构密封，杜绝了因振动导致的流体流失或流入外界流体，实现了单负材料耦合作用产生双负声学超材料，实现了较少的耗散，传输性能有所提升，然而膜和空气的阻抗匹配问题，膜的可调节性，需要进一步改进。最近，利用多体散射理论，打破共鸣器分布的空间和频率的对称性，实现有效质量密度和有效体压缩系数同时为负的声学超材料，并基于该结构搭建了超分辨棱镜，然而，该材料的双负区带宽和高效性需要进一步提高。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于Helmholtz共鸣器耦合的双负声学超材料结构。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于Helmholtz共鸣器耦合的双负声学超材料结构，包括多个依次连接的双负声学超材料单元，每个双负声学超材料单元包括一个前后两端开口波导以及至少一对并联在波导管道上且耦合的Helmholtz共鸣器，所述的Helmholtz共鸣器与波导密封连接，形成流体连通空间；

该双负声学超材料结构通过耦合的Helmholtz共鸣器实现负有效质量密度和负有效体压缩系数，并且使得负有效体压缩系数和负有效质量密度在同一频带内重叠，通过改变双负声学超材料单元上两个耦合的Helmholtz共鸣器间的距离和共振频率，调谐双负区的带宽和双负区的位置。

所述的波导为圆筒形的一维波导，两个并联的Helmholtz共鸣器具有相同基础共振频率。

所述的波导为圆形的二维波导。

所述的Helmholtz共鸣器包括正方形腔体以及与波导连接的圆柱形颈部。

所述并联的Helmholtz共鸣器具有不同的基础共振频率，通过设置不同基础共振频率的Helmholtz共鸣器调节双负声学超材料结构的本征频率。

当双负声学超材料单元处于本征模态时，两自由界面声压场分布具有两种不同的空间对称形式，包括同相位分布和反相位分布。

所述的波导长度可调。

所述的Helmholtz共鸣器左右对称分布在波导中轴线的同侧或异侧。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：