Multiresonant Layered Acoustic Metamaterial (MLAM) solution for broadband low-frequency noise attenuation through double-peak sound transmission loss response
噪声控制和衰减的问题在广泛的应用中是令人感兴趣的，特别是在低于1000 Hz的低频范围中。声学超材料使我们能够通过不一定依赖于大量质量的解决方案来解决这个问题，但是它们中的大多数仍然存在两个主要挑战：它们依赖于复杂的结构，使得它们难以制造，并且它们的衰减能力仅限于窄的频率带宽。在这里，我们提出了多谐振分层声学超材料（MLAM）的概念，作为一种新型的声学超材料的基础上耦合共振机制。它们的主要优点在于通过适合于大规模制造的分层配置在双峰声音传输损耗响应方面提供增强的声音衰减能力。
2021-07-16 physics.app-ph
Sound Reception System by an Acoustic Luneburg Lens
利用Luneburg透镜的方向性，设计了一种船舶声接收系统。使用由253个不同半径的丙烯酸管制成的二维声学Luneburg透镜，其控制折射率。它有一个大的圆盘形状;直径为180厘米，高20厘米。8个麦克风安装在镜头的边缘。在海上使用大学训练船的喇叭作为发射器和装载在小船上的透镜作为接收器来测试透镜的声音接收能力。两者的移动速度都在20 ~ 40 km/h之间，距离在300 ~ 700 m之间。在300 ~ 900 Hz的频率范围内，透镜可以聚焦识别输入声音的方向。
2019-06-17 physics.app-ph
Broadband and intense sound transmission loss by a coupled-resonance acoustic metamaterial
声学超材料的出现开辟了控制声音传输的新领域。然而，一个关键的限制是，基于单位单元中的单个局部谐振器的声学超材料产生受限的窄带衰减峰值;并且当使用多个局部谐振器时，出现的衰减峰值-虽然很多-每个仍然很窄并且由通带分开。在这里，我们提出了一种新的声学超材料的概念，通过两个反共振产生声音传输损耗-在一个带隙中-完全耦合，因此提供了一个宽带衰减范围;这是除了提供一个隔离强度，超过90分贝的两个峰值。下面的耦合谐振机制以具有内部连续孔$-$的单面板、单材料柱撑板结构的形式实现，这是一种实用的配置，其适合于对感兴趣的频率范围（低至亚千赫兹）进行设计调整和优化，并且适合于大规模制造。
2021-06-04 physics.app-ph
Manipulation of magnetic systems by quantized surface acoustic wave via piezomagnetic effect
本文提出利用压磁介质中量子化声表面波通过压磁效应诱导磁场直接操控磁量子系统，并研究了波导中单模及多模耦合与磁量子系统间的相互作用，为片上量子信息处理提供新途径。
2024-04-15 physics.app-ph quant-ph
Sound diffusion with spatiotemporally modulated acoustic metasurfaces
传统的声扩散器是附着在反射表面上的准随机相位光栅，其目的是增强从反射表面散射的声场的时空不相干性。这种配置允许通过周期性地平铺漫射体单元以覆盖大面积来覆盖大的反射表面，同时减少入射平面波的不期望的镜面反射。然而，单位单元的周期性布置导致在某些方向上的散射场中的相干相长干涉和相消干涉，这对于实现声扩散率是不期望的。从以这种方式构造的常规扩散器散射的声能的空间均匀性是传统方法的基本限制，当人们希望覆盖大的反射表面时，该限制不容易克服。在这项工作中，我们研究了声扩散器的表面声导纳的时空调制作为一种新的方法来改善声音扩散。我们开发了一个半解析模型，采用傅立叶级数展开，以确定从表面导纳组成的二次残差扩散器（QRD）设计，其个人以及导纳调制的行波调制频率，$ω_{\mrm{m}}$，振幅，$Y_\mrm{m}$，和波数，匹配的晶胞长度，$Λ$的散射声场。我们观察到显着改善扩散性能，由于时空调制散射声音到额外的频率-波数对与调制频率的谐波和它们的衍射阶。半解析模型的结果进行了验证，使用时域有限元模型。
2022-04-29 physics.app-ph
Demonstration of a quantized acoustic octupole topological insulator
量子化多极拓扑绝缘体（QMTIs）是近年来从现代电极化的强度理论中发展起来的一种描述高阶多极矩的量子化拓扑绝缘体，它存在于嵌套的威尔逊圈中，并通过晶格对称性被量子化。在过去被忽视的QMTIs揭示了新类型的带隙边界，它们本身代表了低维拓扑相和拓扑保护的零维（0D）角态。受到这些开创性理论预测的启发，人们付出了巨大的努力，在各种二维（2D）超材料中进行拓扑量子化四极相位的实验观察。然而，由于严格的要求，在晶体中的反交换反射对称性，它一直是具有挑战性的，以实现更高阶的量化多极矩，如八极矩，在一个现实的三维（3D）结构。在这里，我们克服了这些挑战，并通过实验实现了声学模拟的量化八极拓扑绝缘体（QOTIs）使用负耦合谐振器。我们通过第一性原理研究证实，我们的设计具有量化的八极拓扑相位，并通过实验证明了我们的超材料中状态拓扑层次的光谱证据，观察到3阶角态，2阶铰链态和1阶表面态。此外，我们揭示了拓扑相变从高阶到低阶多极矩在声学TI的改变设计。我们的工作提供了一个新的途径，探索高阶拓扑状态（HOTS）在3D经典平台。
2019-11-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Structure-Composition Correspondence in Crystalline Metamaterials for Acoustic Valley-Hall Effect and Unidirectional Sound Guiding
近年来，拓扑绝缘体在凝聚态物理领域有了许多有趣而令人兴奋的发现。值得注意的是，根据行进电子的自旋将电流引导向特定方向的能力对于电子设备具有巨大的潜力。这一新的现象已经被转移到电磁学和声学的经典领域，揭示了导波的赝自旋锁定。然而，这些宏观类似物是固有波长缩放的光子/声子晶体。在这项工作中，我们实现了一个真正的声学模拟的山谷霍尔效应在可听制度使用的苏打罐的格子。这种非常简单的超材料的晶体描述使我们能够通过实验证明，在远小于工作波长的尺度上引导声音的单向激发。这些结果不仅打开了诱人的山谷拓扑现象的可听制度，但也允许设想紧凑的应用程序的声学操纵。
2020-04-21 physics.app-ph
Optimizing multi-user indoor sound communications with acoustic reconfigurable metasurfaces
Hong Kong Baptist University（香港浸会大学）；ESPCI Paris（巴黎高等物理化学学院）；Université PSL（巴黎文理研究大学）；CNRS（法国国家科学研究中心）；The University of Tokyo（东京大学）
针对室内多用户声通信中的串扰问题，提出利用基于通信理论优化的声学可重构超表面（ARMs）进行波场整形，实现信道隔离与最大香农容量，并验证了多通道及频分复用通信功能。
2024-02-10 cs.SD eess.AS physics.app-ph
Acoustic imaging by three-dimensional acoustic Luneburg meta-lens with lattice columns
与二维透镜相比，三维声学Luneburg超透镜具有折射所有入射角的声波并聚焦更高的声压的优点。这个直径为120毫米的塑料透镜设计了数千个晶格柱状的元原子，以保持其三维形状。在5 kHz ~ 20 kHz频率范围内，对该透镜的三维聚焦性能和声成像进行了仿真和测试。通过旋转透镜以改变入射角并测量声压来确认全向特性。这些球形Luneburg超透镜的开发有望改善需要声聚焦的设备的性能。
2021-02-18 physics.app-ph
Sculpturing sound fields with real-space topology
本文揭示声学腔体实空间拓扑与声场拓扑性质的基本联系，发现腔体亏格保护速度偏振和等压线奇点，且奇点总拓扑指数等于欧拉示性数，为声学通信、传感和噪声控制提供新途径。
2024-05-05 physics.app-ph
Confining and channeling sound through coupled resonators
限制声音对于操纵和路由声波具有重要意义。为此，我们提出了一种基于亥姆霍兹谐振器（HR）的亚波长声道形成在两个超材料的界面处。通过（i）压力的显著降低，和（ii）比声阻抗（由局部压力与声速的比率定义）的增加-到通道外部的非常大的值来量化限制。只要界面相关的边缘模式位于带隙内，声音限制对界面处的频率以及空间无序是鲁棒的。通过在角落处的HR单元中引入受控的无序来形成闭合的声学电路，这表明将声音限制在一个点上的可能性。
2020-12-30 physics.app-ph
Real-Time Steering of Curved Sound Beams in a Feedback-based Topological Acoustic Metamaterial
我们提出了一种基于反馈的拓扑声学超材料的概念，作为一种工具，用于实现自主和主动引导的声束沿任意弯曲的路径在自由的二维空间。超材料构建块是嵌入在平板波导中的声学换能器。传感器通过预编程控制器处理实时压力场测量结果，在闭环中生成所需的分散分布。特别是，超材料可以被编程为表现出量子拓扑波现象的类比，这使得非常规和异常鲁棒的声束引导成为可能。作为一个例子，我们实现了量子谷霍尔效应通过创建，使用同位压力反馈，在波导的交替声阻抗图案。该模式由不同形状的人工轨迹遍历，这些轨迹是实时可重构的。由于拓扑保护，板之间的声波保持定位在轨迹上，并且不会由于设计中的尖角或缺陷而反向散射。基于反馈的设计可用于实现超材料中的任意物理相互作用，包括非局部、非线性、时间相关或非互易耦合，为在同一可重新编程平台上实现新的非常规声波引导铺平了道路。然后，我们提出了一个非同位控制算法，它模仿另一个量子效应，使声束单向。
2020-10-11 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Morphogenesis of sound creates acoustic rainbows
Technical University of Denmark（丹麦技术大学）
本研究利用计算形态发生学合成了一种被动单材料散射结构，能将辐射声分解为空间-光谱分量，成功定制出高效声学彩虹和分波器，为声场工程开辟了新前沿。
2024-08-27 cs.SD eess.AS math.OC
Ray tracing and finite element modeling of sound propagation in a compartment fire
室内火灾（房间或建筑物中的火灾）会产生温度梯度和不均匀的时变温度、密度和流场。这项工作比较了实验测量的房间声学脉冲/频率响应在一个房间内的火灾数值模拟响应。火灾模拟使用火灾动力学模拟器（FDS）。声学建模使用FDS计算的温度场进行。COMSOL Multiphysics用于有限元声学建模，Bellhop用于射线跟踪声学建模。结果表明，火灾导致波前到达更早（由于更高的声速），并与更多的延迟时间的变化（由于声速扰动）。频率响应表明，模式在频率上向上移动，并且高频（>2500 Hz）模式显著衰减。模型结果与数据进行了比较，并在观察到的趋势显示出良好的一致性。
2021-08-25 physics.app-ph
Acoustic Pancharatnam-Berry Geometric Phase
本研究突破声波无旋纵波特性的限制，首次在理论和实验上证明非均匀声波中可存在Pancharatnam-Berry几何相位，揭示其Janus特性并实现声学超表面、声学q板等应用，为声场操控提供新途径。
2025-08-04 physics.app-ph physics.class-ph
Ultrabroadband sound control with deep-subwavelength plasmacoustic metalayers
本文提出等离子体声学超层，通过控制空气等离子体薄层动力学，在深亚波长厚度下实现从几Hz到kHz范围的超宽带完美吸声和可调声反射。
2022-09-01 physics.app-ph
Acoustic propagation of a vortex beam in typical Arctic sound environments
State Key Laboratory of Ocean Engineering, School of Ocean and Civil Engineering, Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学海洋与土木工程学院，海洋工程国家重点实验室）；Hanjiang National Laboratory（汉江国家实验室）；Key Laboratory of Marine Intelligent Equipment and System, Ministry of Education, China（教育部海洋智能装备与系统重点实验室）
研究携带轨道角动量的声涡旋束在北极半声道和双声道环境中的传播，发现其具有近场照亮阴影区和远场保持相位奇点与OAM模态鲁棒性的独特能力。
2026-06-16 physics.app-ph
Labyrinthine acoustic metamaterials with space-coiling channels for low-frequency sound control
我们数值分析了具有沿着Wunderlich空间填充曲线折叠的内部通道的超材料的性能，以控制空气中的低频声音。与以前的研究相比，我们通过折叠通道进行波传播的直接建模，不引入有效的理论假设。其结果是，我们揭示了亚结构的通道，它允许波在相反的方向上传播入射波，具有不同的动力学相比，直缝的等效长度。这些差异归因于激活的弯曲效应，并导致在带隙频率处100%的波反射。发现这种全反射现象对空气中的热粘性耗散不敏感。对于由迭代水平产生的波纹通道，可以通过使用超材料单层来实现宽带全声反射，并且通过调谐通道宽度来有效地控制吸收的波能量的量。因此，这项工作有助于更好地了解具有潜在应用的反射和过滤低频空气传播声音的超材料。
2017-12-17 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Architected lattices for simultaneous broadband attenuation of airborne sound and mechanical vibrations in all directions
声子晶体和声学超材料是设计用于控制声波或弹性波传播的结构晶格。在这些材料中，色散特性和能量传递通过选择晶格的几何形状和它们的本构材料特性来控制。然而，大多数设计只影响一种能量传播模式，即作为声学、空气传播的声音或作为弹性、结构振动传播的能量。在这里，我们提出了一种设计方法，同时衰减声波和弹性波在所有极化。我们通过实验实现了第一个三维的，承载的，建筑晶格，由单一材料组成，在所有方向的宽带频率范围内响应。
2018-09-04 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Reconfigurable Acoustic Metalens with Tailored Structural Equilibria
本研究提出了一种基于双稳态折纸设计的可重构声学超透镜，通过八个折纸单元在两种稳定平衡状态间切换实现声波局部调制，可生成独特相位分布以动态重构轴上和轴外焦点，为灵活声波操控提供了简单有效的解决方案。
2024-11-11 physics.app-ph physics.class-ph
Sound Trapping in an Open Resonator
具有高品质因数（Q因子）共振的极端声能约束的能力对于在生物超声、增强的准直声发射（即声激光）和高分辨率感测中需要高强度和超敏性的声学设备是至关重要的。然而，迄今为止报道的结构表现出有限的声学谐振的品质因数（Q因子），在开放式谐振器中高达几十。连续介质中束缚态的出现使得高Q值声学模的实现成为可能。在这里，我们报告了由单个开放谐振器支持的声学BIC的理论设计和实验演示。我们预测这样的开放式声谐振器可以同时支持三种类型的BIC，包括对称保护BIC，Friedrich-Wintgen诱导的模式干涉BIC，以及一种新的BIC：镜像对称诱导BIC。我们还通过实验证明了所有三种类型的BIC的存在，其Q因子比开放谐振器中报道的最高Q因子大一个数量级。
2021-03-22 physics.app-ph physics.class-ph
Sound Wave Manipulation Based on Valley Acoustic Interferometers
本研究设计出基于Y形谷声子晶体的拓扑谷声学干涉仪，验证了其π贝里相位特性，提出简化的谷界面色散测量方法与可调传输调控方案，为新型声波调控器件研发开辟新路径。
2024-09-11 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Contra-Intuitive Features of Time-Domain Brillouin Scattering in Collinear Paraxial Sound and Light Beams
时域布里渊散射是一种光-声-光探测技术，用于透明材料的评价。超短抽运激光脉冲经光声转换后在样品中发射皮秒相干声脉冲。延时超短探测激光脉冲通过光弹效应监测相干声脉冲的传播，光弹效应引起光散射。光电探测器收集由样品结构反射的声散射光和探测光以用于外差。散射的探测光携带关于相干声脉冲的当前位置中的材料的声学、光学和声光参数的信息。因此，在其他应用中，时域布里渊散射是用于三维成像的技术。相干声脉冲和探测激光脉冲的尖锐聚焦可以增加成像的横向空间分辨率，但是可能潜在地减小成像的深度。然而，在这份手稿中提出的理论分析反直观地表明，与共线传播的近轴声和光束的时域布里渊散射成像的深度和光谱分辨率，不依赖于声音的聚焦/衍射。时域布里渊散射信号幅度的变化仅仅是由于光聚焦/衍射引起的探测光幅度的变化。虽然声散射光的幅度与局部声场和探测光场幅度的乘积成比例，但是时域布里渊散射信号幅度的时间动态与相干声脉冲幅度的动态无关。
2020-06-12 physics.app-ph physics.optics
Soundiation: A multi-functional GUI-based software in evaluation of the acoustophoresis by the acoustic radiation force and torque on arbitrary axisymmetric objects
由波散射产生的声辐射力和力矩通常用于无接触地操纵微物体。我们应用分波展开级数和保角变换的方法来估计施加在轴对称粒子上的辐射力和扭矩。同时，需要平移和旋转变换来保持坐标系一致[1]。虽然这些理论推导已经很好地建立起来，但对所需系统进行编码，包括波函数的生成、变换的实现、模块之间的计算等，是不平凡的和耗时的。在这里，提供了一个新的开源的，基于MATLAB的软件，称为Soundiation，以解决辐射力和扭矩，同时支持非球形颗粒的动态预测。该实现基本上是通用的，其适用性是通过数值方法的验证。此外，还提供了一个图形用户界面，以便它可以很容易地使用和扩展。
2022-02-06 cs.CE physics.app-ph
