第三章海洋中的声吸收—声呐频率设计指导课件

第三章第三章 海洋中的声吸收海洋中的声吸收 声呐频率设计指导声呐频率设计指导7/7/20241第三章 海洋中的声吸收 在第二章中，在第二章中，声声传传播播的的一一个个非非常常简简单单并并且且理理想想化化的的形形式式，即即谐振波的球面传播形式谐振波的球面传播形式7/7/20242在第二章中，8/13/20232传播损失（传播损失（TL）扩展损失扩展损失在传播过程中，波阵面在不断扩大，声强逐在传播过程中，波阵面在不断扩大，声强逐渐减小渐减小（能量守恒）（能量守恒）衰减衰减吸收（体积吸收）吸收（体积吸收）声能不可逆地转换成其它形式的能量声能不可逆地转换成其它形式的能量散射（边界）散射（边界）不平整边界引起的损耗不平整边界引起的损耗声能泄漏出声道声能泄漏出声道7/7/20243传播损失（TL）扩展损失8/13/20233扩展损失扩展损失扩展扩展由发散引起由发散引起没有能量损失没有能量损失声扩展到更大的区域内声扩展到更大的区域内两种类型两种类型:球面球面柱面柱面7/7/20244扩展损失扩展8/13/20234球面扩展：球面扩展：TL(dB)=20 log R短距离短距离:R 1000m球面成份球面成份7/7/20246柱面扩展：球面成份8/13/20236衰减衰减吸收吸收声能变成热能的过程声能变成热能的过程.随频率的增高而增大随频率的增高而增大.散射和混响散射和混响均归结到传播损失不规则项均归结到传播损失不规则项(Anomaly A)中中组成：组成：体积：体积：海洋生物、气泡等海洋生物、气泡等海面：海面：是风的函数是风的函数海底：海底：深海中不成问题深海中不成问题 浅海中作用明显（海底带来折射和吸收）浅海中作用明显（海底带来折射和吸收）7/7/20247衰减吸收8/13/20237当波在吸收介质中传播时，在当波在吸收介质中传播时，在它传播的每一个小单元距离上，它传播的每一个小单元距离上，都有一小部分能量损失。如果都有一小部分能量损失。如果 是某一距离上向量声强的幅度，是某一距离上向量声强的幅度，传播经过一个小的距离增量传播经过一个小的距离增量 后的声强损失为后的声强损失为 (1)其中其中a是一个比例常数，负号是一个比例常数，负号表示是声强的负变量。表示是声强的负变量。从现象来分析球面波体积吸收7/7/20248当波在吸收介质中传播时，在它传播的每一个小单元距离上，都有一对（对（1）式进行积分，）式进行积分，、分别为距离分别为距离 、上的声强。上的声强。得到得到7/7/20249对（1）式进行积分，8/13/20239 令令 ，则，则即距离即距离 和和 之间的声级变化。之间的声级变化。称作称作对数吸收系数对数吸收系数，单位是分贝，单位是分贝/千码。千码。假设假设 在声源处，在声源处，则在任意距离则在任意距离 上，上，7/7/202410 令 ，则因为因为 和和 是成正比的，是成正比的，由于吸收的存在，波数由于吸收的存在，波数 变成了一个复数量。变成了一个复数量。取自然对数，取自然对数，以以e 为底的对数吸收系数，单位是奈贝为底的对数吸收系数，单位是奈贝/千千码。码。7/7/202411因为 和 是成正比的，8/13/202311吸收的起因吸收的起因与纯水相比，海水中的声吸收非常大，与纯水相比，海水中的声吸收非常大，这是由于在声波的影响下海水中发生的这是由于在声波的影响下海水中发生的化学反应所致。化学反应所致。切变粘滞性效应；切变粘滞性效应；体积粘滞效应；体积粘滞效应；离子驰豫现象。离子驰豫现象。7/7/202412吸收的起因与纯水相比，海水中的声吸收非常大，这是由于在声波的7/7/2024138/13/2023137/7/2024148/13/202314归纳起来归纳起来球面扩展球面扩展TL=20 log r+r+A柱面扩展柱面扩展 TL=10 log r+r+A7/7/202415归纳起来球面扩展TL=20 log r+r吸收因子吸收因子 =0.036 f 2 +3.2 x 10-7 f 2 f 2+3600频率以频率以 kHz为单位为单位注意注意:随频率的提高随频率的提高 而增大而增大.7/7/202416吸收因子 a=0.036 f 2 +3.散射散射/混响混响All lumped together as Transmission Loss Anomaly7/7/202417散射/混响All lumped together as 传播损失方程传播损失方程TL=10 log R+30+R+ARange 1000 metersTL=20 log R+R+ARange 1000 metersCylindrical SpreadingAbsorptionTransmission Loss AnomalySpherical SpreadingAbsorptionTLA7/7/202418传播损失方程TL=10 log R+30+a R