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Polski🔊 Akustische Metamaterialien
Arrays subwellenlängengroßer Helmholtz-Resonatoren verleihen einem Material nahe der Resonanz einen effektiv negativen Kompressionsmodul, öffnen akustische Bandlücken und ermöglichen negative Brechung von Schall.
Über diese Simulation
Dieser Simulator regt eine eindimensionale Kette aus N lokal resonanten Einheitszellen mit einer ebenen Welle der Frequenz f an und berechnet zellweise, ob diese Frequenz durch das Gitter propagiert oder evaneszent innerhalb einer akustischen Bandlücke abklingt. Der effektive Kompressionsmodul K_eff(ω) wird direkt aus einem Lorentz-Oszillator-Modell der eingebetteten Helmholtz-artigen Resonatoren berechnet.
Häufig gestellte Fragen
Was unterscheidet akustische Metamaterialien von gewöhnlichen Materialien?
Gewöhnliche akustische Materialien erhalten ihre Eigenschaften aus der Chemie — den Atomen und Bindungen des Grundmediums. Akustische Metamaterialien erhalten ihre Eigenschaften stattdessen aus konstruierter, subwellenlängengroßer Struktur: periodischen Arrays resonanter Einheitszellen.
Bedeutet ein „negativer“ effektiver Kompressionsmodul negatives Volumen oder negative Steifigkeit?
Nein. Es bedeutet, dass über ein schmales Frequenzband nahe der Eigenfrequenz der Resonatoren die dynamische Antwort des Materials auf oszillierenden Druck gegenphasig zum antreibenden Druck ist — der effektive Modul in der Wellengleichung wechselt in diesem Band das Vorzeichen.
Was ist eine Bandlücke in einem akustischen Metamaterial?
Eine Bandlücke ist ein Frequenzbereich, für den in der periodischen Struktur keine propagierende Wellenlösung existiert. Schall, der bei einer Bandlückenfrequenz eintritt, klingt exponentiell mit der Entfernung ab (evaneszente Welle).
Was sind Helmholtz-Resonatoren und warum werden sie verwendet?
Ein Helmholtz-Resonator ist ein Hohlraum, der über einen schmalen Hals mit der Außenwelt verbunden ist; die Luft im Hals wirkt wie eine Masse, die Luft im Hohlraum wie eine Feder, was eine einzelne Eigenresonanzfrequenz ergibt.