Подводная акустика

Подводная акустика Подводная акустика Изучение распространения звука в воде и его взаимодействия с водой и её содержимым.   Типичные частоты: от […]

Подводная акустика

  • Подводная акустика

    • Изучение распространения звука в воде и его взаимодействия с водой и её содержимым.  
    • Типичные частоты: от 10 Гц до 1 МГц.  
    • Используется для мониторинга физических и биологических характеристик подводного мира.  
  • История подводной акустики

    • Зародилась в 1490 году с Леонардо да Винчи.  
    • В 1687 году Исаак Ньютон написал математические принципы натуральной философии.  
    • В 1826 году Даниэль Колладон и Шарль Штурм измерили скорость звука в воде.  
    • В 1877 году лорд Рэлей основал современную акустическую теорию.  
    • В 1912 году потопление «Титаника» и Первая мировая война стимулировали развитие подводной акустики.  
    • В 1919 году опубликована первая научная работа по подводной акустике.  
  • Теория звуковых волн

    • Звуковая волна состоит из чередующихся сжатий и разрежений воды.  
    • Скорость звука связана с частотой и длиной волны.  
    • Поглощение звука слабое на низких частотах, но усиливается на высоких.  
  • Пограничные взаимодействия

    • Поверхность воды и дно являются отражающими и рассеивающими границами.  
    • Поверхность моря ведет себя как идеальный отражатель на частотах ниже 1 кГц.  
    • Морское дно имеет меньшее несоответствие акустического сопротивления, чем поверхность.  
  • Распространение звука

    • Направление распространения звука определяется градиентами скорости звука.  
    • Вертикальные уклоны в море намного больше горизонтальных.  
  • Распространение звука в океане

    • Скорость звука увеличивается с глубиной из-за давления.  
    • В термоклине градиент скорости звука меняется, создавая волновод.  
    • В экваториальных и умеренных широтах минимальная скорость звука достигается на глубине нескольких сотен метров.  
    • Образуются зоны фокусировки звука (конвергенции) и поверхностные каналы.  
  • Потери при распространении

    • Потери при распространении зависят от расстояния и интенсивности звука.  
    • Потери определяются как логарифм отношения интенсивности на источнике и приемнике.  
    • На малых расстояниях преобладают потери из-за рассеяния, на больших — из-за поглощения и рассеяния.  
  • Моделирование распространения

    • Распространение звука описывается волновым уравнением.  
    • Разработаны модели, такие как лучевая теория и параболические уравнения.  
    • Лучевая теория лучше на малых расстояниях и высоких частотах, другие решения — на больших расстояниях и низких частотах.  
  • Эхо и доплеровский сдвиг

    • Переходные звуки приводят к затуханию фона (реверберации).  
    • Доплеровский сдвиг возникает при движении объекта относительно приемника.  
    • Сдвиг частоты можно наблюдать в активных и пассивных гидролокационных системах.  
  • Колебания интенсивности и нелинейность

    • Наблюдаются временные и пространственные колебания интенсивности звука.  
    • Нелинейность в воде приводит к генерации дополнительных частот.  
    • Синусоидальная форма сигнала становится пилообразной.  
  • Измерения и скорость звука

    • Звук измеряется гидрофоном, преобразуется в уровень звукового давления (SPL).  
    • Скорость звука в воде увеличивается с давлением, температурой и соленостью.  
  • Поглощение и окружающий шум

    • Поглощение звука зависит от характеристик воды и частоты.  
    • Окружающий шум включает турбулентность, микросейсмы, движение судов и тепловой шум.  
    • Временные источники звука также вносят вклад в уровень шума.  
  • Биологические источники шума

    • Китообразные, рыбы и креветки создают шум.  
    • Дождь создает высокий уровень шума, но его интенсивность трудно измерить.  
  • Эхо и реверберация

    • Измерения реверберации морской поверхности, дна и объема.  
    • Синусоидальная форма сигнала изменяется по частоте из-за движения поверхности.  
    • Донная реверберация часто описывается законом Ламберта.  
    • Объемная реверберация возникает в слоях, глубина которых меняется.  
    • Нижняя поверхность льда создает сильную реверберацию.  
  • Потеря дна

    • Потери на дне зависят от угла скольжения и шероховатости.  
    • На мелководье потеря дна доминирует на большие расстояния.  
    • На низких частотах звук может распространяться через осадочные породы.  
  • Подводное слушание

    • Уровень звукового давления под водой измеряется в децибелах.  
    • Различия в контрольном давлении и интерпретации затрудняют сравнение.  
    • Чувствительность слуха дайверов и других животных различается.  
  • Человеческий слух

    • Пороговые значения безопасности для дайверов.  
    • Высокий уровень шума создает опасность для дайверов.  
  • Другие виды

    • Водные млекопитающие имеют высокую чувствительность к звуку.  
    • Рыбы и водоплавающие птицы также чувствительны к подводному шуму.  
  • Применение подводной акустики

    • Гидролокатор используется для зондирования моря.  
    • Подводная коммуникация важна для сбора данных и связи.  
    • Подводная навигация и слежение требуют точного измерения расстояний.  
    • Сейсморазведка использует низкочастотный звук для зондирования дна.  
    • Акустические датчики контролируют звук ветра и осадков.  
    • Акустическая океанография изучает море и его содержимое.  
  • История и оборудование

    • Интерес к эхолотам возник после крушения «Титаника».  
    • Первый практический эхолот изобретен Харви К. Хейзом.  
    • Эхолоты используются для измерения глубины воды и создания карт.  
  • История и развитие гидролокаторов

    • Гидролокаторы начали использоваться в 19 веке для измерения глубины воды.  
    • В 20 веке появились гидролокаторы высокого разрешения, позволяющие классифицировать подводные объекты и получать изображения.  
    • Современные гидролокаторы подключаются к ROV, что позволяет получать точные изображения.  
  • Применение гидролокаторов в морской биологии

    • Гидролокаторы используются для изучения морской флоры и фауны, включая микропланктон и китов.  
    • Эхолоты помогают определять численность, распределение и поведение морских обитателей.  
    • Акустическая телеметрия используется для мониторинга рыб и морской фауны.  
  • Применение гидролокаторов в физике элементарных частиц

    • Нейтрино сверхвысоких энергий могут быть обнаружены акустически в морской воде.  
  • Другие области применения гидролокаторов

    • Измерение интенсивности дождя и скорости ветра.  
    • Глобальная термометрия и мониторинг газообмена между океаном и атмосферой.  
    • Буксируемая сенсорная система наблюдения с массивом датчиков.  
    • Акустический доплеровский профилограф течения.  
    • Акустическая камера и пассивный акустический мониторинг.  
  • Дополнительные ресурсы

    • Биоакустика и Кембриджский интерферометр.  
    • Эхолот и акустика рыбного хозяйства.  
    • Исследование океана и сеть слежения за океаном.  
    • Преломление звука и способ гидроакустического зондирования.  
    • Система подводного акустического позиционирования и подводная акустическая связь.  
    • Компания Underwater Audio и записи.  
    • Рекомендации и библиография.  

Полный текст статьи:

Подводная акустика

Оставьте комментарий

Прокрутить вверх