新的声音扩散器比现有的设计薄10倍

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云京 yjing2@ncsu.edu 919.513.4673

马特·希普曼 matt_shipman@ncsu.edu 919.515.6386

来自北卡罗来纳州立大学和南京大学的研究人员开发了一种“超薄”声音扩散器，比录音棚、音乐会场地和电影院广泛使用的扩散器薄10倍，以减少回声并提高声音质量。新的设计使用更少的材料，这将降低成本，并占用更少的空间。

在一个典型的墙壁平坦的房间里，声波通常会从墙壁上反射回来，就像光线反射到镜子上一样。这就会产生回声和重叠声波，根据你在房间里的位置，导致音质不均匀。

“声音扩散器是放置在房间墙壁和天花板上的面板，可以将声波分散到多个不同的方向，消除回声和不良的声音反射——最终改善声音的质量，”Yun Jing说。北卡罗来纳州立大学(NC State)机械和航空航天工程助理教授，并就此发表了一篇论文。

但最广泛使用的扩散器，称为施罗德扩散器，可以非常笨重。这是因为扩散器的大小是由它所扩散的声音的波长决定的。具体来说，施罗德扩散器的深度大约是它需要扩散的最低声音波长的一半。

例如，一个典型的男人的声音可以低至85赫兹，波长为4米或13.1英尺。如果这是最低的声音施罗德扩散器将不得不处理，扩散器将需要大约2米-或刚刚超过6.5英尺-厚。

但新的超薄扩散器设计要求的厚度仅为声音波长的5%。因此，它的厚度将不再是2米，而是20厘米，也就是不到8英寸。

“漫射器通常是用木头做的，所以我们的设计使用的木头比施罗德的漫射器少10倍，”Jing说。“这会产生更轻、更便宜的扩散器，让人们更好地利用他们的空间。”

扩散器厚度的减少是由扩散器中单个单元的设计实现的。

施罗德扩散器看起来像一个均匀间隔的正方形，在长度和宽度相同，但在深度不同。

超薄扩散器也由均匀间隔的正方形组成，但正方形大小不同。这是因为每个正方形实际上是一个开口，打开一个薄的，下面的腔。这些室都有相同的尺寸，但孔径的大小变化显著-完成相同的声音扩散更大的施罗德扩散器。

“我们已经用3d打印机造出了功能齐全的原型机，而且它还能工作，”Jing说。“使用木材的设计也应该同样有效。”

纸”,超薄声学超表面基Schroeder扩散器发表在《美国物理学会杂志》上物理评论X．这项研究的主要作者是南京大学的朱一凡(Yifan Zhu)和范旭东(Xudong Fan)。该论文由南京大学的梁斌和程建春共同撰写。

希普曼-

编辑:研究摘要如下。

超薄声学超表面基Schroeder扩散器

作者:朱一凡，范旭东，梁斌，程建春，南京大学;Yun Jing，北卡罗莱纳州立大学

发表: 6月5日物理评论X

DOI: 10.1103 / PhysRevX.7.021034

文摘:“施罗德漫反射器”是一个经典的设计，提出超过40年前，人为地创造最佳和可预测的声音漫反射。它在建筑声学中得到了广泛的应用，在噪声控制、超声成像、微粒子处理等方面也显示出了巨大的潜力。然而，传统的施罗德扩散器在一个波长量级上有相当大的厚度，严重阻碍了它在低频声音中的应用。本文基于声超表面的概念，提出了一类新的超薄平面Schroeder扩散体。数值和实验结果表明，超表面施罗德扩散器虽然比传统的扩散器薄约一个数量级，但仍能产生令人满意的声漫反射。该设计不仅提供了极具潜力的建筑构件，对建筑声学和相关领域产生深远的影响，而且它也构成了声学超表面在现实世界应用的重要一步。