Tunable Fluid-Type Metasurface for Wide-Angle and Multifrequency Water-Air Acoustic Transmission

声学 传输(电信) 声阻抗 波长 声波 电阻抗 接口(物质) 材料科学 光学 计算机科学 物理 电信 接触角 超声波传感器 坐滴法 量子力学 复合材料
作者
Zhandong Huang,Shengdong Zhao,Yiyuan Zhang,Zheren Cai,Li Zheng,Junfeng Xiao,Meng Su,Qiuquan Guo,Chuanzeng Zhang,Yaozong Pan,Xiaobing Cai,Yanlin Song,Jun Yang
出处
期刊:Research [American Association for the Advancement of Science]
卷期号:2021 被引量:30
标识
DOI:10.34133/2021/9757943
摘要

Efficient acoustic communication across the water-air interface remains a great challenge owing to the extreme acoustic impedance mismatch. Few present acoustic metamaterials can be constructed on the free air-water interface for enhancing the acoustic transmission because of the interface instability. Previous strategies overcoming this difficulty were limited in practical usage, as well as the wide-angle and multifrequency acoustic transmission. Here, we report a simple and practical way to obtain the wide-angle and multifrequency water-air acoustic transmission with a tunable fluid-type acoustic metasurface (FAM). The FAM has a transmission enhancement of acoustic energy over 200 times, with a thickness less than the wavelength in water by three orders of magnitude. The FAM can work at an almost arbitrary water-to-air incident angle, and the operating frequencies can be flexibly adjusted. Multifrequency transmissions can be obtained with multilayer FAMs. In experiments, the FAM is demonstrated to be stable enough for practical applications and has the transmission enhancement of over 20 dB for wide frequencies. The transmission enhancement of music signal across the water-air interface was performed to demonstrate the applications in acoustic communications. The FAM will benefit various applications in hydroacoustics and oceanography.
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