↑ Return to Výzkum

Nelineární akustika

Kontakt: doc. Dr. Ing. Michal Bednařík

nelinak-1-300x283Nelineární akustika je fyzikální obor zabývající se studiem vlastností a využitím zvukových polí, jejichž amplituda je natolik vysoká, že k jejich popisu již není možné využít metod a postupů běžně známých z akustiky lineární. S vysokými amplitudami zvukových polí souvisí řada nelineárních jevů, které mají na jednu stranu vysoký aplikační potenciál (radiační tlak, akustická prodění, kavitace, generování tepla), zatímco na straně druhé zabraňují účinnému zvyšování amplitudy těchto zvukových polí.

S využitím intenzivních zvukových polí je možné konstruovat principielně zcela nová zařízení, jakými jsou například akustické kompresory a čerpadla, termoakustické stroje a chladicí zařízení a další. Všechny tyto aplikace mají oproti konvenčním řešením mnoho výhod, mezi které patří vnitřní jednoduchost, spolehlivost a š etrnost k životnímu prostředí. Nelineární interakce ve zvukových polích lze rovněž využívat k diagnostickým účelům (zobrazovací metody v medicíně, nelineární ultrazvuková defektoskopie).

Aby bylo možné generovat a využívat takováto zvuková pole, je nutné dobře rozumět nelineárním mechanizmům, které je provázejí. Za tímto účelem je třeba hledat vhodné modelové rovnice (zde již nelze použít lineární vlnovou rovnici) a jejich řešení. Vzhledem k faktu, že tyto modely jsou reprezentovány nelineárními parciálními diferenciálními rovnicemi, pro která většinou nejsou známa obecně platná přesná analytická řešení, je třeba k jejich studiu používat přibližné analytické metody a metody numerické.

Skupina zabývající se nelineární akustikou na katedře fyziky se soustřeďuje v rámci vědeckého výzkumu na tyto oblasti:

  • Modelové rovnice nelineární akustiky
  • Přibližná analytická řešení modelových rovnic nelineární akustiky
  • Kvalitativní analýza nelineárních vlnových procesů v různých prostředích
  • Numerické metody řešení modelových rovnic nelineární akustiky
  • Numerické modelování vícerozměrných zvukových polí za použití metod „high performance computing
  • Metody potlačování nelineárních jevů v akustických rezonátorech
  • Parametrické akustické vysílače

Výzkum skupiny zabývající se nelineární akustikou v minulosti byl a je financován z grantových prostředků (IG ČVUT, GA ČR).

Vybrané publikace

  1. Červenka, M. – Bednařík, M.: Variety of acoustic streaming in 2D resonant channels. Wave Motion. 2016, vol. 66, p. 21-30. ISSN 0165-2125.
  2. Bednařík, M. – Červenka, M. – Lotton, P. – Penelet, G.: Behavior of plane waves propagating through a temperature-inhomogeneous region. Journal of Sound and Vibration. 2016, vol. 362, p. 292-304. ISSN 0022-460X.
  3. Červenka, M. – Bednařík, M.: Calculation of an axial temperature distribution using the reflection coefficient of an acoustic wave. The Journal of the Acoustical Society of America. 2015, vol. 138, no. 4, p. EL359-EL364. ISSN 0001-4966.
  4. Červenka, M. – Bednařík, M.: Acoustic particle displacement resonator. Applied Acoustics. 2015, vol. 99, p. 155-160. ISSN 0003-682X.
  5. Bednařík, M. – Červenka, M.: Finite amplitude standing waves in resonators terminated by a general impedance. The Journal of the Acoustical Society of America. 2015, vol. 137, no. 3, p. 1257-1264. ISSN 0001-4966.
  6. Červenka, M. – Bednařík, M.: On the structure of multi-Gaussian beam expansion coefficients. ACTA ACUSTICA UNITED WITH ACUSTICA . 2015, vol. 101, no. 1, p. 15-23. ISSN 1610-1928.
  7. >Červenka, M. – Šoltés, M. – Bednařík, M.: Optimal shaping of acoustic resonators for the generation of high-amplitude standing waves. The Journal of the Acoustical Society of America. 2014, vol. 136, no. 3, p. 1003-1012. ISSN 0001-4966.
  8. Bálek, R. – Červenka, M. – Pekárek, S.: Acoustic field effects on a negative corona discharge. Plasma Sources Science and Technology. 2014, vol. 23, no. 3, p. 1-9. ISSN 0963-0252.
  9. Bednařík, M. – Červenka, M.: Equations for description of nonlinear standing waves in constant-cross-sectioned resonators. JOURNAL OF THE ACOUSTICAL SOCIETY OF AMERICA. 2014, vol. 135, no. 3, p. EL134-EL139. ISSN 0001-4966.
  10. Červenka, M., Bednařík, M.: Non-paraxial model for a parametric acoustic array. JOURNAL OF THE ACOUSTICAL SOCIETY OF AMERICA. 2013, vol. 134, no. 2, p. 933-938. ISSN 0001-4966.
  11. Červenka, M., Bednařík, M.: On the Optimization of an Acoustic Resonator Shape with Respect to Acoustic Pressure Amplitude. ACTA ACUSTICA UNITED WITH ACUSTICA . 2013, vol. 99, no. 2, p. 183-192. ISSN 1610-1928.
  12. Kindl, J., Kalinová, B., Červenka, M., Jílek, M., Valterová, I.: Male moth songs tempt females to accept mating: The role of acoustic and pheromonal communication in the reproductive behaviour of Aphomia sociella. PLoS ONE [online]. 2011, vol. 6, no. 10, ISSN 1932-6203.
  13. Wohl, P., Bednařík, M., Wohl, P., Červenka, M., Špičák, J.: Comparison of various strategies for colorectal cancer screening tests. European Journal of Gastroenterology & Hepatology. 2011, vol. 23, no. 12, p. 1157-1164. ISSN 0954-691X.
  14. Bednařík, M., Červenka, M.: Propagation of nonlinear acoustic plane waves in an elastic gas-filled tube. JOURNAL OF THE ACOUSTICAL SOCIETY OF AMERICA. 2009, vol. 126, no. 4, p. 1681-1689. ISSN 0001-4966.
  15. Bálek, R., Pekárek, S., Červenka, M.: Ultrasonic Field Effects on Corona Discharge in Air. IEEE Transactions on Plasma Science. 2008, vol. 36, no. 4, p. 920-921. ISSN 0093-3813.
  16. Bednařík, M., Červenka, M.: Nonlinear interactions in elastic resonators. Ultrasonics. 2006, vol. 44, no. Suppl. 1, p. 783-785. ISSN 0041-624X.
  17. Červenka, M., Bednařík, M.: Nonlinear standing waves in 2-D acoustic resonators. Ultrasonics. 2006, vol. 44, no. Suppl. 1, p. 773-776. ISSN 0041-624X.
  18. Červenka, M., Bednařík, M.: Description of Finite-amplitude Standing Acoustic Waves Using Convection-diffusion Equations. Czechoslovak Journal of Physics. 2005, vol. 55, no. 6, p. 673-680. ISSN 0011-4626.
  19. Bednařík, M., Koníček, P.: Asymptotic solution of the ihomogeneous Burgers equation. The Journal of the Acoustical Society of America. 2004, vol. 75, no. 115(1), p. 91-98. ISSN 0001-4966.
  20. Bednařík, M., Koníček, P.: Description of quasi-plane nonlinear standing waves in cylindrical resonators. Czechoslovak Journal of Physics. 2004, vol. 54, no. 3, p. 349-356. ISSN 0011-4626.
  21. Koníček, P., Bednařík, M.: Approximate analytical solution of inhomogeneous Burgers equation. Czechoslovak Journal of Physics. 2004, vol. 54, no. 4, p. 413-422. ISSN 0011-4626.
  22. Bednařík, M., Koníček, P.: Propagation of quasiplane nonlinear waves in tubes and the approximate solutions of the generalized Burgers equation. The Journal of the Acoustical Society of America. 2002, vol. 112, no. 1, p. 91-98. ISSN 0001-4966.