由爆炸声源及传播损失反演海底声学参数

以2001年东中国海（ECS）一次浅海声学试验（ASIAEX）获得的爆炸声源的声信号和声传播损失,进行海底声学参数反演。对宽带爆炸声源（WBS）进行研究,由爆炸声源的声信号提取出海底反射波与直达波,从而得到海底垂直反射系数,结合Hamilton的经验公式反演出海底等效声速和密度。反演所得结果与海底取样结果相近。由传播损失反演海底声衰减,选取适当的代价函数,调整声衰减,使得代价函数最小,从而反演出海底声衰减。运用反演得到的海底参数计算的传播损失值与试验结果符合较好。     

负跃层条件下浅海海底单参数反演技术

海底参数反演是获取海底声学特性一种经济高效的办法。近年来,课题组提出用小掠射角下海底反射损失随掠射角的变化率F_dB（dB·rad^-1）作为描述海底的单参数,建立了浅海均匀水层和负跃层水文条件下的海底单参数模型。负跃层单参数模型的建立,为海底单参数反演提供了新的设计思路。文章基于浅海负跃层海底单参数模型,设计海底单参数地声反演方法。首先对负跃层水文条件下浅海海底单参数模型进行简单的描述和介绍;然后在浅海负跃层单参数模型基础上,利用声传播损失对海底单参数进行反演;最后利用实验数据对反演方法的有效性进行了验证。     

海底声学特性水平变化引起的异常声传播

1引言 声波在海面、水体及海底形成的浅海波导中传播时,水体的声速剖面和海底的声学特性是影响其传播特性的两个重要因素.水体中的海洋内波活动通常会导致声传播异常,Zhou通过在水体中引入孤立子内波解释了夏季浅海实验中出现的不同频率下的声异常衰减现象[1],指出孤立子内波与声场的相互作用,尤其是共振效应引起的简正波模态间的耦合是夏季的低频声传播损失加大的一个主要原因.Li研究了较高频率条件下(＞2kHz)由于海底粗糙度引起的声传播损失异常问题[2].一般地,大幅度的孤立子内波一般出现在很强的温跃层条件下,而文献[2]中的实验异常现象只是出现在高频且接收器和声源都同时位于温跃层之上的情况下.Ellis在一次实验中发现声波遇到较硬的石灰岩海底时在低频段会有很大衰减[3].     

珊瑚型环礁斜坡地形水下声传播特性分析

从岛礁斜坡地形条件下的声信号衰减和地形阻断效应分析出发,重点针对水下声场分布规律及其对声传播造成的影响开展研究。利用水声模型理论,结合某礁实测地形以及水文数据,建立岛礁斜坡地形下的多途声信道模型,基于Bellhop与RAM声学仿真方法,对不同地形下的声线轨迹、声传播损失以及信号时延等声场特性进行仿真分析,得出岛礁斜坡地形下的声场分布特征。研究结果表明：（1）岛礁斜坡地形是影响其声传播模式的关键因素;（2）斜坡外缘浅海区域的目标不易被岛礁斜坡顶端的声呐所探测; （3）陡坡地形对浅海声源的声传播有利,当声源深度足够大时,缓坡地形下的本征声线数目能够达到在陡坡地形下的5倍,对声传播有利。以上研究结果可为岛礁区水下声场的特性分析以及水下声学对抗等实践应用提供理论基础和技术参考。     

青岛近海负跃层下环境噪声场的实验研究

在海洋声速垂直分布为负跃层时，它会对远处表面噪声的传播起“屏蔽”作用。也就是说，负跃层（或负梯度）下，到达全向接收器的声能主要是近处的表面噪声。在特定的海域我们作了多次实验，初步结果表明：频率在１６０ＨＺ到２ＫＨＺ范围内，跃层下噪声场的谱级低于跃层上２—４ｄＢ；在６３ＨＺ—２ＫＨＺ之间，负跃层时的谱级要低于等速层时５—１０ｄＢ。 实验还表明，该海区频率在２ＫＨＺ以上的高频，谱级随昼夜变化有明显的规律，估计是该海域生物群体发声的结果。     

低频消声周期管路设计及其声学性能测试

为控制船舶空调通风管路系统的低频噪声传播，设计了多个Helmholtz消声器周期安装、具有低频消声特性的空调通风管路。该管路上等间距开有多个螺纹孔座，Helmholtz消声器可以选择不同的安装间距通过颈管的外螺纹与螺纹孔座配合安装于空调通风管路上，形成不同晶格常数的周期管路。对周期管路的声传播特性进行数值计算，从理论预测了所设计周期管路中可抑制声传播带隙的存在，同时给出了带隙的精确耦合条件。进一步，测试了周期管路的减噪量(noise reduction, NR)和插入损失(insertion loss, IL)。计算结果和实测结果表明，设计的声学周期管路确实存在局域共振带隙和布拉格带隙，带隙频率范围内可有效抑制管内声波传播。此外，这两种带隙位置可由安装间距进行调节，在一定条件下，两种带隙相邻带边可相互接合，形成耦合带隙。耦合带隙显著改善耦合前布拉格带隙的声衰减性能，与局域共振带隙耦合形成具有低频、宽带、强衰减的声衰减带，能有效衰减管内低频空气噪声传播，达到船舶空调通风管路系统低频噪声降噪的目的。     

深海外波导区声场与海底反射损失

过去20多年中,国内外在浅海声波传播领域进行过许多研究工作^[1-2],在感兴趣的频率范围内对典型传播条件下的声场衰减规律取得了大量的理论和实验研究结果,同时还获得了有关浅海海底声学特性的一些信息。海底声学特性不仅对浅海声传播具有显著的影响,而且有时在分析深海声场中也是不可缺少的^[3,4]。研究深海声道传播时,根据海水声速垂直分布的特殊规律性,定义声速剖面上两处相同大小的最大声速所对应的深度为声道的上边界和下边界。当声源和接收器都位于声道上、下边界以内时(内波导区),声源辐射的大部分能量被限制在波导内,因而,就形成通常的波导传播。     

浅海沉积层中界面波的传播以及掩埋目标的回波

根据地声界面波的相关理论,采用时域有限差分法建立浅海沉积层中界面波传播模型。以沉积层中掩埋小目标为例,计算界面波对空腔掩埋物和实心掩埋物的不同作用结果。根据运动方程和应力应变关系采用中心差分网格建立声场的有限差分模型,计算了声场瞬态情况和质点振动的时间序列结果,从不同角度比较分析了地声界面波对掩埋目标的作用。根据浅海沉积层的性质计算了界面波的传播损失和对掩埋物体的目标强度,由于界面波传播衰减主要由沉积层的能量耗散引起,其规律接近横波的传播衰减,在高频情况下界面波在沉积层中传播的距离不远。文章试图建立一种对浅海沉积层中掩埋小尺度目标的探测新方法。通过一些典型模型的分析,从理论角度证明地声界面波对目标探测的可行性。     

诊断超声剂量对人胚绒毛细胞作用的实验研究

诊断超声对胚胎发育的影响问题是当今诊断超声安全性研究的核心问题之一。本文叙述了应用介入性超声传感器定量测定Ａｌｏｋａ－６５０超声诊断仪在宫腔内的诊断超声剂量（Ｐ＋，Ｐ－，Ｉｓｐｔｐ，Ｉ，ｐｐａ，Ｉｓｐｔａ，Ｉｍ）在人体腹壁综合衰减量的基础上，对Ａｌｏｋａ－６５０Ｂ超仪和ＨＤＩ－９彩色多普勒超声诊断仪的３．５ＭＨｚ凸阵的声输出量（声压与声强）进行声衰减处理，实现孕妇腹壁等效声衰减的模拟，获得５种不同的声强照射剂量（Ｉｓｐｔａ分别为０．０７，０．１９，０．５３，２．２，６．０ｍＷ／ｃｍ２）。对９例停…     

长江口和杭州湾浮泥声参数测量

本文报导了用４种频率的超声波，对长江口和杭州湾的水底浮泥在不同重度下测得的声速和重度之间，声衰减与重度之间以及在一定重度下频率与声衰减之间的变化关系曲线。实验结果表明；在相同条件下，杭州湾浮泥的声衰减比长江口浮泥的声衰减大一点。     

几何绕射理论下楔形障碍物衍射

应用几何绕射理论，研究不同角度和不同频率情况下楔形障碍物衍射衰减规律，并结合90°楔形障碍物现实应用，模拟楔形建筑物下声音传播衰减。得出了楔形障碍物插入损失与楔形角度和声波频率的关系，结果与Maekawa实测值比较并进行精度分析。针对现实场景下楔形建筑物的遮挡，应用空间剖分和声线束追踪生成声音路径，模拟楔形建筑物区域的声音衰减。结果显示声音衰减随楔形角度减小和频率增加而增大，几何绕射理论可应用于大区域建筑物群声传播衰减计算中。     

非周期型理想钻柱系统声传播特性研究

基于一维声传播理论推导出了非周期型理想钻柱系统的频散方程和透射波声衰减方程,数值计算了非周期型钻柱系统几何参量与其频散特性、声衰减特性之间的关系,并利用有限元ANSYS对非周期型理想钻柱系统的声传播特性的结果进行了验证。研究结果表明：非周期型理想钻柱系统的频散特性与多个周期性结构系统频散特性相“与”的结果一致,具有通带较窄而阻带较宽,且频率在阻带范围内的声波沿钻柱传播时声衰减较大的特性。     

一种局域共振型角式声子晶体梁

局域共振型声子晶体梁具有纵向振动带隙和横向振动带隙,一般而言,前者频率范围很窄而且衰减量极小,后者频率范围很宽并且衰减很强,二者往往不在同一频带,因此很难满足同一频带内的多维减振要求。针对这一问题,为充分利用横向振动带隙的宽频带强衰减特性,提出了一种局域共振型角式声子晶体梁,采用传递矩阵法进行了理论分析和数值求解,并进一步在有限元软件中做了仿真验证,结果表明该角梁能够通过纵波与横波的转换,使得三个自由度上的振动均能在同一频带内得到有效的衰减,从而一方面满足了工程上的多维减振需求,另一方面也拓展了声子晶体减振应用场合。     

航空发动机噪声在大气中衰减算法分析与软件设计

在准确测量航空发动机噪声时必须考虑其在大气传播过程中的衰减特性,大气声吸收系数是衡量衰减特性的重要指标,本文通过纯音法对大气声吸收系数进行计算,并编制专用软件分析了相同条件下相对湿度与大气声吸收系数的关系。结果表明,相同大气温度下大气声吸收系数与频率直接相关,相同频率下大气温度高于20℃,大气声吸收系数则随着相对湿度的变化呈现出平稳趋势。即使相对湿度不同,频率与大气声吸收系数的变化趋势也是一致的。     

声参量换能器阵的研制

为了实现水下掩埋目标的三维探测和满足海底地质调查的需要，我们已成功地研制了用于Ｄ＆Ｚ－１声参量多频海底测绘系统的声参量阵。在我国东海和澳大利亚悉尼港的实验中得到了非常满意的结果。声参量阵在低频段能形成高指向性，小旁瓣及宽频带声辐射，它与同频率的线性发射阵相比具有体积小，重量轻等优点。该基阵内的振子采用了半波长复合棒换能器。整个基阵由聚氨脂密封。辐射面是带匹配层的矩形平面，所以本基阵具有：（１）电声转换效率高；（２）振子承受功率的能力大，在短脉冲条件（＜１ｍｓ）下，辐射声强可达１２．５Ｗ／ｃｍ２；…     

电动汽车电驱动总成噪音传递特性测试和分析

相对于传统内燃机汽车，电动汽车的动力总成的声音显著不同。传统汽车的低频发火阶次，机械及燃烧噪音，现在变为电磁力和齿轮啮合而导致的更高频的啸叫声，这些高频噪音主观感受为烦恼的。本文以某电动车电驱动总成啸叫声为研究对象。首先测试了引擎舱电驱动总成附近六个麦克风到车内驾驶员耳旁的空气声传递函数。然后利用传递函数的倒数与加速工况引擎舱内测得的六个麦克风平均声压级相乘，得到理论的驾驶舱空气传播噪音。最后将理论计算结果和试验测试结果进行了对比。结果表明低阶（8.58阶）的减速器噪音由空气传播声和结构传播声共同贡献，高阶（22阶和48阶）的减速器和电机噪音完全由空气传播声贡献。     

由弛豫频率测定空气绝对湿度的理论基础

由弛豫频率测定空气绝对湿度的理论基础赵松龄王寅观姚国民（同济大学声学研究所上海·２０００９２）１概述大量实验表明，空气中的声吸收与空气湿度密切相关。Ｃ．Ｍ．Ｈａｒｒｉｓ［１］用混响法测定了在若干给定温度与频率下声吸收与相对湿度的关系。Ｉ．Ｂ．Ｅｖａｎ...     

波束位移射线简正波理论在双轴海洋声道中的应用

由于表面声道与深海声道间的耦合效应，声波在双轴海洋声道中的传播比较复杂，因此求解双轴海洋声道中的声场就比较困难。文章将浅海声传播的波束位移射线简正波（BDRM）理论应用于计算双轴海洋声道中的声场，进行了数值模拟并与传统简正波方法进行比较，结果表明应用BDRM理论计算的传播损失具有很高的精度和速度，可以对双轴海洋声道内声传播问题进行分析和预报。     

D2 超声塑料焊接机工作点选择的理论分析

Ｄ２超声塑料焊接机工作点选择的理论分析颜忠余，林仲茂（中国科学院声学研究所北京·１０００８０）按通常理解，一般的功率超声设备如清洗机。细胞破碎机其超声振动系统通常工作在水联谐振频率附近，而超声塑料焊接机的工作点有时却选择在反共振（即并联谐振）频率附近...     

基于声发射的柴油机连杆大端轴瓦碰撞摩擦故障诊断

为了对某型单缸柴油机进行故障诊断,将声发射传感器布置在柴油机表面不同的位置,通过对比不同测点的异常声发射信号峰值响应,定位到异常声发射信号来源于发动机连杆大端轴瓦处。在对连杆大端轴瓦处异常声发射信号进行诊断后,结合MATLAB仿真计算连杆大端轴承力确定了轴瓦的故障类型,最后通过拆机检查和更换轴瓦来验证声发射的诊断结果。结果表明:由于连杆轴径和轴瓦之间的配合间隙过大,使得单缸柴油机在工作过程中连杆轴径和轴瓦每隔90°就会发生一次碰撞摩擦,导致声发射信号在相应的曲轴转角位置出现异常峰值响应。声发射技术为发动机的故障源定位和发动机连杆大端轴瓦处的碰撞摩擦故障诊断提供了更准确的方法。