Parametrické pole - Parametric array

A parametrické pole, v oblasti akustika, je nelineární transdukce mechanismus, který vytváří úzký, téměř postranní lalok - volné paprsky nízkofrekvenčního zvuku prostřednictvím míchání a interakce vysoké frekvence zvukové vlny, účinně překonat difrakční limit (druh prostorového „principu nejistoty“) spojený s lineární akustikou.[1] Hlavní postranní paprsek nízkofrekvenčního zvuku je vytvořen jako výsledek nelineárního míchání dvou vysokofrekvenčních zvukových paprsků při jejich rozdílové frekvenci. Parametrická pole lze vytvořit ve vodě,[2] vzduch,[3] a zemské materiály / horninu.[4][5]

Dějiny

Priorita pro objev a vysvětlení parametrického pole dluží Peter J. Westervelt,[6] vítěz Lord Rayleigh Medaile[7] (v současné době emeritní profesor v Brown University ), ačkoli v bývalém Sovětském svazu současně probíhala důležitá experimentální práce.[2]

Podle Muira [16, str. 554] a Albers [17], koncept parametrického pole napadl Dr. Westervelta, když byl v roce 1951 umístěný v londýnské pobočce Office Naval Research.

Podle Albersa [17] tam (Westervelt) nejprve pozoroval náhodné generování nízkofrekvenčního zvuku ve vzduchu kapitán H.J. Round (britský průkopník superheterodynového přijímače) prostřednictvím parametrického mechanismu pole.

Fenomén parametrického pole, který experimenty poprvé viděl Westervelt v padesátých letech, byl později teoreticky vysvětlen v roce 1960 na zasedání Acoustical Society of America. Několik let poté vyšla celá práce [2] jako rozšíření klasické práce Westervelta o nelineárním rozptylu zvuku zvukem, jak je popsáno v [8,6,12].

Nadace

Základ pro Westerveltovu teorii generování a rozptylu zvuku v nelineární akustika[8] média vděčí za použití Lighthill rovnice (viz Aeroakustika ) pro pohyb tekutých částic.

Aplikace Lighthillovy teorie na nelineární akustickou sféru vede k Westervelt – Lighthill rovnici (WLE).[9] Řešení této rovnice byla vyvinuta pomocí Greenovy funkce [4,5] a metody parabolické rovnice (PE), zejména prostřednictvím rovnice Kokhlov – Zablotskaya – Kuznetzov (KZK).[10]

Alternativní matematický formalismus s použitím Fourierův operátor metody v vlnové číslo vesmír, byl také vyvinut Westerveltem a zobecněn v [1] pro řešení WLE nejobecnějším způsobem. Metoda řešení je formulována v Fourierově (vlnovém čísle) prostoru v reprezentaci související se vzorci paprsků primárních polí generovaných lineárními zdroji v médiu. Tento formalismus nebyl aplikován pouze na parametrická pole [15], ale také na další nelineární akustické efekty, jako je absorpce zvuku zvukem a na rovnovážné rozložení spekter intenzity zvuku v dutinách [18].

Aplikace

Praktických aplikací je mnoho a zahrnuje:

  • podvodní zvuk
    • sonar
    • hloubkové sondování
    • profilování spodního dna
    • nedestruktivní testování
    • a snímání „vidět skrz stěny“[11]
    • dálkový průzkum oceánu[12]
  • lékařský ultrazvuk[13]
  • a tomografie Zhang, Dong; Chen, Xi; Xiu-fen, Gong (2001). „Akustická nelineární parametrická tomografie pro biologické tkáně pomocí parametrického pole ze zdroje s kruhovými písty - teoretická analýza a počítačové simulace“. The Journal of the Acoustical Society of America. 109 (3): 1219–1225. Bibcode:2001ASAJ..109.1219Z. doi:10.1121/1.1344160. PMID  11303935.
  • podzemní seismické vyhledávání[14]
  • aktivní regulace hluku[15]
  • a směrové vysoce kvalitní komerční zvukové systémy (Zvuk z ultrazvuku )[16]

Parametrické příjem pole lze také vytvořit pro směrový příjem.[17] V roce 2005 vyhrál Elwood Norris $ 500 000 Cena MIT-Lemelson za jeho aplikaci parametrického pole na komerční vysoce věrné reproduktory.

Reference

  1. ^ Beyer, Robert T. „Předmluva k původnímu vydání“. Nelineární akustika.
  2. ^ A b Novikov, B. K .; Rudenko, O. V .; Timoshenko, V. I. (1987). Nelineární podvodní akustika. Přeložil Robert T. Beyer. Americký fyzikální institut. ISBN  9780883185223. OCLC  16240349.
  3. ^ Trenchard, Stephen E .; Coppens, Alan B. (1980). "Experimentální studie nasyceného parametrického pole ve vzduchu". The Journal of the Acoustical Society of America. 68 (4): 1214–1216. Bibcode:1980ASAJ ... 68.1214T. doi:10.1121/1.384959.
  4. ^ Johnson, P. A .; Meegan, G. D .; McCall, K .; Bonner, B. P .; Shankland, T. J. (1992). "Studie vln konečné amplitudy v zemských materiálech". The Journal of the Acoustical Society of America. 91 (4): 2350. Bibcode:1992ASAJ ... 91.2350J. doi:10.1121/1.403453.
  5. ^ Parametrická formace paprsku ve skále
  6. ^ Profesor Peter Westervelt a parametrické pole
  7. ^ Institute of Acoustics - Medals & Awards Program Archivováno 2009-06-28 na Wayback Machine
  8. ^ Westervelt, Peter J. (1975). "Stav a budoucnost nelineární akustiky". The Journal of the Acoustical Society of America. 57 (6): 1352–1356. Bibcode:1975ASAJ ... 57,1352 W.. doi:10.1121/1.380612.
  9. ^ Zdroje rozdílového kmitočtového zvuku ve dvoufrekvenčním zobrazovacím systému s důsledky pro monitorování tepelné chirurgie[trvalý mrtvý odkaz ]
  10. ^ [1]
  11. ^ Kaduchak, Gregory; Sinha, Dipen N .; Lizon, David C .; Kelecher, Michael J. (2000). „Bezkontaktní technika pro hodnocení pružných konstrukcí při velkých odstupech: aplikace pro klasifikaci tekutin v ocelových nádobách“. Ultrazvuk. 37 (8): 531–536. doi:10.1016 / S0041-624X (99) 00109-2. PMID  11243456.
  12. ^ Naugolnykh, Konstantin A .; Esipov, Igor B. (1995). "Dálkový průzkum oceánu pomocí parametrického pole". The Journal of the Acoustical Society of America. 98 (5): 2915. Bibcode:1995ASAJ ... 98.2915N. doi:10.1121/1.414208.
  13. ^ Konofagou, Elisa; Thierman, Jonathan; Hynynen, Kullervo (2001). „Cílená ultrazvuková metoda pro simultánní diagnostické a terapeutické aplikace - simulační studie“. Fyzika v medicíně a biologii. 46 (11): 2967–2984. Bibcode:2001PMB .... 46,2967 tis. doi:10.1088/0031-9155/46/11/314. PMID  11720358. S2CID  2036873.
  14. ^ Muir, T. G .; Wyber, R. J. (1984). "Seismické profilování s vysokým rozlišením s nízkofrekvenčním parametrickým polem". The Journal of the Acoustical Society of America. 76 (S1): S78. Bibcode:1984 ASAJ ... 76 ... 78 mil. doi:10.1121/1.2022023.
  15. ^ „Archivovaná kopie“. Archivovány od originál dne 03.03.2007. Citováno 2006-12-05.CS1 maint: archivovaná kopie jako titul (odkaz)
  16. ^ n: Elwood Norris získává cenu Lemelson-MIT za rok 2005 za vynález.
  17. ^ Reeves, C .; Goldsberry, T .; Rohde, D. (1979). "Experimenty s parametrickým akustickým přijímacím polem s velkou aperturou". ICASSP '79. Mezinárodní konference IEEE o akustice, řeči a zpracování signálu. 4. str. 616–619. doi:10.1109 / ICASSP.1979.1170632.

Další čtení

  • [1] H.C. Woodsum a P. J. Westervelt, „A General Theory for the Scattering of Sound by Sound“, Journal of Sound and Vibration (1981), 76 (2), 179-186.
  • [2] Peter J. Westervelt, „Parametric Acoustic Array“, Journal of the Acoustical Society of America, sv. 35, č. 4 (535-537), 1963
  • [3]
  • [4] Mark B. Moffett a Robert H. Mellen, „Model pro parametrické zdroje“, J. Acoust. Soc. Dopoledne. Sv. 61, č. 2, únor 1977
  • [5] Mark B. Moffett a Robert H. Mellen, „Parametrické parametry clony“, J. Acoust. Soc. Dopoledne. Sv. 60, č. 3, září 1976
  • [6] Ronald A. Roy a Junru Wu, „Experimentální vyšetřování interakce dvou nekolineárních paprsků zvuku“, Sborník 13. mezinárodního sympozia o nelineární akustice, H. Hobaek, redaktor, Elsevier Science Ltd., Londýn (1993)
  • [7] Harvey C. Woodsum, „Analytical and Numerical Solutions to the 'General Theory for the Scattering of Sound by Sound“, J. Acoust. Soc. Am. Vol. 95, č. 5, část 2 (2PA14), červen , 1994 (Program 134. zasedání Americké akustické společnosti, Cambridge Massachusetts)
  • [8] Robert T. Beyer, Nelineární akustika, 1. vydání (1974) ,. Publikováno velením námořních systémů.
  • [9] H.O. Berktay a D.J. Leahy, Journal of the Acoustical Society of America, 55, str. 539 (1974)
  • [10] M. J. Lighthill, „On Sound Generated Aerodynamically“, Proc. R. Soc. Lond. A211, 564-687 (1952)
  • [11] M. J. Lighhill, „Zvuk generovaný aerodynamicky“, Proc. R. Soc. Lond. A222, 1-32 (1954)
  • [12] J.S. Bellin a R. T. Beyer, „Scattering of Sound by Sound“, J. Acoust. Soc. Dopoledne. 32, 339-341 (1960)
  • [13] M. J. Lighthill, Math. Otáčky. 19, 915 (1958)
  • [14] H.C. Woodsum, Bull. Am. Phys. Soc., Podzim 1980; „Operátor okrajových podmínek pro nelineární akustiku“
  • [15] H.C. Woodsum, Proc. 17. mezinárodní konference o nelineární akustice, AIP Press (NY), 2006; „Srovnání nelineárních akustických experimentů s formální teorií pro rozptyl zvuku zvukem“, papír TuAM201.
  • [16] T.G. 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 “, publikováno ministerstvem námořnictva (1976)
  • [17] V.M. Albers, „Underwater Sound, Benchmark Papers in Acoustics, str. 415; Dowden, Hutchinson and Ross, Inc., Stroudsburg, PA (1972)
  • [18] M. Cabot a Seth Putterman, „Renormalizovaná klasická nelineární hydrodynamika, kvantová vazba a kvantová teorie interakce fononů“, Physics Letters Vol. 83A, č. 3, 18. května 1981, str. 91–94 (North Holland Publishing Company-Amsterdam)
  • [19] Nelineární zobrazování parametrů počítačovou tomografií pomocí parametrického akustického pole Y. Nakagawa; M. Nakagawa; M. Yoneyama; M. Kikuchi. IEEE 1984 Ultrasonics Symposium. Ročník, vydání, 1984: 673–676