基于声学黑洞盘片的纵弯复合超声换能器增强空气声辐射研究

　　本文推荐一种集成声学黑洞（ABH）结构的纵弯复合超声换能器（LFUT），通过ABH截面辐射盘（ABH-disk）调控弯曲波速并放大辐射面位移振幅，显著提升电声效率与空气耦合等效声传输系数。实验表明，其振动均匀性及远场声压均优于传统平板换能器（F-LFUT），声压峰值提高近一倍，为高性能小型化LFUT设计提供新方向。

　　

Section snippets

Theoretical analysis and numerical simulation

图1展示了ABH-LFUT的几何模型与材料设置。两类LFUT均由朗之万换能器（纵向夹心压电换能器）和辐射盘组成。在设计过程中，我们将辐射盘的轴对称弯曲振动与朗之万换能器的纵向振动设为相同共振频率[32,33]。整个LFUT振动系统的共振频率等于各组件共振频率。

Experimental testing

本节因ABH-LFUT与F-LFUT的输入电功率W_i在仿真中等效（输入电压为1 V），故选择二者进行实验。制作的换能器样机（如图9(a)）分别进行了阻抗分析、激光测振与声场测量实验。制造过程（如图9）…

Conclusion

本文提出通过引入ABH结构增强LFUT性能的新方法，开发出ABH-LFUT。ABH结构显著聚焦振动能量，局部振幅增强，从而提升电声效率与空气耦合能力。通过理论设计、数值模拟与实验测试，得出以下关键结论：

1. 1.

   一种针对变截面辐射盘的快速频率理论分析方法被建立…

CRediT authorship contribution statement

Hao Jiang: 原始稿撰写、验证、软件、调研、形式分析、数据整理与概念化。Wenbo Ren: 软件与方法论。Wenxu Ye: 审阅与编辑及形式分析。Shuyu Lin: 指导、资源协调、项目管理与资金获取。

Declaration of competing interest

作者声明无已知竞争性财务利益或个人关系影响本研究。

Acknowledgments

本研究得到国家自然科学基金（批准号12174240、11874253和11674206）支持。