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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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【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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科学瞎想系列之一一三 NVH那些事(16)

【部分来自网络如有侵权敬请邮箱联系。未经许可的媒体平台谢绝图片转载,如需转载或合作请邮件联系。联系邮箱laolicsiem@126.com,】 前面两期讲了声波的传播以及振动与噪声的关系,本期讲电机噪声的辐射,也就是说对于电机的周围环境来讲,电机就是一个噪声源,从这个噪声源是向周围环境是如何辐射噪声的?不同类型噪声的辐射途径和辐射特性是什么? 1 电机噪声的分类及辐射途径 电机噪声按性质分可分为两大类:一是由机壳表面振动而产生的噪声,我们称之为结构噪声;另一类是空气湍流产生的噪声,我们称之为空气动力学噪声。 按噪声源分可分为三类:一是电磁激振力产生的噪声,我们称之为电磁噪声,即由气隙磁场谐波产生的径向力波和切向力波,经电机的机械结构传递到电机的外壳,进而对周围空气辐射噪声;二是机械激振力产生的噪声,我们称之为机械噪声,包括轴承、转子动平衡、对中等方面的因素引起的激振力产生的噪声,同样经电机机械结构传递到电机的外壳,再由外壳对外辐射,由于上述两种噪声都是由电机结构振动引起,并通过电机结构传递到外壳,因此它们都属于结构噪声;三是空气噪声,是电机内部的冷却空气在风扇、风道等通风系统中流动产生湍流,从而产生噪声。 如果电机是全封闭的,机壳外面没有风扇,那么,空气噪声只限于机壳内部,对外的辐射较小,可以忽略,但如果是开启式的电机或电机有外风机时,则空气噪声就不能再忽略,特别是有外风机的电机,风机产生的空气噪声会占主要成分,甚至会“淹没”电机本体的其它噪声。 2 结构噪声的辐射 如前所述,结构噪声首先是通过电机结构将振动从激振源传递到电机外壳,再由外壳辐射到周围空气中。前面的瞎想已经讲过了根据激振力和电机的固有结构参数如何计算出机壳的振动,上一期瞎想也讲了由外壳振动如何演变到分界面上的噪声,但这种推演是基于平面声波辐射的情况,当电机的尺寸远大于声波波长时,就可以把声源看作是一个平面辐射声源,就可以用前面的方法计算声波的辐射,即前述的方法仅适用于大中型电机辐射中高频声波的情况。 实际上,电机对外辐射的结构噪声不仅与机壳的振动强度有关,还与声源的尺寸、声波的波长(频率)、辐射表面的波节线分布(振动的空间阶次)等因素有关。如果声波的波长大于噪声源的尺寸时,那么随着声源尺寸的增大,辐射的声强也会随之增大,因此对于小尺寸电机,辐射高频声波的条件比辐射低频声波的条件为佳。如果电机的尺寸足够大,那么辐射的声强与频率关系不大,也就是说,大电机辐射的频带比较宽,对高频和低频均有良好的辐射效果。除此之外,机壳表面的辐射还与振动的阶次有关,当表面的振动幅值和相位都相同时,这种振动表面就称为0阶辐射器。如果表面的振动相位和幅值不相同,就会出现波节,这种情况称为高阶辐射器。振幅相同时,高阶辐射的能量要比0阶辐射能量小,这是由于具有不同振动相位的两个相邻部分的表面上产生的声压,具有一定程度的相互抵消,从而减弱了离机壳表面某一距离点处的声压,辐射的波长与电机尺寸之比越大,这种抵消作用越明显,因此对封闭式电机,其它条件相同的情况下,高阶振动产生的声强比0阶和低阶振动产生的声强要小。振动的球体是一个理想的0阶辐射器,而对于电机,则既是一个0阶辐射器又是一个高阶辐射器。 以上都是定性讲了电机结构噪声的某些辐射特性,仅有这些显然不能对电机噪声进行定量计算,接下来我们就讲一讲电机结构噪声的定量计算。 2.1 平面辐射器的辐射声强 当电机的尺寸远大于辐射声波的波长时,如:πD/λ>5(D=2R为机壳外径,R为机壳半径)时,可以把电机看作平面辐射器,如前所述,平面辐射器的表面辐射声强为: Ip=(1/2)•ρCω²Y² =2ρCπ²f²Y² ⑴ 式中:ρ为介质的密度;C为声速;f为振动频率;ω为振动角频率;Y为振幅。对于空气ρC=408kg/(m²•s)。对于大型电机,当已知电机外表面的振动参数后,就可以按照⑴式进行声强的计算了。再次强调,平面辐射器只适用于大中型电机对中高频声波的辐射,当电机的尺寸与声波的波长相近或小于波长时就不再适用⑴式计算了,需要进行修正,但⑴式作为平面辐射声强的计算公式,是计算其它辐射器的基础,其它辐射器的辐射声强都是在⑴式基础上打一个折扣来修正的。 2.2 球形辐射器的辐射声强 当电机的长径比近似为1时,可把电机看作是球形辐射器,球形辐射器的辐射声强就是在⑴式的基础上打一个折扣系数Ib*,即: Ib=Ip•Ib* =(1/2)•ρCω²Y²•Ib* =2ρCπ²f²Y²•Ib* ⑵ 电机机壳辐射的声功率为: W=Ib•(2πRL) =2ρCπ²f²Y²•(2πRL)•Ib* ⑶ 式中:R为定子外壳半径;L为机壳长度。其中所打的折扣系数称为球形辐射器的相对辐射声

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科学瞎想系列之一一一 NVH那些事(14)

如前所述,NVH代表三个方面,即:噪声(Noise)、振动(Vibration)、舒适性或平顺性(Harshness)。振动是NVH的基础和核心,振动产生噪声,而舒适性是振动噪声综合作用的结果,从这个意义上讲,V是N、H之母,其实NVH主要就是说振动和噪声这两件事,这两件事解决了,舒适性(H)自然就解决了。前面讲的重点都是振动(V),说完振动接下来就说说噪声(N)。 说到噪声前面曾有一期瞎想之六十一《说说噪声》,其中对有关噪声的基本概念做了简要介绍,可惜当时还没有写这个NVH系列文章的计划,没有归入这个系列,大家不妨先看看那篇文章里的基础知识,把那篇文章作为NVH噪声部分的一篇吧,如果以后有机会重新编辑出版这些文章,我会把它重新编辑归类。本期我们就接着前面那篇文章往下讲,说说声波及其传播的特点。 1 声波 物体振动会引起其周围介质的振动,因此会将这种振动以波的形式传播到远方,我们称这种波为声波,最原始的那个振动物体称为声源或振动源。声波是一种纵波,也叫疏密波。声波通过空气传播到宝宝们的耳朵里,引起耳膜的振动,宝宝们就会感觉到声音,但并不是所有引起耳膜的振动宝宝们都能感觉到,只有那些频率在20~20000Hz的振动宝宝们能听到,低于这个频段的振动宝宝们是听不到的,我们叫它次声波;高于这个频段的振动宝宝们同样听不到,我们叫它超声波。 2 描述声波的物理量 声波可以用三个物理量来描述,即:声速C、波长λ和频率f。声速表示声波在介质中的传播速度,即单位时间里传播的距离m/s;波长表示一个疏密周期的间距,也就是振动一次的时间周期内传播的距离;频率表示振动的快慢,即每秒钟的振动次数。三者之间的关系是: C=λ•f ⑴ 这里要特别强调一下:声速和质点的振动速度可是两码事,千万不要混淆!声波在介质中的传播速度(声速)C是介质的固有参数,取决于介质的密度ρ和弹性模量E(应力与应变之比),与振动源无关。声速: C=(E/ρ)^½ ⑵ 由⑵式可见,介质的密度越大,声速越慢;介质的弹性模量越大,声速越快。通常由于固体的弹性模量高于液体且远高于气体,因此通常固体中的声速高于液体中的声速,液体中的声速高于气体中的声速。在20℃及标准大气压下,空气中的声速为344 m/s。水中的声速约为1450m/s,钢铁中的声速约为5000m/s。由于声音在钢铁中的传播速度远高于空气,所以宝宝们把耳朵贴在铁轨上听火车的声音往往要比在空气中听要先知道火车的远近。古代作战时也经常采用人耳贴在地上听敌军的马蹄声来预警。 声速是介质的固有特性,介质一定时,声速就是一个常数,由⑴式可知,声速一定时,频率越高,波长就越短,1000Hz的声波在空气中的波长约为344毫米,人类能听到的声波波长范围大概在17mm~17m之间。这一点希望宝宝们能记住,因为后面会讲到,声音的辐射、传播等特性都与波长(或频率)有着密切的关系。 3 声波在传播过程中的衰减 声波在一个均匀介质传播过程中是会衰减的,距离声源越远,声强越小。当声源尺寸远小于波长时,可以把声源看作点声源,此时声波在广阔的空气中以球面传播,声压会随着距声源距离的增大而成反比地减小,声强与距离平方成反比地减小。即:p∝1/r,I∝1/r²(r为观察点到声源的距离;p为声压;I为声强)。这种规律称为反平方衰减律。若已知距离声源1米处的声强级,则该声强级减去10lg(1/r²)或减去20lg(1/r)之后即可求出距离声源r处的声强级,当距离加倍时,声强级减小6dB。这个关系式并没有考虑传播过程中空气对声波的吸收,试验表明,在传播过程中,空气会对声波有吸收,而且对高频的吸收比低频大,因此,高频声波的衰减会比低频声波衰减的快,通常对于1000Hz以下的声波,用这个公式计算还是比较准确的,超过1000Hz就不准确了。在电机噪声测试时,一般取测量点距离电机1米(微电机取0.4米)处测量,这时衰减极微,可以略去。 4 声波的绕射 声波在传播时如果遇到障碍物,是可以绕过障碍物的,这种现象称为绕射。所谓“隔墙有耳”,主要就是因为绕射现象,使得虽然隔着一堵墙,但仍能听到隔壁人的说话。声波绕射有个特点,低频声波波长较长,容易绕射,频率越高波长越短的声波越不容易绕射。因此隔墙偷听男人的声音要比女人的声音可能会更容易些。工作场所经常会用隔板来隔音,由于波长越长的声波越容易绕射,因此要想起到良好的隔音效果,隔板的尺寸应该足够大,一般隔板的尺寸至少要大于波长的2倍才能起到良好的隔音效果,此外还应注意隔板距离噪声源以及听众距离隔板的距离都应不大于一倍的波长,这样才能起到良好的隔音效果。 5 声波的叠加 当两个同频率不同地点的声源发出的声波传播到某点时,如果在该点的两列声波振幅相等、相位相反,那么这两个声波在该点叠加合成的声波振幅为0,当然也就听

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