声学超构材料术语

声学超构材料术语
1范围
本文件规定了包括声子晶体、声超材料等人工微结构的声学超构材料等相关术语的定义。

本文件适用于声学超构材料及其相关领域的活动。

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GB/T32005-2015电磁超材料术语
GB/T3947-1996声学名词术语
3基础定义
3.1超构材料metamaterials
一种特种复合材料或结构，通过对材料关键物理尺度上进行一定序构设计，使其获得常规材料所不具备的超常物理性能。

3.2声学超构材料acoustic metamaterials
具备超常声学特性的一类超构材料
3.3声子晶体phononic crystal
由两种以上具有不同弹性参数的材料按一定空间序构周期排列的复合人工介质形成的一种声学超构材料。

4分类
4.1固体弹性波超构材料solid elastic wave metamaterials
用于调控固体中弹性波的声学超构材料。

4.2水声超构材料underwater acoustic metamaterials
用于调控水中声波的声学超构材料。

4.3空气声超构材料
用于调控空气中声波的声学超构材料。

4.4次声声学超构材料infrasound metamaterials
工作频率在20Hz以下的声学超构材料
4.5超声声学超构材料ultrasonic metamaterials
工作频率在20kHz以上的声学超构材料
4.6可听声超构材料audible sound metamaterials
工作频率在20Hz-20kHz范围的声学超构材料
4.7局域共振型声学超构材料resonant acoustic metamaterials
基于局域共振原理的声学超构材料
4.8非局域共振型声学超构材料non-resonant acoustic metamaterials 不基于局域共振原理的声学超构材料
4.9线性声学超构材料linear metamaterials
具有线性动力学效应的声学超构材料
4.10非线性声学超构材料nonlinear metamaterials
具有非线性动力学效应的声学超构材料
4.11各向同性声学超构材料isotropic acoustic metamaterials
具有各向同性的声学特性的声学超构材料
4.12各向异性声学超构材料anisotropic acoustical metamaterials
具有各向异性的声学特性的声学超构材料
4.13复合声学超构材料composite acoustic metamaterials
与其他材料复合的声学超构材料
4.14可重构声学超构材料reconfigurable acoustic metamaterials
宏观或微观结构可重构的声学超构材料
4.15可编程声学超构材料programmable acoustic metamaterials
利用逻辑基元对声场进行程序化调控的声学超构材料
4.16微纳声学超构材料micro-scale acoustic metamaterials
微观结构的绝对尺度在微米或纳米级的声学超构材料
4.17多物理场耦合型超构材料multi-physical coupled metamaterials 声场与其他物理场相互耦合的声学超构材料
4.18吸声超构材料sound absorption metamaterials
能够有效控制噪声且尺寸小巧的声学超构材料。

4.19隔声超构材料sound insulation metamaterials
能够突破质量定律有效隔绝、隔断、分离空气中传播的噪声的声学超构材料。

5方法论
5.1结构
5.1.1声学超材料微观结构microscopic structure of metamaterials
声学超构材料在与其作用波长同数量级尺度上的结构
5.1.2声学超材料宏观结构macroscopic structure of metamaterials
声学超构材料在比其作用波长高一个或数个数量级尺度上的结构
5.1.3声学超材料微纳结构nanostructure of acoustic metamaterials
声学超构材料在绝对尺度上的微纳结构
5.2.研究方法
5.2.1.平面波展开法plane wave expansion method
通过布洛赫(Bloch)定理，求出特定波矢对应的本征频率，计算声学超构材料频带的方法。

5.2.2.多重散射法multiple scattering method
指将入射到某个散射体上的入射波看成由外来入射波和被其他散射体所散射的散射波组成，通过推导各散射体的散射矩阵求解特征频率方程的方法。

5.2.3.有限元法finite element method(FEM)
将连续的超构材料介质离散为有限个单元，并在给定的材料或功能基元边界条件下，利用有限单元的近似解逼近真实物理现象的数值分析方法
5.2.4.边界元法boundary element method(BEM)
将连续的超构材料介质的边界离散为有限个单元，并在给定的材料或功能基元边界条件下，利用对边界分元插值离散的近似解逼近真实物理现象的数值分析方法
5.2.5.时域有限差分法finite difference time domain method(FDTD)
通过将偏微分方程转化为有限个差分方程，在给定激励、初始条件和特定边界条件下，利用差分方程推导出系统的时域响应，从而研究声波在超构材料中的传播特性。

5.2.
6.能带理论energy band theory
能带理论是讨论晶体（包括声学超构材料）中量子（包括声子）的状态及其运动的一种近似理论
5.2.7.有效（等效）介质理论effective（equivalent）medium theory
为了研究复杂介质的性质，而假设一种性质与多相介质在宏观平均相同的单相介质，这种假设的单相介质就称为该多相介质的“有效介质”，该理论称为有效介质理论，在很多场合也被称作等效介质理论。

5.3.表征
5.3.1.声学超构材料等效阻抗equivalent impedance of acoustic metamaterials
依据有效介质理论，通过计算、测量或推导求得的声学超构材料的宏观的等效的声阻抗。

5.3.2.声学超构材料等效密度equivalent density of acoustic metamaterials
依据有效介质理论，通过计算、测量或推导求得的声学超构材料的宏观的等效的质量密度。

5.3.3.声学超构材料等效弹性模量equivalent bulk modulus of acoustic metamaterials
依据有效介质理论，通过计算、测量或推导求得的声学超构材料的宏观的等效的体弹性模量。

5.3.4.声学超构材料等效折射率equivalent index of acoustic metamaterials
依据有效介质理论，通过计算、测量或推导求得的声学超构材料的宏观的等效的折射率。

6设计
6.1功能基元functional unit-cell
超构材料中在微观特征（分子、原子层次）和宏观性能之间引入的具有特定功能的中间结构层次
6.2结构优化structural optimization
将声学超构材料的结构进行优化，以获取更加优良的综合性能
6.3折叠folding
将声学超构材料的功能基元在空间上进行折叠
6.4层叠cascading
将声学超构材料的不同功能基元在一维方向上分层叠加
6.5分布distribution
将声学超构材料的不同功能基元在二维空间上进行分布
6.6耦合coupling
将声学超构材料的不同功能基元在声场中进行耦合
6.7周期性排布periodic arrangement
声学超构材料微观结构上呈周期性排布
6.8赝周期性排布pseudo-periodic arrangement
声学超构材料在微观结构上的非周期性排布，在宏观上呈周期排布
6.9随机排布random arrangement
声学超构材料在微观结构上的非周期性随机排布
6.10超晶格排布superlattice arrangement
声学超构材料在微观结构上的两种基元呈交替排列的周期性结构
6.11亚波长设计subwavelength design
声学超构材料作用的波长远大于其宏观绝对尺度的设计
6.12耦合设计coupling design
声学超构材料中的不同功能基元在空间和频率上的耦合设计
6.13阻抗设计impedance design
设计声学超构材料的阻抗，调控其与传播介质或其他材料之间的阻抗匹配情况
7应用与器件
7.1应用方向
7.1.1声学超构材料降噪noise reduction by acoustic metamaterials
利用声学超构材料，减少噪音对人的影响的措施
7.1.2声学超构材料减振vibration reduction by acoustic metamaterials
利用声学超构材料，通过减少激励、增加系统阻尼来减弱系统振动的措施。

7.1.3声学超构材料散射scattering of metamaterials
声波在传播中遇到超构材料时，部分声波偏离原始传播路径，从超构材料四周散播开来的现象。

7.1.4声学超构材料频散dispersion of acoustic metamaterials
利用超构材料调控声波，将其传播分成不同频率的几个波。

7.1.5声学超构材料扩散diffusion of acoustic metamaterials
利用超构材料调控声场分布，使其能量密度均匀、在各个传播方向作无规则分布。

7.1.6声学超构材料指向性directivity of acoustic metamaterials
受超构材料影响的声波在几何空间中的场分布
7.1.7声学超构材料插入损失insertion loss of acoustic metamaterials
在插入声学超构材料器件前，输送到系统中将要插入的点后某处的功率级和插入后输送到该处的功率级的差。

7.1.8声学超构材料波阵面调控wavefront control by acoustic metamaterials
利用声学超构材料，任意调控具有亚波长分辨率的波阵面的形状
7.2主要器件
7.2.1超构消声室acoustic metamaterial anechoic chamber
由超构材料构成的，所有界面几乎能有效地吸收全部的入射声能，使得其中产生自由声场的房间。

7.2.2超构消声器acoustic meta-muffler
具有声学超构材料衬里的气流管道，可有效地降低气流中的噪声。

7.2.3超构阻尼器meta-damper
利用声学超构材料引起能量损耗的方法以减小振动幅值的装置。

即减振器。

7.2.4超构阻抗适配器impedance meta-adapter
利用声学超构材料使两种介质之间直接达成阻抗匹配的声学器件
7.2.5超构声学黑洞metamaterial acoustic black hole
基于黑洞原理构造的，具备强吸声性能的声学超构材料空间吸声体
7.2.6超构波导metamaterial waveguide
由声学超构材料搭建的波导器件
7.2.7超构声衬acoustic meta-liner
由声学超构材料构成的具备在高速流体作用下吸声功能的声学器件
7.2.8超构声学隐身acoustic cloaking by metamaterials
利用声学超构材料使得声波沿着人工规划的路径传播而不发生散射现象，从而实现声学隐身的目的。

7.2.9超构声透镜acoustic meta-lens
由声学超构材料构成的可以对声波产生会聚或发散作用的声学元件
7.2.10超构声学滤波器acoustic meta-filter
由声学超构材料构成的对特定频段的声波有过滤作用的声学器件
7.2.11超构声二极管acoustic metamaterial diode
由声学超构材料构成的，实现声波单向传输性质的声学器件。

7.2.12超构材料亚波长成像
利用声学超构材料实现对亚波长尺度的物体进行成像。

7.2.13声学超构表面acoustic meta-surface
一种亚波长尺度下的由人工微结构单元构成的超薄平面结构，其具备一定的相位分布，具有对声波的灵活调控能力。