[发明专利]声学超表面、涂层、壳体及可移动工具

说明书

本申请涉及一种声学超表面、涂层、壳体及可移动工具。声学超表面包括多个第一结构单元；以及多个第二结构单元，第二结构单元的声波的透射相位和第一结构单元的声波的透射相位相同或者相近，第二结构单元的声波的反射相位和第一结构单元的声波的反射相位不同；多个第一结构单元和多个第二结构单元在一面内无序排布。上述声学超表面，可以使声波入射时反射的声波相互干涉，进而使得反射的声波能量杂乱分布在反射侧空间的各个方向，而透射的声波的能量集中且波前不发生改变，从而实现对反射声波波前的独立调控效果。

技术领域

本发明涉及技术声学材料技术领域，特别是涉及一种声学超表面、涂层、壳体及可移动工具。

背景技术

随着科学技术的发展，一些具有独特声波传输性能的材料越来越受到人们的关注。声学超表面(Acoustic Metasurface，AMS)是指一种由尺寸小于波长的人工谐振单元构成的亚波长层状材料。声学超表面可实现对声波振幅、相位、传播模式等特性的灵活有效调控。特别地是，通过在AMS表面上引入梯度变化的透反射相位，AMS可以随意地控制透反射声波的波前，从而实现声波偏折、声波汇聚等。

然而，发明人发现，利用传统的声学超表面对声波的透(反)射波的波前进行调控时，往往反(透)射波的波前也会发生相应的扰动。

发明内容

基于此，有必要针对传统的声学超表面难以独立地调控声波反射波波前的问题，提供一种改进的声学超表面。

一种声学超表面，其特征在于，包括：

多个第一结构单元；以及，

多个第二结构单元，所述第二结构单元的声波的透射相位和所述第一结构单元的声波的透射相位相同或者相近，所述第二结构单元的声波的反射相位和所述第一结构单元的声波的反射相位不同；

所述多个第一结构单元和所述多个第二结构单元在一面内无序排布。

上述声学超表面，通过在一面内无序排布多个透射相同或者相近而反射不同的所述第一结构单元和所述第二结构单元，可以使声波入射至该声学超表面时反射波相互干涉，反射波的波前改变，且反射波能量杂乱分布在声学超表面反射侧空间的各个方向，而透射波的波前不发生改变，且透射波能量集中在声学超表面透射侧空间的一个方向上，从而实现独立地调控声波反射波波前的效果。

在其中一个实施例中，所述第二结构单元的声波的透射相位和所述第一结构单元的声波的透射相位满足

在其中一个实施例中，所述第二结构单元的声波的反射相位和所述第一结构单元的声波的反射相位满足

在其中一个实施例中，所述第二结构单元的声波的反射系数的模r₂和所述第一结构单元的声波的反射系数的模r₁满足0.25≤r₂/r₁≤4。

在其中一个实施例中，所述第一结构单元的有效声折射率的数值与所述第二结构单元的有效声折射率的数值相等，所述第一结构单元的有效声阻抗率比的数值与所述第二结构单元的有效声阻抗率比的数值互为倒数。

在其中一个实施例中，所述第一结构单元包括沿所述声学超表面入射面法线方向依次设置的第一部和第二部，其中，所述第一部与所述第二部的有效质量密度不同和/或有效体积模量不同；

所述第二结构单元包括沿所述声学超表面入射面的法线方向依次设置的第二部和第一部，且所述第二结构单元和所述第一结构单元沿所述声学超表面的入射面的法线方向层叠时形成镜面对称结构。

在其中一个实施例中，所述第一部和所述第二部分别由不同的单一材料形成。

在其中一个实施例中，所述第一部和所述第二部由同一种单一材料形成，其中，所述第一部远离所述第二部的一侧的形状与所述第二部远离所述第一部的一侧的形状不同。