Diffusion d'une onde acoustique plane par des cylindres solides immergés: étude expérimentale et théorie des résonances

It is not possible to explain, by reflection and transmission laws only, the scattering of a plane acoustic wave by aluminium cylinders imbedded in a fluid. It is also necessary to take into account Rayleigh and Whispering-Gallery surface waves. The experimental measurement and theoretical calculation show the strong influence of resonances of the cylinder in relation to the surface waves. The experimental backscattered form-function and angular diagrams are shown for (k ₁ a) values between 5 and 70, which is wider than has been explored previously. Excellent agreement is obtained between the experimental observations and the theoretical calculated graph for an infinite non-absorbing cylinder. A systematic research of resonances has been made up to (k ₁ a) = 40 for the series associated with the Rayleigh-type wave and for the series associated with the first three Whispering-Gallery type waves. A description of the phenomena in S matrix theory allows us to explain the minima in the backscattered form function, thanks to a better comprehension of different competing physical mechanisms.

Sommaire

Il n'est pas possible d'expliquer la figure de diffusion d'une onde plane par des cylindres d'aluminium immergés, en s'appuyant uniquement sur les lois régissant la réflexion et la transmission. Il est nécessaire de tenir compte également de la propagation d'ondes de surface du type Rayleigh ou du type «Galerie à écho». Ces études tant expérimentales que théoriques font ressortir l'importance des phénomènes de résonance liés aux ondes de surface. Des courbes de rétrodiffusion et des diagrammes angulaires obtenus expérimentalement sont présentés pour un domaine de hya compris entre 5 et 70, plus étendu que celui qui a été exploré antérieurement. Les résultats de l'expérience sont ensuite comparés aux courbes calculées théoriquement, pour un cylindre qui est supposé non absorbant et de longueur infinie. L'accord entre la théorie et l'expérience est dans l'ensemble excellent. Une recherche systématique des résonances a été effectuée jusqu'à k ₁ a = 40, pour la série associée à l'onde de Rayleigh et pour les séries associées aux trois premières ondes de «Galerie à écho». Une description des phénomènes dans le cadre de la théorie de la matrice S permet d'expliquer les minimums observés dans la courbe de rétrodiffusion, grâce à une meilleure compréhension des différents mécanismes physiques en compétition.

Zusammenfassung

Zur Erklärung des Streufelds einer ebenen Schallwelle an eingetauchten Aluminiumzylindern genügt es nicht, sich allein auf die Reflexions- und Transmissionsgesetze zu stützen. Vielmehr ist es erforderlich, die Ausbreitung von Oberflächenwellen nach Art der Rayleighwellen oder nach Art einer ,,Flüstergalerie“ heranzuziehen. Sowohl experimentelle als auch theoretische Untersuchungen machen die Bedeutung von Resonanzerscheinungen deutlich, die mit Oberflächenwellen verknüpft sind. Es werden experimentelle Rückstreukurven und Winkelverteilungen mitgeteilt für k ₁ a-Werte zwischen 5 und 70, einen Bereich, der über den bisher untersuchten hinausgeht. Die Versuchsergebnisse werden sodann mit theoretisch berechneten Kurven für einen als nichtabsorbierend und unendlich lang vorausgesetzten Zylinder verglichen. Die Übereinstimmung zwischen Theorie und Experiment ist im ganzen genommen hervorragend. Eine systematische Untersuchung der Resonanzen wurde bis k ₁ a = 40 durchgeführt, und zwar für die Reihe die mit Rayleighwellen und die drei Reihen, die mit den drei ersten Wellen des ,,Flüstergalerie“ -Effekts verknüpft sind. Eine Beschreibung der Erscheinungen mittels der Theorie der S-Matrix liefert eine Erklärung der Minima in den Rückstreukurven aufgrund eines besseren Verständnisses der verschiedenen konkurrierenden physikalischen Mechanismen.