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Polski🔊 Akustische Linse
Interaktive 2D-Schallwellensimulation: Beobachten Sie, wie ein linsenförmiger Bereich mit anderer Schallgeschwindigkeit Wellenfronten bricht und fokussiert, mit Strahlenüberlagerung und Brennpunktanzeige.
Über akustische Linsen
Eine akustische Linse fokussiert oder defokussiert Schallwellen, indem sie ausnutzt, dass Schall in unterschiedlichen Materialien unterschiedlich schnell ist — genau wie optische Linsen Licht an Glas-Luft-Grenzflächen brechen. Eine konvergierende akustische Linse ist so geformt, dass Wellen, die ihr Zentrum durchqueren, das langsamere Medium über die längste Strecke durchlaufen und dadurch die zentralen Wellenfronten gegenüber den Rändern verzögern.
Diese Simulation integriert die 2D-Skalarwellengleichung auf einem 240 × 144 Finite-Differenzen-Gitter mit einem Leapfrog-Verfahren (Verlet) und absorbierenden Mur-Randbedingungen erster Ordnung. Sie können zwischen konvexen, konkaven, Fresnel- (Zonenplatte) und GRIN- (Gradientenindex) Linsendesigns wechseln, das Geschwindigkeitsverhältnis c_lens/c₀ einstellen und geometrische Strahlenlinien einblenden.
Häufig gestellte Fragen
Wie fokussiert eine akustische Linse Schall?
Eine akustische Linse funktioniert nach demselben Prinzip wie eine optische Linse: dem Snelliusschen Brechungsgesetz. Trifft eine Schallwelle unter dem Winkel θ₁ auf eine Grenzfläche zwischen zwei Medien, wird sie gemäß sin θ₁ / c₁ = sin θ₂ / c₂ gebrochen.
Was ist das Geschwindigkeitsverhältnis n = c₀/c_lens?
Der akustische Brechungsindex n ist definiert als das Verhältnis der Referenzschallgeschwindigkeit c₀ zur Schallgeschwindigkeit c_lens in der Linse: n = c₀/c_lens. Ein Material mit n > 1 verlangsamt Wellen im Inneren der Linse und bewirkt Konvergenz bei konvexer Form.
Was sind absorbierende Mur-Randbedingungen?
Bei der Simulation von Wellen in einem endlichen Rechengebiet reflektieren Wellen an den Rändern zurück und verfälschen die Lösung. Mur-Randbedingungen (1981) approximieren die Einweg-Wellengleichung an jeder Randfläche und absorbieren auslaufende Wellen mit sehr geringer Reflexion.
Was ist eine Fresnel-Zonenplatte für Schall?
Eine Fresnel-Zonenplatte ist eine flache Struktur mit konzentrischen, abwechselnd durchlässigen und undurchlässigen Ringen. Wellen, die durch die offenen Ringe treten, erreichen den Brennpunkt phasengleich und interferieren konstruktiv.