Акустический концентратор

Акусти́ческий концентра́тор, устройство для увеличения интенсивности звука (амплитуды колебательного смещения частиц). По принципу действия различают стержневые и фокусирующие акустические концентраторы.

Стержневой акустический концентратор представляет собой отрезок твердотельного акустического волновода переменного сечения, который присоединяется к излучателю звука широким концом; при этом на узком конце амплитуда смещений увеличивается согласно закону сохранения количества движения. Поперечный размер акустического концентратора меньше половины длины волны звука, а продольный соответствует резонансу по длине (т. е. кратен целому числу полуволн). Такие акустические концентраторы работают в диапазоне частот 18–100кГц . Они классифицируются по форме продольного сечения (ступенчатые, конические, экспоненциальные и др.), по типу колебаний (продольные, крутильные, сдвиговые), по количеству последовательно соединённых резонансных элементов (одно-, двух-, трёхступенчатые). Акустический концентратор стержневого типа широко применяются в УЗ-технологии в составе различных УЗ-инструментов при механической обработке, сварке, пайке, локальном воздействии на физические и химические процессы; в медицине служат частью хирургических УЗ-инструментов.

Действие фокусирующих акустических концентраторов основано на фокусировке звука, обеспечивающей увеличение интенсивности в некоторой малой части пространства по сравнению с её значением в непосредственной близости от излучателя. Для этой цели используются любые фокусирующие устройства (акустические линзы, рефлекторы и т. п.). Наиболее эффективными являются фокусирующие преобразователи в виде оболочки из пьезоматериалов, имеющей сферическое или цилиндрическое сходящееся поле излучения. Такие преобразователи работают, как правило, на частоте резонанса по толщине, в диапазоне от сотен кГц до нескольких МГц; их интенсивность в фокальной плоскости достигает нескольких кВт/см² . Фокусирующие акустические концентраторы применяются в УЗ-технологии (эмульгирование, диспергирование, сушка и др.), в физических исследованиях для выяснения действия мощного ультразвука на вещество, в медицине преимущественно в нейрохирургии и онкологии.

К фокусирующим акустическим концентраторам относятся также многоэлементные преобразователи типа антенн – т. н. линейные и двумерные фазированные решётки, акустическое поле которых формируется посредством электронного управления режимом излучения отдельных элементов.