研究人员开发出使声波只朝一个方向传播的方法

经过多年研究，苏黎世联邦理工学院的科学家们开发出了一种使声波沿单一方向传播的方法。 这项研究由尼古拉斯-诺伊雷（Nicolas Noiray）教授领导，他的大部分职业生涯都在研究和预防飞机发动机中具有潜在危险的自持热声振荡，他认为有一种方法可以利用类似现象进行有益的应用。

由苏黎世联邦理工学院机械与加工工程系尼古拉斯-诺伊雷（Nicolas Noiray）教授领导的研究小组与洛桑联邦理工学院的罗曼-弗勒里（Romain Fleury）合作，在十年前类似工作的基础上，研究出了如何在不削弱声波向前传播的情况下防止声波向后传播。

这一突破的核心是一个利用自持气声振荡的循环器装置。 循环器由一个圆盘状空腔组成，漩涡状空气从空腔的一侧通过中央开口吹入。 当空气以特定的速度和漩涡强度被吹出时，就会在空腔中产生哨声。

与通过驻波产生声音的传统口哨不同，这种新设计产生的是旋转波。 环形器有三个声波导管，沿边缘呈三角形排列。 从理论上讲，进入第一个波导的声波可以从第二个或第三个波导中传出，但不能从第一个波导中向后传播。

最关键的部分是系统如何补偿声波不可避免的衰减。 循环器中的自振荡与传入的声波同步，使声波在前进过程中获得能量并保持强度。 这种损耗补偿方法确保声波不仅朝一个方向前进，而且比进入系统时更强劲。

为了测试他们的设计，研究人员使用频率约为 800 赫兹的声波进行了实验，其频率相当于女高音演唱的高音 G。 他们测量了声音在波导之间的传播效果，发现正如预期的那样，声波并没有到达第三个波导，而是从第二个波导传出，甚至比进入时更强。

诺伊雷研究小组的前博士生、该研究的第一作者蒂莫-佩德格纳纳（Tiemo Pedergnana）说："普通口哨的声音是由腔体中的驻波产生的，而这种新型口哨的声音则是由旋转波产生的。"

虽然目前的原型是声波的概念验证，但研究小组认为，他们的损耗补偿非互易波传播方法的应用范围可能超出声学，例如电磁波的超材料。 这项研究可能会推动雷达技术等领域的进步，因为在这些领域，更好地控制微波传播至关重要。

此外，这项技术还能为开发拓扑电路铺平道路，通过提供一种单向引导电波而不损失能量的方法，增强未来通信系统中的信号路由。 研究小组在《自然-通讯》（Nature Communications）上发表了研究。