非線性聲場中的參量激發*

陳海霞 林書玉

(陜西師范大學物理學與信息技術學院， 陜西省超聲學重點實驗室， 西安 710062)

本文基于求解單頻聲波方程近似解的方法， 得到了非線性聲場中諧波的聲壓與介質性質、初始聲壓幅值及頻率之間的定量關系.并對兩列相對聲壓幅值和相對頻率不同情況下的聲場分布進行了研究.通過分析單、雙頻聲源輻射場中的諧波分布和傳播規律發現: 在非線性聲場中會不斷地出現新的諧波， 激發的各階諧波隨著聲波傳播距離的增大逐漸增強而后減弱.在聲源的附近， 諧波的聲壓隨基波聲壓振幅的增大而增大;但在基波的頻率增大時反而會減小.在輸入總聲能相同的情況下， 與單頻聲場相比雙頻聲源輻射場的聲能量分布較均勻， 聲的傳播距離較大， 遠場中的諧波含量較大.結果表明， 基波的頻率越高， 衰減得越快， 諧波的積累越緩慢; 聲壓的極值越大， 基波聲能量轉移得越多， 產生的諧波越多， 基波的衰減越快， 聲壓對遠場聲能的負效應增大; 如果改用多頻聲源， 并適當地控制輸入聲波的組成成分， 可以達到改善聲場分布均勻性、增大聲輻射距離的效果.

1 引 言

超聲波的自作用以及不同頻率聲波在空間的調制問題， 近年來引起了國內外學者的廣泛關注并取得了不少的成果.鑒于超聲波和介質的非線性效應， 傳播中的聲波波形會不斷地發生變化， 同時在聲的傳播路徑上持續地發生諧波、分頻波以及和差頻波; 而且……