Слышимый звук (т.е. низкой частоты) слабо затухает (т.е. может распространяться на дальние расстояния), но при этом характеризуется быстрым расхождением (т.е. трудно направляем в определенную сторону).
Ультразвуковая волна (т.е. высокой частоты), наоборот, может обладать более выраженной направленностью, но быстро затухает в среде распространения.
Однако если в нелинейной среде распространяются две высокочастотных (ВЧ) интенсивных волны, то происходит их нелинейное взаимодействие, которое сопровождается генерацией множества новых волн с различными кратными и комбинационными частотами. При этом волна разностной (наименьшей) частоты (ВРЧ) получается узконаправленной и способна распространяться на достаточное удаление от излучателя, а ВЧ волны быстро затухают в среде. Такая генерация ВРЧ называется параметрической генерацией, а среда играет роль параметрической антенны бегущей волны. Таким образом, неслышимый ультразвук может создавать, например, слышимый звук, распространяющийся далеко и узконаправленно.
В связи с этим, параметрическая генерация ВРЧ активно используется в различных сферах:
- медицинские приложения (ультразвуковая визуализация на разностной частоте, мониторинг и контроль тепловых и механических воздействий, оказываемых мощным фокусированным ультразвуком на различные ткани внутри тела человека);
- узконаправленный сигнал, распространяющийся на большие дистанции в гидроакустических задачах (изучение дна и исследование океана на протяженных трассах);
- узконаправленное слышимое излучение в воздушной акустике (бесконтактные аудиогиды в библиотеках и музеях, системы активного шумоподавления) и т.д.
Известно, что эффективность применения параметрических излучателей увеличивается с ростом мощности излучения исходных ВЧ волн накачки, так как повышается и мощность генерируемого в среде низкочастотного излучения (НЧ) на разностной частоте.
Поэтому для оптимизации характеристик параметрических излучателей и акустической характеризации создаваемых ими НЧ полей необходима разработка оригинальных численных алгоритмов для решения конкретных практических задач.
Задачи LIMU
- Разработка оригинальных численных алгоритмов решения трехмерных параметрических задач в сильно нелинейных режимах
- Исследование особенностей параметрической генерации ВРЧ
- Численные расчеты по поиску оптимальных характеристик параметрического излучения
- Разработка специализированных параметрических излучателей для медицинских и промышленных приложений
Деятельность
- численное моделирование
- разработка излучателей
Контакты
Подробности
- в нашем докладе
- в видеолекции
- в демонстрации
- в коротком видеоролике
- в статьях ниже
[1] Fully nonlinear three-dimensional modeling of parametric interactions in the field of a dual-frequency acoustic array / A. V. Kvashennikova, P. V. Yuldashev, V. A. Khokhlova, I. B. Esipov // Journal of the Acoustical Society of America. — 2024. — Vol. 155, no. 3. — P. 1682–1693. DOI: 10.1121/10.0025049
[2] Demodulation of pulsed acoustic signals in strongly nonlinear propagation regimes / A. V. Kvashennikova, M. S. Sergeeva, P. V. Yuldashev et al. // Acoustical Physics. — 2024. — Vol. 70, no. 5. — P. 797–807. DOI: 10.1134/s1063771024602279
[3] Quasilinear approximation for modeling difference-frequency acoustic wave in a diffracting pump-wave beam / A. V. Tyurina, P. V. Yuldashev, I. B. Esipov, V. A. Khokhlova // Acoustical Physics. — 2023. — Vol. 69, no. 1. — P. 30–39. DOI: 10.1134/S1063771022700014
[4] Spectral modeling of difference-frequency generation in the case of two-frequency interaction of ultrasound waves / A. V. Tyurina, P. V. Yuldashev, I. B. Esipov, V. A. Khokhlova // Acoustical Physics. — 2022. — Vol. 68, no. 2. — P. 130–137. DOI: 10.1134/s1063771022020105
[5] Метод численного расчета генерации ультразвуковых волн разностной частоты в условиях формирования ударного фронта / М. С. Сергеева, А. В. Тюрина, П. В. Юлдашев, В. А. Хохлова // Ученые записки физического факультета Московского Университета. — 2022. — № 4. — С. 2240101.
[6] Численные модели распространения нелинейных акустических волн в задачах медицинского ультразвука и в некоторых приложениях аэро- и подводной акустики / П. В. Юлдашев, О. А. Сапожников, М. М. Карзова, С. А. Цысарь, А. В. Квашенникова, Е. О. Коннова, В. А. Хохлова. // Вестник Московского университета. Серия 3: Физика, астрономия. — 2025. — Т. 80, № 2. — С. 2520301. DOI: 10.55959/MSU0579-9392.80.2520301
[7] Параметрическая гидроакустическая антенна — перспективный инструмент для мониторинга океана на протяженных трассах / И. Б. Есипов, С. П. Тарасов, В. Л. Чулков // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2014 7(2):46-57.