王浩然 蓝君2) 陈佳惠 李义丰2)†

1) (南京工业大学计算机科学与技术学院, 南京 211800)

2) (近代声学教育部重点实验室, 南京大学声学研究所, 南京 210093)

1 引 言

近年来, 在空气声中实现声波分量的局域增强这项研究工作逐渐受到关注.若声场能够被大幅度增强, 这将会发掘许多有价值的潜在应用, 例如声传感器、声通信等.在自然界中, 由于声能具有很低的能量密度, 空气中声场局域增强效应的实现通常比较困难.因此, 探索新的物理机制和方法去实现声场增强具有重要的意义.

声学超构材料作为一种人工专门设计的复合结构, 可通过局域共振机理来调控弹性波的能带结构, 从而获得自然材料所不具备的物理特性, 如负等效体积模量[1,2]、负等效质量密度[3-5]、零折射率[6]等.超构材料在对声波传播方式的调控方面起重要作用, 目前, 基于亥姆霍兹共振器[7]和腔谐振器[8,9]的局域共振机理设计的超构材料已经实现了声场增强效应.Yuan等[10,11]分别通过优化亥姆霍兹共振器底部和颈部结构来降低声学粘性损耗, 实现了低频声波的局域增强效应.Song[12]等设计了一种新型声腔型双壁超构材料, 其能够在亚波长的空气隙内发生强烈的局域声场增强效应.此外, 近年来, 超构材料的声学Mie共振得到越来越多的关注, 相比局域共振, Mie共振具有更为丰富的共振模式, 如单极子、偶极子、四极子等更高的多极子共振模式.利用声学Mie共振的不同共振模式可分别实现不同效果的局……