水声学原理第一章2课件

2022-10-51第二讲第二讲 主要内容主要内容第一章第一章 声学基础声学基础均匀脉动球源的声辐射均匀脉动球源的声辐射(了解了解)等间距均匀点源离散直线阵的声辐射等间距均匀点源离散直线阵的声辐射(重点重点)均匀连续直线阵的声辐射均匀连续直线阵的声辐射(了解了解)无限大障板上平面辐射器的声辐射无限大障板上平面辐射器的声辐射(了解了解)声波的接收方向特性声波的接收方向特性(重点重点)2022-10-52()j wt krAper1、均匀脉动球源的声辐射、均匀脉动球源的声辐射 声辐射和振源强度声辐射和振源强度2000222111ikrckrkrZciceRjXkrkrkr 待定常数。由球面振源的表面振速来确定。待定常数。由球面振源的表面振速来确定。设表面振速设表面振速tjaeutau0,)(exp1A202kaajkauckaa aarkwtjkackrQtrpexp14,2024auaQ令令kr1arctg2022-10-53 aarkwtjkackrQtrpexp14,21、均匀脉动球源的声辐射、均匀脉动球源的声辐射 声辐射和振源强度声辐射和振源强度声压与振源强度成正比；声压与振源强度成正比；Q等于振源振幅值与表面积等于振源振幅值与表面积4a2的乘的乘积。若振速一定，振源表面积大，向空间辐射的声压也大。积。若振速一定，振源表面积大，向空间辐射的声压也大。如果振源半径如果振源半径a,即即ka1，小球源作为点声源，小球源作为点声源，2akrkjerQcjktrp4,2022-10-541、均匀脉动球源的声辐射、均匀脉动球源的声辐射 声辐射和振源强度声辐射和振源强度 TdtupTI0ReRe122220121kakaracuIa对于点声源，对于点声源，ka分母上分母上r ri i的不同可忽略不计，即的不同可忽略不计，即相位上的不同不能忽略：相位上的不同不能忽略：rrrrin111110sinidrri2022-10-582、等间距均匀点源离散直线阵的声辐射、等间距均匀点源离散直线阵的声辐射 辐射声压辐射声压10sin004,nijkdikrtjeercQjktrp0,yxr0当 （垂直 轴方向）时，各点源同相叠加，合成声压最大：OXkrtjercnQjktrp4,0,00sinjkdie2022-10-592、等间距均匀点源离散直线阵的声辐射、等间距均匀点源离散直线阵的声辐射声场的方向性函数：声场的方向性函数：方向性图方向性图 当 时，声压振幅出现极大值极大值1，对应极大值的方向：sinsinsinsin1,0,10sindndnentrptrpDnijkdiidsindiarcsin id,1,0i2022-10-5102、等间距均匀点源离散直线阵的声辐射、等间距均匀点源离散直线阵的声辐射其中，对应的方向为主极大值方向（主瓣主瓣）；对应的方向为第一副极大值方向（栅瓣栅瓣），依此类推。注意注意：不出现副极大值的条件 当 时，声压振幅出现次极次极 大值大值（旁瓣旁瓣），对应次极大值的方向：各次极大声压与主极大声压比值为：（由该值可得到主旁瓣比该值可得到主旁瓣比）0i1i d212sinindndm212arcsin?m最小的nmn212sin12022-10-5112、等间距均匀点源离散直线阵的声辐射、等间距均匀点源离散直线阵的声辐射主旁瓣比主旁瓣比：主极大与第一次极大（也是次极大中最大的）比值的分贝数当 、的整数倍时，声压振幅出现极小值（各点源的声场抵消，总声压为零），对应极小值的方向：方向锐角或主瓣束宽（全开角）方向锐角或主瓣束宽（全开角）：主极大值两旁第一个极小值之间的夹角。indsinni 0Dndiarcsinndarcsin2nn23sinlog202022-10-5122、等间距均匀点源离散直线阵的声辐射、等间距均匀点源离散直线阵的声辐射常识常识：阵孔径（nd）越大，频率越高，波数宽度越窄-3dB束宽束宽：由主极大的幅值下降倍处两边的夹角或半功率辐射点之间的夹角。nddB42.0arcsin232022-10-5132、等间距均匀点源离散直线阵的声辐射、等间距均匀点源离散直线阵的声辐射 方向性因子和方向性指数方向性因子和方向性指数发射方向性因子发射方向性因子：远场中最大响应方向上声强与同一距离处各方向辐射声强平均值之比 发射指向性指数发射指向性指数：发射阵的方向性因子的分贝数。10lgTDIRmax22004,cosrefIRIDd d 0yzxr2220max2232kcn QIr22222022001.,cos432refkcn QIDd dr 2022-10-5143、均匀连续直线阵的声辐射、均匀连续直线阵的声辐射辐射声压方向性图辐射声压方向性图令 ，则阵长为的均匀连续直线阵的方向性函数为：注意注意：连续直线阵永远不会出现栅瓣。主瓣束宽和主瓣束宽和-3dB束宽束宽：0dnLnd L sinsinsinsinsinsinsinlim0LLdndnDLndndLarcsin2 LdB42.0arcsin232022-10-5153、均匀连续直线阵的声辐射、均匀连续直线阵的声辐射方向性因子：方向性因子：方向性函数：方向性函数：2LR 210lgTLDI 302cos4sin22cos2kLkLkLkLkLkLdDR2022-10-5164、无限大障板上平面辐射器的声辐射、无限大障板上平面辐射器的声辐射平面圆形活塞的辐射平面圆形活塞的辐射 设半径为a的圆形平面活塞镶嵌在无限大障板上，如图所示。活塞位于XOY平面内，向上半空间辐射声波，声场对称于z轴。活塞表面各点的振幅和相位相同，则 dSrreecukjtrpSrrjktja2,02022-10-5174、无限大障板上平面辐射器的声辐射、无限大障板上平面辐射器的声辐射轴线上声压变化轴线上声压变化注意注意：轴线声压随距离起伏变化，呈现很强的相干效应。远场声压远场声压 注意注意：活塞远场声压与球面波一样与距离成反比，声场具有方向性。krtjaekakaJracukjtrpsinsin22,120轴线声压轴线声压 202sin4akazaP zcuz 2012azakaP zcuaz 202sin4akazaP zcuz 2012azakaP zcuaz2022-10-5184、无限大障板上平面辐射器的声辐射、无限大障板上平面辐射器的声辐射方向性函数方向性函数 活塞辐射声场的方向性函数为：注意注意：圆形活塞不会出现栅瓣。波束宽度波束宽度 sinsin21kakaJDa61.0arcsin2 adB26.0arcsin232022-10-5194、无限大障板上平面辐射器的声辐射、无限大障板上平面辐射器的声辐射11222221kakaJakRakaDIT2lg20lg20方向性因子和方向性指数方向性因子和方向性指数2022-10-5205、声波的接收方向特性、声波的接收方向特性 接收方向性函数接收方向性函数定义定义：设离接收系统参考中心的远场处球面上有一点源，接收系统的输出电压V与接收中心的方位有关，则接收系统方向性函数为：式中，为参考方位上的输出电压，一般选取输出电压最大值。注意注意：远场条件：根据互易原理，可逆换能器的接收方向性函数与它的根据互易原理，可逆换能器的接收方向性函数与它的发射方向性函数相同。发射方向性函数相同。0,0,VVD0,0V2Lr 2022-10-5215、声波的接收方向特性、声波的接收方向特性 接收方向性指数接收方向性指数接收方向性因子接收方向性因子：接收方向性指数接收方向性指数：注意注意：同一可逆换能器，其接收指向性指数和发射指向性指数相同。0244,dNRNDd无方向性接收器的输出噪声功率有方向性接收器的输出噪声功率ddNLNLdDNNDI0420,4lg10lg102022-10-5226、作业、作业 SDIRDI1.声纳系统的发射指向性指数为 ，接收指向性指数为 ，如果其辐射声功率为W，相应辐射声源级为多少？在主动工作方式下的声纳方程表示式为什么？2.声纳系统的指向性系数为：其指向性指数DI是多少？3.两个相同点声源沿X方向相隔间距d排列，试给出其远场 的声压函数和指向性函数表达式。),(rM其它00;22cos2coscos,D2022-10-5236、第二章小节、第二章小节 声学基础知识（了解）声学基础知识（了解）波动方程的导出（了解）波动方程的导出（了解）声场中的能量关系（了解）声场中的能量关系（了解）波动方程的解（重点）波动方程的解（重点）平面波平面波 球面波球面波 柱面波柱面波 介质的特性阻抗与声阻抗率介质的特性阻抗与声阻抗率 平面波在两种不同均匀介质界面上的反射平面波在两种不同均匀介质界面上的反射和折射（重点）和折射（重点）2022-10-5246、第二章小节、第二章小节 发生全透射的条件、特点发生全透射的条件、特点 发生全反射的条件、特点发生全反射的条件、特点 发生全内反射的条件、特点发生全内反射的条件、特点 群速度和相速度（了解）群速度和相速度（了解）等间距均匀点源离散直线阵的方向性函数等间距均匀点源离散直线阵的方向性函数（重点）（重点）主瓣、栅瓣、旁瓣的位置主瓣、栅瓣、旁瓣的位置 主极大、副极大、次极大、零点的位置主极大、副极大、次极大、零点的位置 方向锐角或波束宽度、方向锐角或波束宽度、-3dB波束宽度波束宽度 波束宽度与基阵孔径、声波频率的关系波束宽度与基阵孔径、声波频率的关系2022-10-5256、第二章小节、第二章小节 可逆换能器阵的发射方向性与接收方向性可逆换能器阵的发射方向性与接收方向性关系关系均匀连续直线阵的声辐射均匀连续直线阵的声辐射(了解了解)无限大障板上平面辐射器的声辐射无限大障板上平面辐射器的声辐射(了解了解)声波的接收方向特性声波的接收方向特性(重点重点)