Слышимый звук (т.е. низкой частоты) обладает слабым затуханием (т.е. может распространяться на дальние расстояния), однако при этом также характерен быстрым расхождением (т.е. трудно направляем в определенную сторону).
Ультразвуковые волны (т.е. высокой частоты), наоборот, могут обладать выраженной направленностью, но склонны к быстрому затуханию в среде распространения. Однако при высокой мощности две высокочастотных волны способны на нелинейное (параметрическое) взаимодействие — т.е. генерацию множества дополнительных гармоник (частот). При этом волна разностной (наименьшей) частоты (ВРЧ) получается узконаправленной и способна распространяться на достаточное удаление от излучателя, а высокочастотные волны быстро затухают. Таким образом, неслышимый ультразвук может создавать, например, слышимый звук, распространяющийся далеко и узконаправленно.
В связи с этим, параметрическая генерация ВРЧ активно используется в различных сферах:
- узконаправленное слышимое излучение в воздухе (бесконтактные аудиогиды в библиотеках и музеях, системы активного шумоподавления);
- узконаправленный сигнал, распространяющийся на большие дистанции в воде (изучение дна и изучение океана на длинных трассах);
- медицинские приложения (ультразвуковая визуализация на разностной частоте, контрастная визуализация упругости материалов) и т.д.
Такое взаимодействие двух высокочастотных волн накачки может быть численно рассчитано с помощью уравнения Хохлова-Заболотской-Кузнецова (ХЗК). При этом для проведения трехмерных расчетов требуется проведение оптимизация алгоритмов путем учета лишь наиболее существенных спектральных компонент нелинейной волны.
Задачи LIMU
- Разработка новых численных алгоритмов решения трехмерных параметрических задач в сильно нелинейных режимах
- Исследование особенностей параметрической генерации ВРЧ
- Численные расчеты по поиску оптимальных характеристик параметрического излучения
- Разработка специализированных параметрических излучателей для конкретных медицинских и промышленных приложений
Деятельность
- численное моделирование
- разработка излучателей
Контакты
Подробности
- в нашем докладе
- в видеолекции
- в демонстрации
- в коротком видеоролике
- в статьях ниже
[1] Fully nonlinear three-dimensional modeling of parametric interactions in the field of a dual-frequency acoustic array / A. V. Kvashennikova, P. V. Yuldashev, V. A. Khokhlova, I. B. Esipov // Journal of the Acoustical Society of America. — 2024. — Vol. 155, no. 3. — P. 1682–1693. DOI: 10.1121/10.0025049
[2] Quasilinear approximation for modeling difference-frequency acoustic wave in a diffracting pump-wave beam / A. V. Tyurina, P. V. Yuldashev, I. B. Esipov, V. A. Khokhlova // Acoustical Physics. — 2023. — Vol. 69, no. 1. — P. 30–39. DOI: 10.1134/S1063771022700014
[3] Spectral modeling of difference-frequency generation in the case of two-frequency interaction of ultrasound waves / A. V. Tyurina, P. V. Yuldashev, I. B. Esipov, V. A. Khokhlova // Acoustical Physics. — 2022. — Vol. 68, no. 2. — P. 130–137. DOI: 10.1134/s1063771022020105
[4] Demodulation of pulsed acoustic signals in strongly nonlinear propagation regimes / A. V. Kvashennikova, M. S. Sergeeva, P. V. Yuldashev et al. // Acoustical Physics. — 2024. — Vol. 70, no. 5. — P. 797–807. DOI: 10.1134/s1063771024602279
[5] Метод численного расчета генерации ультразвуковых волн разностной частоты в условиях формирования ударного фронта / М. С. Сергеева, А. В. Тюрина, П. В. Юлдашев, В. А. Хохлова // Ученые записки физического факультета Московского Университета. — 2022. — № 4. — С. 2240101.
[6] Численные модели распространения нелинейных акустических волн в задачах медицинского ультразвука и в некоторых приложениях аэро- и подводной акустики / П. В. Юлдашев, О. А. Сапожников, М. М. Карзова, С. А. Цысарь, А. В. Квашенникова, Е. О. Коннова, В. А. Хохлова. // Вестник Московского университета. Серия 3: Физика, астрономия. — 2025. — Т. 80, № 2. — С. 2520301. DOI: 10.55959/MSU0579-9392.80.2520301
[7] Параметрическая гидроакустическая антенна — перспективный инструмент для мониторинга океана на протяженных трассах / И. Б. Есипов, С. П. Тарасов, В. Л. Чулков // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2014 7(2):46-57.
[8] Parametric acoustic array and Its application in underwater acoustic engineering / H. Zhou , S. H. Huang, W. Li // Sensors (Basel). 2020 10;20(7):2148. DOI: 10.3390/s20072148.
[9] Development of parametric loudspeaker / C. Shi, G. Woon-Seng // IEEE Potentials. 2010 29: 20 — 24. DOI: 10.1109/MPOT.2010.938148