Phasenkorrektur phononischer Wellenfronten

[Manf]

Phasenkorrektur phononischer Wellenfronten durch dreidimensionale Anordnung lateral anisotroper Schichten.

Eine optische Linse ist im allgemeinen aus einem homogenen Medium und hat eine Form die sie zur Phasenfront-Transformation eignet.

Die vorher angesprochene dielektrische Linse https://www.roboternetz.de/phpBB2/ze...=136673#136673 ist ein Objekt mit einer gezielten Verteilung des Dielektrikums. Ihre Form ist ein zweiter Parameter. Die Form könnte damit auch einem Block entsprechen, der eine plane Eintrittsebene und eine plane Austrittsebene hat. (Bild a)

Hier für Schall könnte der Block aber auch aus lauter Röhren bestehen, die jede eine bestimmt Laufzeit hat und damit die Phase von der Eintrittsebne auf die Austrittsebene transformiert. (Bild b)
Das kann durch die Dichte der Störungen gehen, durch verteilt aufgestellte Resonatoren, durch die Enge der Röhre? (auch eine Störung), und schließlich auch über die Länge der Röhre. (Bild c)

Bei einer Gleichverteilung der Laufzeiterhöhung wäre es dann immerhin noch die Form der Eintritts uns Austrittsebene die die Phasentransformation bewirkt. Zum Beispiel eine Linsenform von Verzögerungsröhren.

Bild hier  

Was aber wenn die Röhren nicht ausreichend verzögern?
Dann könnte man die Röhren innerhalb der Linse schräg zur Gesamt-Ausbreitungsrichtung anbringen und durch die Richtungsänderung die Welle in dieser Gesamtausbreitungsrichtung verzögern. Man hat dann damit neben der Laufzeitverschiebung auch eine Ortsverschiebung der Anteile.

Im nächsten Schritt ist dann eine Anordnung gesucht, die die Ortsverschiebung kompensiert und trotzdem die Röhren schräg angeordnet hat. Das ist die symmetrische Verschiebung in geknickten Röhren (Bild d). Die Linse kann auch sphärisch sein, nur dann sieht man die Röhren nicht so deutlich.

Ein Grundmaterial zum Aufbau eines solchen Systems könnte Wellpappe sein oder eine Fläche aus parallelen Strohhalmen (Bild e), auf alle Fälle eine „phononisch lateral anisotrope Schicht“.
Manfred

[PicNick]

Die üblichen Linsen leben davon, daß ein Medium mit anderer Ausbreitungsgeschwindigkeit (der relevanten Welle) als die Umgebung
bei geeigneter Form eine "Brechung" an den Grenzflächen erzeugt.
Wale haben im Kopf z.B. einen geeignet geformten Hohlraum, der mit Fett(?) gefüllt so eine "Linse" bildet.
Wieweit das aber mit Röhren funktioniert, die ja mit dem selben Medium wie die Umgebung gefüllt sind ? Nur durch die "Umwege" ? Muß ich mal nachrechnen, was man (auch mit Berücksichtigung der damit verbundenen Dämpfung) erreichen könnte.
Beeinflussen Röhren durch die Form die Schallgeschwindigkeit ?



Edit: Der Titel erinnert mich an
"Das spezifische Volumen der subterranen Knollfrucht verhält sich indirekt proportional zum Intelligenzquotienten des Agronomen im Possesivstatus"

[ThSteier]

Hallo,

ich rate hier eigentlich auch nur noch (einerseits kann ich mir nicht vorstellen, daß uns Manfred hier aufs Glatteis führt, andererseits bekomme ich langsam Gehirnverknotung)

Bei den Röhren habe ich aber noch ein anderes Verständnisproblem: wenn der Schall auch als Wellenfront auf den Eingang der "Röhrenplatte" trifft - spätestens am Ausgang müßte doch dann eigentlich jede einzelne Röhre wieder eine punktförmige Schallquelle darstellen? Kommt es damit nicht zu Interferenzen? Oder ist das gar beabsichtigt?

rätselnderweise,
Thomas

[PicNick]

Das mit punktförmig is richtig, diese Intereferenz ist der Witz bei der "Brechung", das sagte schon der alte Huygens.
Die gleich-phasigen Zustände bauen dadurch wieder eine Wellenfront zusammen. Sind nun bei zwei so "Punkten" einer "hinten nach" , also andere Phase, marschiert die Wellenfront dann "schräg" weiter, also "gebrochen"
In den Physik-Büchern ist das meistens eher bei der "optischen Brechung" anschaulich dargestellt, oder eben allgemein bei der "Brechung von Wellen" , (Funktioniert ja auch bei "Wellen am Strand" so )

[ThSteier]

Hm - aber wenn ich dadurch eh schon ein Gitter habe, bei dem ich mit Interferenzen arbeiten kann (zB über variable "Maschenweite"), wozu brauche ich dann noch zusätzlich die Laufzeitbeeinflussung über die eigentlichen Röhren? Das macht die Sache doch nur um Potenzen komplexer und IMHO auch keineswegs einfacher lösbar.

Viele Grüße,
Thomas

[Manf]

"Das spezifische Volumen der subterranen Knollfrucht verhält sich indirekt proportional zum Intelligenzquotienten des Agronomen im Possesivstatus"

Das Auge ißt ja mit.

wieder eine punktförmige Schallquelle darstellen? Kommt es damit nicht zu Interferenzen? Oder ist das gar beabsichtigt?

Wenn das Feld außerhalb der Röhren wieder als Ganzes auftritt, dann wirken die Interferenzen wieder.

Es sind zwei mögliche Effekte, die Verzögerung durch eine Enge der Röhre in Achsrichtung des Schalls. Wenn der Effekt wirksam genug ist kann er reichen. Wenn nicht, dann kann man immerhin mit der Umwegleitung eine merkliche Verzögerung erreichen. Den Winkel kann man ja stufenlos ab null wählen.

Bild hier  
Eine Veranschaulichung der zurückgelegten Wege in der Umwegleitung wollte ich auch noch einbringen.
Manfred

[PicNick]

Nun, durch unterschiedliche Laufzeiten beeinflußt man natürlich die Phasenlage und damit die Abstrahlung am anderen Ende. Mach ich das "lateral anisotrop" kann z.B. eine Fokussierung erreicht werden.
Wenn ich Manfred richtig verstehe (was aber bei Weitem nicht gesagt ist) überlegt er, sozusagen mit gebündelten Rohren (Strohalmen, wellpappe) die Phasenlage gezielt in diesem Sinne zu ändern.

[PicNick]

Tscha, zum prinzipiellen Messen der Differenz sollten ja mal zwei Röhren mit variablen Parametern l u. d reichen.

[Manf]

Es geht um phononische Wellenfronten also um Ultraschallenergie die von einem Wandler in den Raum abgestrahlt wird aber meistens zu breit.
Mit einer Phasenkorrektur in der Wellenfront kann man ähnlich wie bei optischen Wellenfronten mit Linsensystemen die Energie lenken und bündeln.

Wirksame akustische Wellenfrontkorrekturen gibt es
mit phased Arrays, oft etwas aufwändig,
mit Spiegeln, da ist oft der Wandler im Weg oder es wird auch aufwändig, und
mit isotropen Medien mit gekrümmter Grenzfläche, die sind bisher meist wenig präzise.

Oder ein wenig benutzer Weg, mit anisotropen Medien darum soll es gehen.

Richtig, darum geht es.

Messen oder suchen? Es gibt seit hunderten von Jahren Orgelpfeifen deren Tonhöhe druch die Geometrie bestimmt ist.
Manfred

[PicNick]

Also das Gleichnis mußt du (zumindest mir) erklären