Využití intenzivních zvukových polí

Využití intenzivních zvukových polí Dr. Ing. Michal Bednařík ČVUT-FEL, Technická 2, 166 27 Praha 6 e-mail: [email protected]

Ing. Milan Červenka, Ph.D. ČVUT-FEL, Technická 2, 166 27 Praha 6 e-mail: [email protected]

Úvod V současné době můžeme být svědky zvýšeného zájmu o intenzivní zvuková pole. Tento zájem je podmíněn novými možnostmi využití nelineárních jevů, které intenzivní zvuková pole doprovází. Nelineární jevy hrají v akustice významnou roli, což je podmíněno skutečností, že disperze akustických vln není natolik významná, jak je tomu např. v optice. Popis a analýza akustických vln, jejichž amplitudy dosahují takových hodnot, že se zmiňované nelineární jevy mohou u nich projevit, jsou natolik specifické, že vznikl nový obor, jež se nazývá nelineární akustika. Nelineární akustika spadá do fyzikální akustiky, avšak díky používaným metodám při popisu a analýze, které jsou mnohdy nezávislé na fyzikální povaze vln, je možné nelineární akustiku v širším slova smyslu zařadit i do nelineární fyziky. Významným impulzem pro to, že se nelineární akustika stala rychle se rozvíjejícím odvětvím fyziky, byl rozvoj výkonné výpočetní techniky. Tato skutečnost souvisí s tím, že k popisu nelineárních akustických vln se používají nelineární parciální diferenciální rovnice, pro které z větší části neznáme přesná analytická řešení. Pak nezbývá nic jiného, než k řešení

dospět pomocí vhodné numerické metody, jejíž použití je vázáno právě na výkonnou výpočetní techniku. Vlastní aplikace využívající zvuková či ultrazvuková pole vysokých amplitud jsou většinou založeny na trvalých jevech způsobených průchodem těchto vln prostředím, využívají velkých změn tlaku spojených s nelineárními jevy, jako jsou radiační tlak, akustické proudění a kavitace, spolu s řadou sekundárních projevů, jakými jsou například generování tepla, promíchávání, mechanické rozrušování a další. Oblast využití zvukových vln vysokých amplitud je velice široká, nicméně většina aplikací se zatím nachází pouze v laboratořích ve stádiu vývoje, i když na trhu se jíž některé pomalu začínají prosazovat. Děje se tak zřejmě proto, že využití zvukových vln vysokých amplitud vyžaduje hluboké pochopení složitých nelineárních procesů spojených s jejich generací a šířením, a proto je také rozvoj této oblasti aplikované fyziky úzce vázán na rozvoj a možnosti výpočetní techniky. Typickou charakteristikou zvukových vln vysokých amplitud je schopnost způsobovat odlišné jevy v různých prostředích. Jako příklad lze uvést jejich aplikaci na kapalné suspenze za účelem rozptylování částic, či aplikaci na plynné suspenze za účelem shlukování částic. Jinou charakteristikou intenzivních zvukových polí je synergie s jinými formami energie, čehož lze využít pro podpoření, urychlení či zdokonalení různých procesů. Nejdůležitějšími nelineárními projevy spojenými se zvukovými vlnami vysokých amplitud jsou zkreslení vlny, akustická saturace, radiační tlak, akustické proudění, kavitace (v kapalinách) a formování a pohyb dislokačních smyček v pevných látkách. Při správném využití těchto jevů je pomocí zvukových vln vysokých amplitud možné například svářet plasty či kovy, obrábět, řezat a tvarovat pevné látky, čistit, shlukovat částice, odpěňovat kapaliny a zbavovat je bublin, rozprašovat je, dehydratovat pevné látky, využívat sonochemické reakce, atd. Popis nelineárních vln Při popisu, resp. modelování, zvukových polí se vychází ze základních rovnic mechaniky kontinua. Omezíme-li se dále jen na tekutiny, pak mezi tyto rovnice patří Navierova-Stokesova pohybová rovnice, rovnice kontinuity, rovnice přenosu tepla a stavová rovnice. Všechny tyto rovnice představují nelineární parciální diferenciální rovnice. Obecné analytické řešení pro tuto soustavu rovnic není známo, takže je nutné hledat její řešení numericky. Použití numerických metod není tak přímočaré, jak by se mohlo na první pohled

zdát. Většinou narážíme na problémy související se stabilitou řešení a s jejich časovou náročností. Jednou z možností, jak situaci zjednodušit, je uvážení, zda je nutné použít všechny členy daných rovnic. Na základě přibližných řešení, numerických a fyzikálních experimentů je možné dojít k závěru, že v převážné řadě případů vystačíme jen se členy druhého řádu. Díky této skutečnosti je možné zjednodušit výchozí rovnice a dospět k jedné modelové rovnici, která obsahuje členy maximálně druhého řádu. Situaci si můžeme dále zjednodušit tím, že budeme akustické pole považovat za pole potenciálové (nevírové). Tento předpoklad je oprávněný pro řadu praktických případů. Tímto způsobem nalezená modelová rovnice se nazývá Kuzněcovova. Byť Kuzněcovova rovnice obsahuje jen členy maximálně druhého řádu, není známo její analytické řešení pro fyzikálně zajímavé okrajové a počáteční podmínky. Přesto tato rovnice představuje jednu ze základních modelových rovnic nelineární akustiky. Pro analýzu chování nelineárních vln je vhodné tuto rovnici dále zjednodušit omezíme-li se na kvazirovinné vlny, pro které je možné použít parabolickou (kvazioptickou, paraxiální) aproximaci a dále uvážíme-li, že změny v profilu vlnu se dějí velmi pomalu, pak tato rovnice přejde v tzv. Chochlovovu-Zabolotské-Kuzněcovovu (ChZK) rovnici. Tato rovnice zahrnuje jak nelineární jevy, tak i jevy difrakční a disipační. Disipační jevy souvisí s uvažovanou tepelnou vodivostí tekutiny a s její viskozitou. ChZK rovnice slouží k popisu nelineárních zvukových svazků. Je jí možné doplnit o členy, které berou v úvahu i disperzní jevy, se kterými se setkáváme např. při šíření zvukových vln ve vodě obsahující plynové bublinky nebo když se zvuková vlna šíří vlnovodem, který způsobuje disperzi díky pružnosti jeho stěn. Dále při šíření vln zvukovodem je možné volbou okrajových podmínek zahrnout do uvažovaných dějů laterální disperzi či vliv mezní vrstvy. Předpokládejme, že jako modelovou rovnici použijeme modifikovanou (doplněnu o disperzní člen) ChZK rovnici. V úvahu tedy bereme jak jevy nelineární, tak jevy difrakční, disipační a disperzní. Zda jsou některé z vyjmenovaných jevů dominantní či mají-li stejnou váhu můžeme posoudit pomocí tzv. charakteristických délek těchto jevů. Charakteristickou délkou rozumíme vzdálenost, na které se odpovídající jev může významně projevit. Takže přicházejí v úvahu následující charakteristické délky: Charakteristická délka nelineárních jevů xNL Charakteristická délka disipativních jevů xDS Charakteristická délka difrakčních jevů xDF Charakteristická délka disperzních jevů xDP

V případě, že xNL : xDS = xDF : xDP , potom zmiňovaná modifikovaná ChZK rovnice přejde v rovnici Burgersovu, která sehrála významnou roli při pochopení nelineárních akustických interakcí u zvukových vln. Tato rovnice má v nelineární akustice následující tvar

∂v β ∂v b ∂ 2v − 2v = , ∂x c0 ∂τ 2 ρ0c02 ∂τ 2

(1)

τ = t − x / c0 je retardovaný čas (touto souřadnicí se zajistí takový referenční rámec, že pozorovatel uvažované vlny se pohybuje spolu s ní rychlostí c0 ), t je čas, x je prostorová souřadnice, β je parametr nelinearity (jeho hodnota vychází z toho, že ve stavové rovnici mezi tlakem a hustotou existuje nelineární vztah a dále odráží vliv konvekce v NavierověStokesově pohybové rovnici), c0 je rychlost šíření v lineárním přiblížení, b je koeficient difúze (odráží vliv viskozity tekutiny a její tepelné vodivosti), ρ0 je hustota tekutiny nenarušená akustickou vlnou a v je akustická rychlost, tj. rychlost jakou se pohybují částice tekutiny kolem jejich rovnovážných poloh. V tekutinách uvažujeme, že směr této rychlosti se shoduje se směrem šíření vlny, tj. jedná se o vlnění podélné (longitudinální). Burgersova V [ −]

v

[ m/s]

v ( 0, t ) = vmsin (ωt )

c0 + v c0

c0 − v rovnice (1) popisuje nelineární rovinné vlny, které se šíří v kladném směru osy x . Během šíření této vlny dochází k jejímu postupnému zkreslení, což je dáno skutečností, že jednotlivé body profilu vlny se šíří rozdílnou rychlostí, která je dána součtem rychlosti šíření v lineárním přiblížení a akustické rychlosti, tedy c0 ± v . Toto skutečnost je zachycena na výše uvedeném obrázku. V pravé části tohoto obrázku jsou zachyceny průběhy pro jednotlivé vzdálenosti od budicího zdroje. Takovéto zkreslení profilu vlny má za následek přesun akustické energie z nižších kmitočtových složek spektra ke složkám vyšším. Tento jev souvisí s tzv. nelineárním útlumem. Totiž disipace akustické energie je v běžných tekutinách a při běžných frekvencích úměrná kvadrátu kmitočtu. Jak již bylo uvedeno, při zkreslování vlny dochází k přesunu

energie od nižších kmitočtových složek, kde je akustická energie disipována relativně pomalu, ke složkám vyšším, u kterých dochází k nárůstu disipace s kvadrátem kmitočtu. To má za následek, že se významně urychlí útlum nelineární zvukové vlny oproti případu, kdy je amplituda natolik malá, že ji můžeme považovat za lineární a nezkresluje se. Zmiňovaný nelineární útlum s sebou přináší saturační jev, kdy zvyšováním výkonu zdroje akustických vln již nedochází ke zvyšování amplitudy příslušné vlny. Takže pro dané prostředí a kmitočet existují jakési mezní hodnoty amplitud, které není možné překročit. Tato skutečnost významně omezila praktické využití nelineárních vln. Vlastní generování vyšších harmonických složek je možné popsat na základě třívlnných interakcí. Jednotlivé harmonické se generují postupně, mluvíme o kaskádním procesu. Máme-li harmonický zdroj na kmitočtu ω , potom interakcí první harmonické sama se sebou dostaneme harmonickou druhou 2ω = ω + ω . Třetí harmonická vznikne interakcí první a druhé, tj.

3ω = 2ω + ω . Vznik čtvrté harmonické je důsledek interakce druhé

harmonické se sama sebou 4ω = 2ω + 2ω a interakce první harmonické s třetí harmonickou 4ω = 3ω + ω . Takhle bychom mohli pokračovat k vyšším harmonickým. Z naznačeného

způsobu generování vyšších harmonických je patrné, že se kaskádní procesy přeruší dojde-li k potlačení vzniku druhé harmonické či je-li její amplituda natolik malá, že vliv disipace a disperze zamezí dalším interakcím. V případě akustických rezonátorů s vysokým činitelem jakosti dosahují stojaté vlny takových amplitud, že se u nich projeví nelineární útlum, který zpětně sníží jakost daného rezonátoru. Jednou z možností, jak potlačit saturační jev, je použití metody rezonanční makrosonické syntézy. Tato metoda je založena na tom, že použité (osově symetrické) akustické rezonátory mají proměnný průřez. Takovéto rezonátory se vyznačují tím, že jejich vlastní frekvence nejsou celistvými násobky vlastní frekvence základní. Vybudíme-li v takovémto rezonátoru stojatou vlnu na základní vlastní frekvenci, pak vyšší harmonické složky, které vzniknou zkreslením stojaté vlny, budou celistvými násobky základní vlastní frekvence. Díky této skutečnosti nebudou vyšší harmonické složky v koincidenci s vyššími vlastními kmitočty rezonátoru, tedy budou se nacházet mimo rezonanci. To má za následek, že vyšší harmonické složky budou dosahovat malých amplitud a tudíž výsledná stojatá vlna nebude příliš zkreslená a saturační hodnoty se výrazně posunou k hodnotám vyšším. Bude-li druhá harmonická výrazně mimo rezonanci, pak se kaskádní procesy úplně přeruší, rezonátor se stane výrazně jakostním a bude možné v něm vybudit stojaté vlny o extrémně vysokých amplitudách. Tímto dojde k potlačení saturačního jevu. Další možnosti jak zajistit vysoké

amplitudy u stojatých vln spočívají na potlačování druhých harmonických (selektivní útlum či disperze na odpovídajícím kmitočtu) nebo na metodě parametrického buzení. Podívejme se nyní podrobněji na některé aplikace využívající zvukových polí vysokých amplitud. Čistění předmětů Ultrazvukové čistění je zřejmě jednou z nejznámějších a nejrozšířenějších makrosonických aplikací. Zvukové vlny zde vyvolávají erozivní účinky (na nečistoty) zejména prostřednictvím kavitace. Kavitace je proces náhlého tvoření bublin vzduchu a páry způsobený průchodem zvukové vlny při poklesu tlaku pod tlak syté páry. Při rázovém kolapsu bublin vznikají síly, které mohou způsobit i mechanické poškození objektů umístěných v kapalině. Odstraňování jemných částic z průmyslových emisí Zvukové vlny vysokých amplitud uvádějí mikroskopické částice do pohybu a nutí je vzájemně interagovat. Dynamické modely ukazují, že mezi pohybujícími se částicemi se objevují přitažlivé síly a částice se tak vzájemně shlukují do větších celků, které je pak možné účinněji odstraňovat. Dehydratace Působení zvukových vln vysokých amplitud může být využito ke zvýšení účinnosti konvenčních postupů dehydratace pevných látek. Při tomto procesu je narozdíl od sušení voda ze vzorku odstraňována beze změny skupenství. Koncentrované suspenze jsou nejprve zbavovány nevázané vody filtrací, přičemž jisté množství vlhkosti zůstává vázáno v pórech a mezerách mezi jednotlivými částicemi. Drobné kapičky mohou být z pórů odstraňovány působením zvukových vln, jestliže tlak přesahuje hodnoty povrchového napětí, díky urychlené difúzi rovněž dochází ke zvětšování bublin plynu, které pak vodu z pórů vytlačují. V neposlední řadě se při separaci chemicky a koloidálně vázané vody z pevných látek uplatňuje kavitace.

Odpěňování Pěna se vytváří při řadě technologických procesů a její přítomnost často může mít pro tyto procesy i velice nežádoucí důsledky. Použití intenzivních zvukových vln vysokých amplitud pro odpěňování má ohromný aplikační potenciál v takových odvětvích jako je potravinářství či farmaceutický průmysl, kde není možné využívat metody chemické. Akustické mixéry Intenzivních zvukových vln lze rovněž použít k míšení různých látek. Akustické mixéry neobsahují rotující součásti vyžadující mazání, v mísící komoře nejsou přítomny žádné ostré pohybující se břity, takže látka není poškozována a během promíchávání nedochází k mnohdy nežádoucímu zahřívání látky. Mísící nádoba může být hermeticky uzavřena, takže nehrozí kontaminace jak obsahu tak okolí, díky jednoduché konstrukci je rovněž zajištěno snadné čistění a údržba. Akustické kompresory Akustický kompresor se skládá z rezonanční dutiny vhodného tvaru a ústrojí pro transport plynu. Uvnitř rezonanční dutiny se pomocí vibračního stolku (lineárního motoru) vybudí stojatá zvuková vlna dostatečně vysoké amplitudy. V okamžiku kdy se v užší části rezonanční dutiny sníží tlak (první půlperioda cyklu), ventil vstupní komory se otevře a plyn je nasáván do rezonanční dutiny. Tato situace je naznačena na obrázku vlevo. Oblast nižšího tlaku je vyznačena modře, oblast vyššího tlaku červeně.

Během druhé půlperiody dochází v užší části rezonanční dutiny ke zvyšování tlaku (obrázek vpravo), otevírá se výstupní ventil a plyn je transportován ven z rezonanční dutiny. Rezonanční dutina je tvarována s ohledem na potlačení nelineárních jevů způsobujících

nežádoucí zvýšenou disipaci akustické energie. Transportní mechanizmus je umístěn v užší části rezonanční dutiny, neboť zde je dosahováno největšího poměru maximálního a minimálního tlaku. Ventily jsou zde realizovány kovovými membránami, pracovní kmitočet je obvykle v rozsahu 100-500 Hz. Kompresory pracující na tomto principu neobsahují žádné rotující součásti, kluzná těsnění a nevyžadují žádné mazání. Akustické kompresory mohou dokonce pracovat i bez ventilů. Díky nelineárním procesům dochází podél rezonanční dutiny ke změně statického tlaku, který u užšího konce dosahuje vyšších hodnot než u konce širšího. Budou-li čelní stěny opatřeny otvory, rezonanční dutinou začne proudit pracovní médium (např. vzduch). Audioreflektor Jedná se o zařízení, které vysílá extrémně úzký a intenzivní zvukový svazek (nosná), který je modulován audiosignálem. K demodulaci se využívá nelineárních interakcí, které souvisí s nelinearitou vzduchu, jež se projeví při tak vysokých amplitudách akustického tlaku. Po demodulaci zůstává zachována směrovost u audiosignálu a nosný signál se díky velké disipaci akustické energie na vysokých kmitočtech, zatlumí. Tímto se dosáhne jinak nerealizovatelné směrovosti pro nízké kmitočty, které spadají do slyšitelné oblasti. Na posluchače dopadají zvukové svazky a chovají se podobně jako optické paprsky, mohou se přenášet i odrazem. Pouze jimi "osvětlení" posluchači slyší přenášený zvuk. Vysoké směrovosti (při malých rozměrech měniče) je dosaženo tím, že vlna je vysílána v ultrazvukové, pro lidské ucho neslyšitelné, oblasti, takže poměr mezi vlnovou délkou a rozměrem budícího zařízení je velmi malý. Díky nelineárním interakcím se vlna postupně zkresluje, čímž vznikají i artefakty (rozdílové složky) ve slyšitelné oblasti spektra. Aby takto generovaný zvuk byl srozumitelný, je třeba dobře znát nelineární přenosové vlastnosti prostředí a vysílaný signál pomocí signálového procesoru pracujícího v reálném čase správným způsobem "předzkreslit" a modulovat.

Typický měnič audioreflektoru má aktivní plochu o průměru cca 30 cm a vytváří zhruba 3 stupně široký zvukový svazek slyšitelný až do vzdálenosti 100 metrů. Zkreslení slyšitelného zvuku dosahuje hodnot poskytovaných běžnými reproduktory. Paprsek může být vysílán

přímo na posluchače a vytvářet tak privátní zónu poslechu, nebo je projektován na vzdálený objekt, který se pak posluchači jeví jako zdroj zvuku. O využití audioreflektoru se uvažuje nejen v armádě (klamání nepřítele), ale i pro nerušený poslech hudby, nebo v supermarketech, kde by zákazníci při prohlídce konkrétního zboží obdrželi potřebné informace, aniž by byli rušeni zákazníci u jiných regálů, dále se o využití jedná v divadle, jako možnost poskytnutí nápovědy či v dopravních prostředcích. Termoakustické stroje a chladicí zařízení Termoakustické stroje fungují tak, že převádějí teplo ze zdroje na mechanickou energii zvukových vln, zatímco u termoakustických chladicích zařízení dochází k procesu opačnému - pomocí zvukových vln je přenášeno teplo z chladnějšího zdroje do teplejšího rezervoáru. Výhodou těchto zařízení je jednoduchost (nemusí obsahovat žádné pohyblivé součásti), univerzálnost - termoakustický stroj lze s minimálními úpravami provozovat jako chladicí zařízení a naopak, a v neposlední řadě jsou tato zařízení šetrná k životnímu prostředí, protože nepoužívají jako pracovní médium žádné nebezpečné látky, jak tomu často bývá u konvenčních chladicích systémů. To, že šíření zvukových vln je doprovázeno změnami teploty, je známo od roku 1816, kdy Laplace opravil Newtonův vztah pro rychlost šíření zvuku odvozený za předpokladu izotermických procesů a dostal tak o 18 % větší hodnotu. S jevy spojujícími tepelné a akustické procesy se v praxi setkávali rovněž skláři, kteří již v 19. století pozorovali, že sklářská píšťala po zahřátí na jednom konci se někdy sama od sebe rozezní. Vznik zvukových oscilací za předpokladu, že plynu je dodáváno teplo v okamžiku maximální kontrakce a odebráno během maximální expanze, první kvalitativně popsal lord Rayleigh v roce 1878. Popišme si nyní jednu z variant termoakustického zařízení - zařízení se stojatou vlnou. Takové zařízení se skládá, viz obrázek, z akustického rezonátoru, kde dochází k akumulaci zvukové energie a ze "stacku" - výměníku, kde dochází k vlastní termoakustické interakci. Výměník je tvořen pevným materiálem opatřeným tenkými kanálky (typický průměr desetiny milimetru), kudy prochází zvuková vlna. Výměník je na jedné straně udržován na vyšší teplotě než na straně druhé, takže se podél něj ustaví teplotní gradient. Termoakustické chladicí žařízení funguje takto (obrázek uprostřed): Uvnitř rezonátoru se vybudí stojatá zvuková vlna (například reproduktorem). Akustická částice se během první půlperiody (zvyšování akustického tlaku a teploty) pohybuje kanálkem výměníku ve směru teplotního gradientu (zde doleva), přičemž dosáhne vyšší teploty, než je teplota výměníku.

Díky tepelnému kontaktu mu předá část tepla. Během druhé půlperiody se pohybuje doleva, tlak a teplota se sníží natolik, že část tepla z výměníku přejde do akustické částice. Tím dochází k transportu tepla ve směru teplotního gradientu, levá část výměníku se zahřívá a pravá se ochlazuje. Je zřejmé, že čím bude mít zvuková vlna větší amplitudu (akustický tlak), tím větší budou příslušné teplotní změny (což vyplývá ze stavové rovnice) a tím i účinnost celého zařízení. Opačně funguje termoakustický stroj (obrázek dole): Akustická částice se pohybuje směrem doprava, přitom narůstá tlak a teplota. V maximu má však teplotu nižší než výměník, ten jí dodá další teplo, díky čemuž dále narůstá teplota a tlak. Při pohybu doleva tlak a teplota klesá, v minimu je ještě část tepla odebrána výměníkem, takže tlak a teplota ještě klesne. Je zřejmé, že se jedná o proces nestabilní - i nepatrná fluktuace bude zesilo-vána tak dlouho, dokud se tepelné toky nevyrovnají. V rezonátoru se tak ustaví stojatá zvuková vlna, která bude mít tím větší amplitudu, čím větší bude teplotní gradient výměníku. Výměník může být u termoakustického stroje

zahříván

elektricky,

geotermálně,

slunečním zářením, hořením paliva, nebo jinými způsoby. Zvuková vlna v případě zařízení chladicího může být generována elektromecha-nickým měničem (reproduktorem), ale i jiným termoakustickým strojem. Termoakustická zařízení jsou zajímavá zejména díky své vnitřní jednoduchosti a tím pádem i spolehlivosti. V současnosti probíhá intenzivní výzkum v oblasti zvyšování jejich účinnosti. Prototyp termoakustického chladicího zařízení poháněného elektromechanickým měničem byl instalován například na palubě raketoplánu Discovery, fungoval s účinností 17% oproti maximální možné. Dalším příkladem využití termoakustiky je zkapalňování zemního plynu. V Denveru byl postaven prototyp s kapacitou zkapalňování 500 galonů za den. Jedná se o půlvlnný rezonátor, zvuková vlna o kmitočtu 40 Hz je ve stlačeném héliu buzena termoakusticky hořením zemního plynu, akustický výkon vlny dosahuje 30 kW. Zvuková vlna pohání tři v sérii zapojená termoakustická chladicí zařízení, jejichž celkový chladicí výkon je 7 kW.

Účinnost zařízení je taková, že 35 % zemního plynu je spáleno a zbylých 65 % je zkapalněno. V současnosti je vyvíjen systém s kapacitou 10 000 galonů za den, který by měl zkapalňovat 80 % zemního plynu oproti 20 % plynu spáleného a očekává se, že by při zdokonalení mohlo být dosaženo hodnoty až 90 % / 10 %. Akustický "laser" Akustický "laser" je velice jednoduchý demonstrativní termoakustický stroj se stojatou zvukovou vlnou, který si může vyrobit téměř každý. Jakožto (čtvrtvlnný) rezonátor zde slouží zkumavka, nebo nějaká polouzavřená trubice, tepelný výměník je tvořen keramikou s podélnými kanálky, která se používá například při výrobě automobilových katalyzátorů. Výměník je na jedné straně (u uzavřeného konce) elektricky ohříván topným drátem, chlazení je na straně druhé zajištěno prouděním vzduchu u otevřeného konce. Po připojení topného drátu k baterii začne zařízení po chvíli vydávat hlasitý tón s vlnovou délkou odpovídající zhruba čtyřnásobku délky trubice. Co má toto zařízení společného s laserem? Stejně jako v případě laseru obsahuje rezonátor, "čerpání" je zde zajištěno tepelným výměníkem a stejně jako v případě laseru

produkuje

monofrekvenční

koherentní vlnu. Ale narozdíl od laseru se jedná o vlnu zvukovou.

Závěr Výčet výše uvedených aplikací není úplný. S využitím nelineárních akustických interakcí se můžeme dále setkat např. u sonarů, výrobě hudebních nástrojů, v medicíně (lithotripsie, nelineární akustická tomografie), časově reverzní akustice, vojenství (vytváření plynových kapes u podmořských torpéd a ponorek), v nelineární ultrazvukové spektroskopii atd. Nelineární akustika se v posledních letech dostala do popředí zájmu i v souvislosti s leteckou nadzvukovou dopravou, kdy je nutné modelovat vliv sonických třesků na životní prostředí. Zajímavý a rychle se rozvíjející

výzkum je možné zaznamenat při sledování

nelineárních vln v plazmatu či při nelineárních akusto-optických interakcích.

S ohledem na výše uvedené skutečnosti je možné konstatovat, že nelineární akustika představuje velmi perspektivní obor, ať už z hlediska praktického využití, tak z hlediska teoretického.