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哈佛大学搞出声波传数据芯片,抗干扰能力更强,适用于量子计算等新兴领域

Pine 发自 凹非寺 量子位 | 公众号 QbitAI 现在,在芯片中也可以用声波传输数据了。 看到这里你可能会疑惑: 光学芯片不是还在发展中,怎么又出来个声学芯片? 其实,声学集成电路一直都在发展,声波相较于光来说速度会更慢,但这种“迟缓”的属性未尝不是一件好事—— 在设计量子电路时,为了提升探测精度,需要不断引入新材料,让载波信号在尽量短的距离内“折返”以获取数据。 如果用速度更快的光波,“折返”一次所需的距离会更大,可能会超出现有设备能测量的范围,也限制了探测精度的进一步提升。 因此,声学芯片一直

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黑科技 | 新型ME天线仅为小型天线的百分之一,可广泛用于智能硬件中

新型微小型天线未来可用于无线通信、物联网、可穿戴设备、智能手机等。 近日,《自然通讯》杂志发布了一篇文章,它描述了一种新型天线设计方案,文中表示,根据此方案将能制造出比当前小型天线还要小一百倍的天线。 图 | 目前的小型天线产品 目前,现有的小型天线都是基于电磁共振,因此天线的尺寸需要根据电磁波的波长。现实应用的天线长度至少都要大于波长的十分之一,近十年来,天线的进一步小型化已经是一个公开的难题。 而设计的新型ME天线(尺寸小于波长的千分之一)在最先进的小型天线上实现了1-2个数量级的缩小,而且性能也没有下

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科学瞎想系列之一一二 NVH那些事(15)

上一期讲了声波的一些传播特性,本期讲一讲声波的起源。众所周知,振动产生噪声,也就是说声波是由振动引起的,那么自然就会提出一个问题——振动和噪声的关系问题。即在介质的某处,若已知质点的振动,如何推算和评估所产生的噪声,或已知某处的噪声如何得知该点的振动。 1 振动与噪声的定量换算 我们知道,描述振动的特征量包括频率、振动位移、振动速度和振动加速度;描述噪声的特征量包括频率、声压、声强和声功率以及反映声音响度的声压级、声强级、声功率级等声级指标,振动作为噪声之母,振动和因之引起的噪声的频率自然就是一样的,这是它们之间的“遗传代码” 是它们的DNA,工程实践中也经常会用噪声的频谱来分析寻找振动源,这个不用换算。这里主要讲的是振动速度、加速度和噪声的声压、声强之间的换算关系,现就平面声波做一介绍。 假设介质中存在一个无穷大平面的振动,我们可以把它看作是一个无穷大平面的活塞在往复运动(振动),其振动的频率为f,振动的位移随时间按正弦规律变化,就会在介质中产生一个平面声波,设声波沿x轴方向传播,其波动方程为: y=Y•sin(ωt-Kx) ⑴ 式中:y为在x处的质点振动位移;Y为振幅;x为质点位置;ω为振动角频率,ω=2πf=2π/T,T为振动的周期;系数K=2π/λ,λ为声波的波长。则声速: C=ω/K=λ•f ⑵ 而振动速度为: y′=Эy/Эt=ω•Y•cos(ωt-Kx) ⑶ 振动速度的幅值: Y′=ω•Y ⑷ 由⑵、⑷式可见,振动速度和声速是两码事,二者不能混淆。振动形成的压强(声压)为: p=-E•ΔV/V=-E•Эy/Эx ⑸ 式中:E为介质的弹性模量,即介质中的应力与应变之比 ,它是材料的固有参数;ΔV/V为介质因受压力的变化而产生的体积变化率,数值上ΔV/V=Эy/Эx。 将⑴式代入⑸式得: p=E•K•Y•cos(ωt-Kx) =Pm•cos(ωt-Kx) ⑹ 式中:Pm=E•K•Y为最大声压。 我们知道,声强为单位面积上的声功率,而功率等于力与速度乘积,即声强等于单位面积上的压力(声压)乘以质点的振动速度,即声强: i=p•y′ =ω•E•K•Y²•cos²(ωt-Kx) ⑺ 平均声强为: I=(1/2)•ω•E•K•Y² =(1/2)•ω•Pm²/(E•K) ⑻ 将声速C=(E/ρ)^(1/2)代入⑻式,得: I=(1/2)•Pm²/(ρ•C) = P²/(ρ•C) ⑼ 式中:P为声压的有效值,即方均根值;ρ为介质的密度;ρ•C为介质的声学特性阻抗,20℃下空气的ρ•C=408 kg/(m²•s)。 综合以上各式,可得无穷大平面声波声强与振动的关系为: I=(1/2)•ω•E•K•Y² =(1/2)•2πf•C•ρ•(2π/λ)•Y² =2ρCπ²f²Y² =816π²f²Y² ⑽ 由⑽式可见,无穷大平面声波的声强与振动速度(f•Y)的平方成正比,由于声强是指单位面积上的声功率,代表了声波传递的能量,这就得出了我们前面所说的,振动速度是反映伴振动的能量。需要特别强调一下,⑽式是基于无穷大平面振动推导得到的振动与噪声的关系,适用于平面型辐射器,例如:当电机的尺寸远大于声波波长时,就可以把电机看作是一个平面型辐射器。对于其它类型的声波辐射器(如中小型电机)不适用,需要进行一定的修正(后续文章会详述),但⑽式是基础,是一个非常重要的公式,希望宝宝们牢记,后面还会经常用到。 这样枯燥的推导可能宝宝们很难直观感受多大的振动能够引起多大的噪声,为此我们举个例子来直观感受一下: 设一个振幅为Y=10^(-10)米、f=1000Hz的振动,则可以引起的声强为: I=816•π²•1000²•10^(-20) =8.05*10^(-11) 瓦/米² 其声强级为: Li=10•lg[8.05*10^(-11)/10^(-12)]=19.05dB。 也就是说当空气的振幅为1/10纳米(相当于分子直径级别的振幅)时,就会产生19.05dB的噪声,人耳可以清晰地听到。对于电机机壳的振动,通常振幅在微米级,假设是1微米吧,如果频率仍然是1000Hz,那么产生的声强为8.05*10^(-3)瓦/米²,对应的声强级可达99dB(A),99分贝是个什么概念啊,大概是在歌舞厅距离音响1米处的噪声,达到了非常吵闹的环境级别,我国环境标准规定在这样的环境中,每天不得超过一刻到半个小时,否则经过二三十年的长期暴露,会严重损伤听觉!由此可见只要频率较高(中频),微小的振动都会引起强烈的噪声。 2 振动和噪声的关系 上面

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【诺贝尔物理学奖幕后的AI】刷屏的“引力波”,得益于AI技术的进步

【新智元导读】人工智能技术很早就被应用于太空探索,包括计算机视觉、语音识别、自然语言处理以及机器学习等,获得2017年诺贝尔物理学奖的引力波研究,也使用了AI技术分析数据。或许未来,我们得给AI颁一个诺贝尔奖? 在近一个世纪前,爱因斯坦就曾在相对论中预言时空结构中存在波动,即引力波。 后来,一批科学家组成“激光干涉引力波天文台”(LIGO)项目在2015年9月14日首次探测到一个双黑洞系统合并的引力波信号,当时就在天体物理学界引发了一场革命,那时候参与发现引力波的研究团队就被锁定是诺贝尔物理学奖的热门人选

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低强度经颅超声刺激的有效性和安全性:一项关于人类和动物研究的系统综述

低强度经颅超声刺激(LITUS)是一种新型的无创神经调控技术。我们进行了一项系统综述,以评估目前关于LITUS神经调控的有效性和安全性的证据。检索5个数据库,检索时间从建库至2023年5月31日。纳入随机对照人体试验和对照动物研究。总结LITUS对临床或临床前、神经生理、神经影像学、组织学和生化转归以及不良事件的神经调控作用。共确定了11项人体研究和44项动物研究。LITUS对神经系统疾病、精神疾病、疼痛、睡眠障碍、高血压等均有较好的疗效。发现与LITUS相关的神经元结构和皮质活动的改变。从组织学和生化角度来看,突出的发现包括抑制炎症反应和促进神经发生。在我们的综述中包括的对照动物研究中没有报告不良反应,而在少数人类受试者中报告了可逆性头痛、恶心和呕吐。总体而言,LITUS可缓解各种症状,调节相关脑回路,且无严重副作用。未来的研究需要建立一个坚实的LITUS治疗框架。

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