声透镜

[拼音]：shengtoujing

[外文]：acoustical lens

图

会聚或发散声波的声学元件。声波通过声速不同的媒质的界面时发生折射而改变传播方向，这就可能使声波会聚或发散，会聚作用称为声聚焦。声透镜材料（如固体）中的声速一般都比周围媒质（如液体）中的声速大，因此会聚声波的声透镜是凹透镜而不是凸透镜。对于小孔径的球面声透镜其焦距f＝r(1-1/n)-1，其中r是凹球面的曲率半径，n是折射率，n＝с1/с2，с1是透镜材料中的声速，с2是媒质中的声速。光透镜的折射率约为1.5，声透镜的折射率则大得多，因此容易制成短焦距的声透镜。对于单凹球面声透镜的球面像差几乎可忽略不计。声透镜材料的选择大致可以从三方面考虑，首先是声速高于周围媒质的声速，这样焦距短，以减小像差和传播损失；二是声阻抗率与周围媒质匹配，以减小反射损失；三是声衰减小，以减小插入损失。常用的声透镜材料及其特性如下表所示。

声透镜不仅在功率超声领域内得到广泛应用，也常用于超声检测(见超声学)和超声显微镜。对于吉赫（109Hz)频段的超声，声透镜的曲率半径一般小于100μm，目前最小的为40μm。声透镜的理论研究也与光透镜类似，用传递函数进行最佳设计。在结构上，为减小界面反射损失，可采用1/4波长厚的防反射敷层。目前的声透镜已用于会聚4.2GHz的超声波以制作超声显微镜。

发散声波的声透镜常用在可听声频段，它是一组似百叶窗形的弯曲薄板，装在扬声器的口上，使扬声器边缘辐射的声波绕道传播，此时扬声器的辐射接近球面波辐射，从而展宽了扬声器的高频指向性。

参考书目
  1. W. P. Mason， R. N. Thurston， ed.， Physical Acoustics，Vol. 14， Academic Press， New York，1979.
  2. T.F.Hueter and R.H.Bolt，Sonics， John Wiley & Sons，New York，1955.