Page 92 - 《应用声学》2023年第2期
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             所有能量被镜像反射到一个方向，散射系数的数值                            够实现所需要声散射体的 0 单元和 1 单元，并利用
             为0。本文中用1 的角度间隔方式选取声压级数值，                          其构建了声散射体。仿真计算结果表明，该声散射
                           ◦
             M 的数值为180。图6展示了2000∼3500 Hz范围内                    体可以改变反射声场的分布，将入射声能量均匀
             散射体和刚性平板的散射系数计算结果。图 6 中黑                          地散射进多个方向，从而有效地形成扩散声场。在
             色实线为散射体的散射系数，红色点划线为刚性平                            2400∼3000 Hz的频率范围内，声散射体可以形成良
             板的散射系数。从图 6 中可以看出，对于平板，在计                         好的扩散声场，并且声散射体厚度远远小于工作频
             算频率范围内散射系数都极低，基本不超过 0.1，表                         率所对应的波长。在2400∼3000 Hz的范围内，声散
             明反射声场的能量散射很小。而对于所设计的声散                            射体的散射系数显著高于刚性平板，同样证明声散
             射体，在计算频率范围内其散射系数均高于平板的                            射体具有较好的扩散性能。这种基于编码超表面的
             散射系数。在2300∼3100 Hz范围内，散射体的扩散                      薄膜声散射体设计简便，宽频有效，厚度远小于波
             系数均为平板的2 倍以上，并且在 2500∼2900 Hz范                    长，便于布放，具有比较强的实用价值。
             围内散射体的散射系数达到了0.4以上。结合图3和
             图6可以看出，当单元 0和单元1之间的相位差比较                                         参 考 文        献
             接近180 时，散射体的散射系数比较高，在3000 Hz
                    ◦
             处，散射系数高达 0.58。当单元间相位差偏离 180                  ◦      [1] Schroeder M R. Diffuse sound reflection by maximum-
                                                                   length sequences[J]. The Journal of the Acoustical Society
             时，散射体的散射系数有所下降，但只要相位差保持
                                                                   of America, 1975, 57(1): 149–150.
             在一定范围内，散射系数依然比较高。例如，虽然在                             [2] Schroeder M R. Binaural dissimilarity and optimum ceil-
             2700 Hz 处单元间的相位差已经接近 120 ，但是散                         ings for concert halls: more lateral sound diffusion[J]. The
                                                  ◦
             射系数依然达到了 0.46，说明此时散射体依然具有                             Journal of the Acoustical Society of America, 1979, 65(4):
                                                                   958–963.
             比较良好的散射效果。对于散射系数的计算结果再                              [3] Cox T J, Lam Y W. Prediction and evaluation of the scat-
             次证明了本文提出的声学散射体在具有良好的宽                                 tering from quadratic residue diffusers[J]. The Journal of
             频的声散射性能。                                              the Acoustical Society of America, 1994, 95(1): 297–305.
                                                                 [4] D’Antonio P, Cox T J. Diffusor application in rooms[J].
                    0.6                                            Applied Acoustics, 2000, 60(2): 113–142.
                                                 MSD             [5] Hargreaves T J, Cox T J, Lam Y W, et al. Surface diffu-
                    0.5                          Plate             sion coefficients for room acoustics: free-field measures[J].
                                                                   The Journal of the Acoustical Society of America, 2000,
                    0.4
                                                                   108(4): 1710–1720.
                                                                 [6] Wang X, Mao D, Yu W, et al. Sound barriers from mate-
                   D  0.3
                                                                   rials of inhomogeneous impedance[J]. The Journal of the
                    0.2                                            Acoustical Society of America, 2015, 137(6): 3190–3197.
                                                                 [7] Mahmoud F, Kablief Z, Mohammadreza M, et al. Using
                    0.1                                            the Schroeder diffuser to improve parallel noise barriers’
                                                                   performance[J]. Noise Control Engineering Journal, 2014,
                     0
                    2000 2200 2400 2600 2800 3000 3200 3400        62(4): 210–217.
                                  ᮠဋ/Hz                          [8] Huang J, Dupont P E, Undurti A, et al. Producing dif-
                                                                   fuse ultrasound reflections from medical instruments using
                 图 6  散射体和刚性平板的散射系数的计算结果                           a quadratic residue diffuser[J]. Ultrasound in Medicine &
               Fig. 6 The simulated diffusion coefficients of the     Biology, 2006, 32(5): 721–727.
               diffuser and the rigid plate                       [9] Cox T J, D’Antonio P. Acoustic phase gratings for re-
                                                                   duced specular reflection[J]. Applied Acoustics, 2000,
                                                                   60(2): 167–186.
             4 结论
                                                                [10] Cox T J, D’Antonio P. Schroeder diffusers: a review[J].
                                                                   Building Acoustics, 2003, 10(1): 1–32.
                 利用编码超表面理论，本文提出了一种宽频                            [11] Cummer S A, Christensen J, Alù A. Controlling sound
             有效的声散射体。这种声散射体由两种相位差接                                 with acoustic metamaterials[J]. Nature Reviews Materi-
             近 180 的基本单元组成，这两种单元被定义为 0 单                           als, 2016, 1(3): 1–13.
                  ◦
                                                                [12] Xie Y, Wang W, Chen H, et al. Wavefront modulation
             元和 1 单元。本文利用薄膜共振结构在共振处可以
                                                                   and subwavelength diffractive acoustics with an acoustic
             对反射相位进行大幅度调节的性质，设计出了能                                 metasurface[J]. Nature Communications, 2014, 5(1): 1–5.
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