A broadband low-reflection bending waveguide for airborne sound

声学 波导管 波前 宽带 光学 超材料 弯曲 反射(计算机编程) 声波 材料科学 声音传输等级 物理 计算机科学 复合材料 程序设计语言
作者
Weiwei Kan,Bin Liang,Cong Tian,Zhonghua Shen,Jian‐Chun Cheng
出处
期刊:Applied Physics Letters [American Institute of Physics]
卷期号:110 (25) 被引量:14
标识
DOI:10.1063/1.4986510
摘要

We design a bending waveguide capable to transmit broadband airborne sound with high efficiency while maintaining the wavefront undisturbed. Based on coordinate transformation, analytical formulae are derived to predict the parameter distribution of the required constituent materials composing the waveguide. A practical implementation is presented by employing acoustic metafluids that are formed with periodically arranged slabs of subwavelength dimensions in air-filled acoustic chambers. By studying the acoustic properties of the unit structures in the quasi-static limit, it is demonstrated that the effective mass density and bulk modulus of the proposed metamaterial can be modulated independently by tuning the geometry parameters and the temperature in the chamber. By virtue of the free-modulated features, the range of realizable effective parameters with metafluid are substantially broadened, and the corresponding acoustic impedance can be perfectly matched to the background medium. The performance of the bending waveguide is verified by demonstrating the low-reflection transmission of broadband sound and the ability of keeping the wavefront undisturbed. According to the effective medium theory, our scheme offers the flexibility to further raise the upper limit of the operating frequency with smaller size individual elements. The proposed design with the advantage of feasibility and effectiveness in broadband shows potential for a wide range of wave-steering applications.
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