利用时空调制声学超表面实现声扩散

传统声扩散体是附着于反射面上的准随机相位光栅，其目的是增强反射面散射声场的时空非相干性。该构型允许人们通过周期性平铺扩散体单元来覆盖大面积反射面，同时降低入射平面波不期望的镜面反射。然而，单元的周期排列导致散射场在某些方向上出现相干相长与相消干涉，这不利于实现声扩散。以此方式构建的传统扩散体所散射声能的空间均匀性，是传统方法的基本局限，在欲覆盖大反射面时难以克服。本工作中，我们研究对声扩散体表面声导纳进行时空调制，将其作为改善声扩散的新途径。我们建立了一个半解析模型，采用傅里叶级数展开来确定表面导纳的散射声场；该表面导纳由二次剩余扩散体（QRD）设计构成，其各井导纳受行波调制，调制频率为 $\omega_{\mrm{m}}$、振幅为 $Y_\mrm{m}$、波数与单元长度 $\Lambda$ 匹配。我们观察到扩散性能显著提升，原因在于时空调制将声散射至与调制频率谐波及其衍射级次相关的额外频率—波数对。半解析模型结果通过时域有限元模型得以验证。