Бункин А.Ф., Михалевич В.Г., Стрельцов В.Н. «Обращение волнового фронта звуковых пучков в пьезополупроводниках в переменном магнитном поле» с. 3-6

Рассмотрено распространение линейно поляризованной поперечной звуковой волны в полупроводниковом слое с определенной кристаллографической структурой при достаточно высокой концентрации электронов проводимости. Полупроводниковый слой находится в пространственно однородном магнитном поле, направленном перпендикулярно плоскости падения звуковой волны и модулированном со звуковой частотой. Связь плазменной подсистемы с акустическими колебаниями в слое реализуется за счет внутреннего пьезоэлектрического поля. Показано, что распространение звукового пучка в этих условиях сопровождается возникновением встречной звуковой волны с обращенным волновым фронтом. Найден коэффициент преобразования прямой и обращенной волн. Ключевые слова: обращение волнового фронта, фонон-плазмонное взаимодействие пьезоэлектричество DOI: 10.31857/S0320791922700010, EDN: DATWFU

Викулова Т.С., Диденкулов И.Н., Кулинич В.В., Прончатов-Рубцов Н.В., Сахаров Д.В. «Пузырьки в проточном акустическом резонаторе» с. 7-12

Приводятся результаты аналитического и численного исследования движения пузырьков в проточном резонаторе под действием радиационной силы и силы вязкого трения. Рассмотрены случаи слабых и сильных акустических полей. Ключевые слова: пузырьки, проточный резонатор, радиационная сила, слабые и сильные поля DOI: 10.31857/S032079192270006X, EDN: DBBTEE

Коннова Е.О., Хохлова В.А., Юлдашев П.В. «Использование графических ускорителей при моделировании нелинейных ультразвуковых пучков с ударными фронтами на основе уравнения Вестервельта» с. 13-21

Рассмотрена задача ускорения алгоритма расчета нелинейных эффектов при моделировании высокоинтенсивных ультразвуковых пучков на основе однонаправленного уравнения Вестервельта. При построении численного решения для сильно искаженных волн с ударными фронтами необходимо учитывать большое число гармоник (до 1000) на пространственных сетках с размером матриц порядка 10000 на 10000, что требует обработки больших объемов данных и длительного времени расчетов. В работе реализация оператора нелинейности проводится во временном представлении с использованием удароулавливающей схемы типа Годунова, которая позволяет моделировать нелинейные волны с ударными фронтами с небольшим (3) количеством узлов сетки на ударном фронте. В работе проводится сравнение эффективности использования данного метода при его реализации на центральном процессоре (CPU) и графических ускорителях (GPU) по сравнению со спектральным методом, реализованным ранее для квазилинейного распространения волны. Проводится анализ скорости выполнения алгоритмов на CPU и GPU в зависимости от размеров массивов входных данных. Ключевые слова: нелинейное уравнение Вестервельта, метод Годунова, графические ускорители, неинвазивная ультразвуковая хирургия DOI: 10.31857/S032079192210015X, EDN: DAEXFM

Тюрина А.В., Юлдашев П.В., Есипов И.Б., Хохлова В.А. «Генерация акустической волны разностной частоты в дифрагирующем пучке волн накачки в квазилинейном приближении» с. 22-31

Рассматривается квазилинейный подход к описанию генерации акустической волны разностной частоты, формируемой при взаимодействии двух близких по частоте интенсивных высокочастотных дифрагирующих пучков волн накачки. Граничное условие соответствует двухчастотному возбуждению существующего параметрического излучателя для подводных исследований. Показано, что линейное поле первичных волн имеет узкую направленность с полным углом расхождения пучка около нескольких градусов, поэтому нелинейная дифракционная задача решалась численно в параболическом приближении. Поле волн накачки рассчитывалось в линейном приближении; полученные решения на каждом шаге численной сетки вдоль оси пучка использовались для расчета нелинейных источников при описании трехмерного пучка разностной частоты. Проанализированы одномерные и двумерные распределения поля давления и диаграммы направленности для трех значений разностной частоты. Полученные численные решения с реалистичными граничными условиями и описанием дифракционных эффектов сравниваются с известными приближенными аналитическими результатами, полученными в квазилинейном приближении. Ключевые слова: разностная частота, квазилинейное приближение, дифракция DOI: 10.31857/S0320791922600275, EDN: DAKTTI

Алексеев С.Г., Лузанов В.А., Раевский А.О., Балашов В.В., Лопухин К.В., Ползикова Н.И. «Акустическая резонаторная СВЧ-спектроскопия с некалиброванным измерительным трактом» с. 32-40

Метод акустической резонаторной спектроскопии (АРС) является информативным аналитическим методом, который позволяет получать данные о толщинах и акустических свойствах слоев многослойной структуры, представляющей собой многомодовый резонатор объемных акустических волн (HBAR). Спектр HBAR содержит множество резонансных особенностей и актуальной задачей является развитие автоматических методов его обработки. В работе предложен способ выделения данных АРС из сигнала, искаженного влиянием измерительного тракта, без проведения дополнительных измерений эталонных импедансов (калибровки), что приводит спектр к виду, удобному для автоматической обработки, а также существенно расширяет возможности применения АРС. Особенно актуальным является применение метода для обработки спектров HBAR со слабой эффективностью возбуждения. В качестве примера такой обработки приводится определение центральных частот и эффективных ширин более тысячи резонансных пиков, на основе чего находится частотная зависимость акустического затухания в новом материале – оптической керамике на основе наночастиц допированного алюмоиттриевого граната. Ключевые слова: резонатор объемных акустических волн, HBAR, пьезопреобразователь, калибровка, эффективность возбуждения, акустическое поглощение DOI: 10.31857/S0320791922060016, EDN: CPIAJF

Никитов С.А., Таранов А.В., Хазанов Е.Н. «Фононная спектроскопия твердых диэлектриков» с. 41-55

Представлен метод исследования твердых диэлектриков в условиях нестационарного распростра- нения фононов субтерагерцовых частот. Метод основан на анализе транспортных характеристик фононов тепловых частот в области гелиевых (Не) температур (2–4 K) в режиме диффузии и позволяет исследовать: кинетические характеристики фононов тепловых частот в монокристаллах твердых растворов, вклад в рассеяние фононов от концентрации, типа и позиций примеси замещения, дефектов, сопоставимых с длиной волны (кластеров, фазовых неоднородностей, дислокаций), низкоэнергетических возбуждений различной природы, в том числе связанных с образованием равновесной конфигурации вакансий в анионной подрешетке относительно катионов примеси замещения; критерии равновесия в системе неравновесные фононы – низкоэнергетические возбуждения; особенности фононного спектра наноструктурированных материалов; связь коэффициента диффузии фононов субтерагерцовых частот с системой межзеренных границ (МГ), размером зерна, условия формирования “щели” в фононном спектре наноструктурированных керамик; спектральные свойства МГ и их связь с технологическими условиями синтеза, оценить средние по образцу значения толщины и акустического импеданса МГ; особенности транспорта фононов тепловых частот в аморфных диэлектриках (стеклах и стеклоподобных материалах) в области “плато” теплопроводности, возможность формирования “щели” в спектре фононных состояний; транспорт фононов субтерагерцовых частот в керамиках на основе сегнетоэлектриков, твердых растворов электролитов, керметах. Ключевые слова: неравновесные фононы, двухуровневые системы, межзеренные границы DOI: 10.31857/S0320791922600457, EDN: ATODUQ

Шамсутдинова Е.С., Анисимкин В.И., Фионов А.С., Смирнов А.В., Колесов В.В., Кузнецова И.Е. «Совершенствование методов исследования электрофизических и вязкостных свойств жидкостей» с. 56-62

Для контроля физических свойств полярных и неполярных жидких сред проведено измерение параметров модельных систем на основе вазелинового и силиконового масел, а также глицерина с помощью электрофизических и акустоэлектрических методов. Электрофизические исследования выполняли с помощью LCR-метра Agilent E4980A и измерительной ячейки, состоящей из пробирки Эппендорфа и двух коаксиальных никелевых электродов, образующих цилиндрический конденсатор. Диэлектрическая проницаемость жидкости определялась по формуле для конденсатора. Для акустической части задачи в качестве пьезоэлектрической пластины использовался ST,X-кварц, на котором была размещена ячейка для жидкости из фторопласта. Измерения проводились в три этапа: измерение фазы и амплитуды акустической волны i) без контакта с жидкостью, ii) в контакте с чистой исследуемой жидкостью и iii) в контакте с исследуемой жидкостью с наполнителем. В качестве наполнителей использовались микрочастицы фармацевтического активированного угля и поверхностно-активное вещество сорбитан моноолеат. Вязкость суспензий определялась по разнице затухания акустической волны в присутствии чистой жидкости и жидкости с наполнителем. Ключевые слова: вязкость жидкостей, электропроводность жидкостей, акустическая линия задержки, датчик свойств жидкости DOI: 10.31857/S0320791922600238, EDN: DAGBJL

Исаев А.Е., Хатамтаев Б.И. «Акустический центр измерительного гидрофона» с. 63-72

Рассмотрены различные подходы к формулировке определения акустического центра преобразователя и проблемы, возникающие при их использовании для экспериментального определения положения акустического центра. Обсуждены причины, по которым формулировка и соответствующий способ определения положения акустического центра микрофона мало пригодны для гидрофона. Описан эксперимент, демонстрирующий предложенный способ экспериментального определения положения акустического центра гидрофона при его фазовой калибровке методом взаимности. Ключевые слова: фазовая калибровка гидрофона, акустический центр, метод взаимности DOI: 10.31857/S0320791922060053, EDN: CPOOSX

Раевский М.А., Бурдуковская В.Г. «Пространственная обработка акустических сигналов в океанических волноводах на фоне шумов ветрового происхождения» с. 73-83

Исследуется влияние корреляционных характеристик шума, генерируемого ветровыми источниками, на эффективность пространственной обработки сигналов, принимаемых горизонтальной антенной решеткой в океанических волноводах с взволнованной поверхностью. Проанализированы коэффициенты усиления антенны для трех методов пространственной обработки: стандартного метода ФАР, метода оптимальной линейной обработки и метода оптимальной квадратичной обработки. Приведены результаты численного моделирования для гидрологических условий Баренцева моря и Тихого океана в зимний период. Основное внимание уделяется зависимости коэффициента усиления антенны от расстояния до источника. Проводится сравнение коэффициентов усиления антенны, рассчитанных с использованием модели ветрового шума и традиционной модели шума, некоррелированного на ее элементах. Ключевые слова: акустический волновод, ветровое волнение, динамический шум, многократное рассеяние, антенна, корреляционная матрица, алгоритм обработки DOI: 10.31857/S032079192210001X, EDN: DADWRS

Асфандияров Ш.А., Росницкий П.Б., Цысарь С.А., Юлдашев П.В., Хохлова В.А., Синицын В.Е., Мершина Е.А., Сапожников О.А. «Оценка толщинного профиля фантома черепа человека ультразвуковыми методами с использованием двумерной антенной решетки» с. 84-91

Представлены результаты оценки толщинного профиля фантома черепа с помощью ультразвуковой двумерной антенной решетки, состоящей из пьезоэлектрических элементов с центральной частотой излучения 2.1 МГц. В эксперименте использовались два ультразвуковых метода: поэлементное сканирование в А-режиме и визуализация методом формирования луча с задержкой и суммированием при фокусированном характере зондирующего пучка. Проведено сравнение толщинных профилей, полученных ультразвуковыми методами с эталонным методом рентгеновской компьютерной томографии. Показано, что ультразвуковая визуализация методом формирования луча с задержкой и суммированием при фокусированном характере зондирующего пучка позволяет принципиально оценить толщинный профиль фантома черепа. Ключевые слова: ультразвуковая диагностика, неоднородные среды, двумерная антенная решетка, череп, головной мозг, метод формирования луча с задержкой и суммированием

Егошина В.Д., Гонгальский М.Б., Цурикова У.А., Свиридов А.П., Осминкина Л.А., Андреев В.Г. «Кавитационная активность водных суспензий пористых кремниевых наночастиц с различной степенью гидрофобности поверхности» с. 92-100

Исследована зависимость порогов акустической кавитации в водных суспензиях наночастиц пористого кремния (пКНЧ) от степени гидрофобности их поверхности. Наночастицы со средним размером 100 нм изготавливались механическим измельчением пленок пористого кремния (ПК) в этаноле. Согласно данным ИК-спектроскопии, такие пКНЧ исходно характеризуются гидрофильной поверхностью. Для получения амфифильных (гидрофобно-гидрофильных) наночастиц, пленки ПК перед измельчением гидрофобизировались путем модификации поверхности октадецилсиланом. При измельчении в этаноле гидрофобных пленок ПК до наночастиц, происходит разрыв кремний–кремниевых связей с последующим их окислением, за счет чего поверхность частично гидрофилизируется. Показано, что порог акустической кавитации в суспензиях амфифильных пКНЧ существенно снижается по сравнению с гидрофильными КНЧ. Величина порога акустической кавитации в суспензии амфифильных наночастиц с концентрацией 1 мг/мл оставалась практически постоянной в течение 5 дней. Полученные результаты важны для разработки методов сонодинамической терапии раковых заболеваний с использованием пКНЧ. Ключевые слова: акустическая кавитация, пористые кремниевые наночастицы, пористый кремний, ультразвук, гидрофобность DOI: 10.31857/S032079192260038X, EDN: DAPXSE

Рябов В.А. «Роль асимметрии левого и правого наружного уха дельфина афалина (Tursiops truncatus) в пространственной локализации звука» с. 101-114

Принято считать, что Odontoceti утратили наружные уши (ушные раковины) в процессе адаптации к водной среде обитания. Однако их слух локализует звук с точностью до 1° во фронтальной и медианной плоскостях и имеет направленность. Эти факты указывают на наличие у них морфологических структур, функционально выполняющих роль приспособленных к водной среде эволюционно новых наружных ушей. Имеющиеся к настоящему времени данные позволяют полагать, что эту роль играет левый и правый ряд подбородочных каналов (ПК) и морфологические структуры рострума и черепа дельфина. В настоящей работе впервые для Odontoceti измерены пути пробега звука по ПК и мандибулярным каналам нижней челюсти дельфина афалина (Tursiops truncatus), рассчитаны относительные временные задержки звука между ПК и степень их акустического экранирования рострумом и черепом, в зависимости от локализации звука в пространстве. Установлено, что левое и правое наружное ухо формируют уникальные временные и спектральные признаки пространственной локализации звука, с максимальной точностью, реализованной рострально. Механизмы локализации основаны на асимметрии, включающей в себя рострально-каудальную и лево-правую взаимно-комплементарную асимметрию архитектуры ПК, дорсально-вентральную асимметрию размеров рострума, а также рострально-вентральную асимметрию положения левого и правого ряда ПК на роструме и рострально-каудальную асимметрию размеров рострума и черепа. Таким образом, наружные уши дельфина интегрированы в обтекаемую форму рострума и головы дельфина, в отличие от ограниченных ушными раковинами наружных ушей сухопутных животных и человека, что уменьшает сопротивление его движению со стороны воды и, главное, не ухудшает отношение уровней сигнал/шум обтекания в его слухе с ростом скорости движения. Исходя из подобия морфологии Odontoceti, естественно предположить, что их ПК и морфологические структуры рострума и черепа играют роль наружных ушей и формируют признаки пространственной локализации звуков. Ключевые слова: дельфин (Tursiops truncatus), наружные уши, асимметрия, подбородочные каналы, мандибулярный канал, рострум, череп, локализация звука, сигнал/шум DOI: 10.31857/S0320791922060119, EDN: CZBZZT

«Юрий Васильевич Петухов (К 70-летию со дня рождения)» с. 115-116

Sadeghi M.M. «Close Solution to Acoustic Illusion in Layered Media» pp. 1-6

A close solution to acoustic illusion, caused by layered acoustical concentrator, has been investigated in-depth theoretical analysis using acoustic wave scattering theory. Based on this theory, a precise expansion for the scattered pressure field in each layer has been calculated, which by comparing this expansion with scattered field expansion of a bare cylinder, the illusion perception has been illustrated clearly. To show more clear illusion perception, an angular scattering cross section has been provided for bare and layered media. The size and constitute parameters of bare and layered media have been calculated using both transformation acoustics theory and effective medium theory. It is noteworthy that the concentration effect of layered concentrator has been introduced before, but no close solution to illusion perception has ever been provided. https://doi.org/10.1134/S1063771022600267

Yellaiah J. «Characteristics of Nanosecond Laser-Induced Underwater Acoustic Signals Across the Water–Air Interface» pp. 7-19

The temporal and spectral characteristics of nanosecond laser-induced underwater acoustic shockwave for varying input laser energies are obtained. The underwater acoustic shockwave results in reflection and transmission at the water-air interface due to enormous acoustic impedance mismatching between the water and air. With increasing input laser energies, the peak-to-peak overpressures of the reflected and transmitted signals increase linearly. The relationship between the reflected and transmitted acoustic energy coefficients across the water-air interface and the incident laser energy is studied. The advantage of power spectral density in classifying reflected and transmitted signals is based on their peak frequency and full width at half maximum (FWHM). With increasing incident laser energy, the FWHM decreases, and the area under the curve increases for reflected and transmitted signals. In addition to the experimental investigation, finite element analysis (FEA) was used to visualize underwater acoustic signal reflection and transmission at the interface. Experimental data is used as input for FEA in visualizing the acoustic signal in the spatio-temporal domain at the water-air interface. These studies could also be useful for understanding the blast wave evolution of underwater explosions and their interactions at the interfaces. https://doi.org/10.1134/S1063771022600437

Amara S., Kanouni F. «Investigation of Frequency Response of Yttrium Doped AIN-Based Saw Devices» pp. 48-52

The main task of this work is the modeling of the frequency response of surface acoustic wave delay line based on Al₁_–^xY_xN thin films for different Yttrium concentrations. Firstly, the acousto-mechanical properties were investigated using density-functional approximation. It was found that the high piezoelectric response was predicted from high Yttrium concentrations. Secondly, frequency response of IDT/AlYN/Si is obtained by mean of four modeling methods: Impulse Response model, Transmission Matrix model, the Modified Matrix model and the combination P-matrix model. The results shown that the P-matrix model combined with the coupling-of-modes approach is in good agreement with experimental results compared to other models. It is found that high Yttrium concentration provide lower insertion loss. Moreover, the resonant frequency also shifted slightly to the lower frequencies with increasing Yttrium concentration. https://doi.org/10.1134/S1063771021100626

Guessoum A. «Laser beam Steering According to Linear Trajectories Using an Acousto-Optic Cell» pp. 53-57

When two frequency modulated acoustic waves propagate perpendicularly in an optically transparent medium, a two-dimensional periodic modulation of the refractive index is produced. This leads to split and steer the laser beam according to three axes (X,Y,η). Adding a phase of π to one of these two acoustic waves permits to change the η oscillation axis with an angle of π/2. Furthermore, the slope of this axis increases proportionally as a function of the ratio of two frequency excursions, which makes it possible to create an infinite number of linear trajectories. This technique is very flexible and should be useful for laser beam steering. https://doi.org/10.1134/S1063771022600565

Lebedev A.V. «Slow Time Phenomena in Heterogeneous Materials: from Microscopic Fluctuations to Macroscopic Relaxation» pp. 58-73

Slow time relaxation of elastic moduli with typically logarithmic time dependence is observed in many media interesting for materials science. This phenomenon is related to internal structure and is, hence, important for the development of present-day materials. Here, we provide a general explanation showing a close link between slow time phenomena and fluctuations on the microscopic and mesoscopic scales. We look for the origin of slow time phenomena in random walk or diffusion processes on microscopic scales. Some bonds occurring in the metastable state make a transition through the energy barriers due to small fluctuations slightly perturbing the statistical equilibrium. If the number of the excited bonds is small compared to the total number of bonds in a heterogeneous material, the process of the transition as a whole can be considered as mesoscopic fluctuations. Averaging over all transient bonds or states is revealed in the observed macroscopic relaxation of elastic moduli, velocities, and others. The functional dependence on time in the relaxation process has been shown to be controlled by the profile of energy barriers. The results obtained point to their possible applications in materials science. https://doi.org/10.1134/S1063771022700543