ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Рассеяние звука в воде гидроакустика) из "Распространение и рассеяние волн в случайно-неоднородных средах Т.1 " НОСТИ И в) на нерегулярностях поверхности и дна океана [88, 109, 115, 150, 157]. В данном разделе мы сначала приведем краткое описание типичных акустических свойств океана. Затем мы рассмотрим характеристики двух основных видов рассеивателей в воде — воздушных пузырьков и рыб. Турбулентность и характеристики неровных поверхностей рассматриваются в гл. 16—21. [c.67] Температура верхнего 200-метрового слоя воды в океане относительно постоянна (изотермична), если не принимать во внимание флуктуации температуры, обусловленные турбулентностью. Ниж е этого слоя появляется значительный вертикальный градиент температуры, которая примерно на глубине 1000 м достигает своего минимального значения около 4°С. Эта область называется термоклином. Далее температура равномерно возрастает вплоть до дна океана. [c.67] Скорость звука в воде, содержащей несколько объемных про-центов воздушных пузырьков, существенно меньше скорости звука в воде без пузырьков и имеет значение порядка 40 м/с. Она уменьшается до 20 м/с в воде с содержанием воздуха 50 о.бъемн. % [150]. [c.67] Типичные кривые зависимости скорости звука С (г) от глубины приведены на рис. 3.12. На умеренных широтах имеется минимум скорости звука вблизи глубины г = 1270 м в экваториальных областях этот минимум расположен несколько ближе к поверхности. Звук может захватываться окрестностью этого минимума и распространяться в ней без существенного ослабления. Таким образом, область, расположенная на такой глубине, образует акустический волновод, или звуковой канал (канал ЗОРАР). [c.68] Вблизи поверхности океана также возможно появление от-носительного минимума скорости звука на глубинах в несколько сотен метров. Эта область называется поверхностным звуковым каналом. [c.68] Очевидно, что более высокочастотные сигналы на обычных дистанциях в океане практически непригодны из-за чрезмерного поглощения. Однако в лабораторных условиях для модельных экспериментов или на коротких дистанциях щироко исполь зуются сигналы с частотами в несколько мегагерц. [c.69] Уровень акустического давления обычно выражают в децибелах по отношению к опорному уровню ) 0,1 Па = 1 мкбар. Если акустическое давление равно 1 Па, то это означает, что его уровень на 201д( 1/0,1)= 20 дБ превышает уровень 1 мкбар. [c.70] Мы описали некоторые общие характеристики акустических волн в океанической воде. Обратимся теперь к описанию двух основных видов рассеивателей в океане — воздушных пузырьков и рыб. [c.70] Воздушные пузырьки присутствуют главным образом вблизи поверхности, на глубинах в несколько метров. Их возникновение обусловлено опрокидыванием волн, следами кораблей и подводных лодок, падением снежинок и дождевых капель, а также жизнедеятельностью морских животных, например сифонофор. Размеры пузырьков могут меняться от нескольких микрометров до нескольких сотен микрометров, а их концентрация составляет от нескольких пузырьков в одном литре, до сотен пузырьков в одном кубическом сантиметре. [c.70] Приведем связь единиц СИ и СГС, широко используемых в акустике. Давление 1 Па = 10 дин/см = 10 мкбар сила 1 Н = 10 дин мощность 1 Вт = 10 эрг/с энергия 1 Дж = 10 эрг. Используется также другой опорный уровень 2-10— мкбар = 2-10-5 Па. Этот опорный уровень обычно используется в воздухе и отвечает пределу слышимости человеком сигнала частоты I кГц. Интенсивность соответствующей плоской волны В воздухе приблизительно равна (2-10- )7400 = Ю- Бг/м [87, 101]. [c.70] Постоянная затухания бг, обусловленная рассеянием, дается формулой 8г = кгй — 0,013, где кг = (Иг/С, С — скорость звука в воде. Тепловые и вязкие потери приближенно пропорциональны и /г соответственно. Зависимости этих постоянных затухания от г приведены на рис. 3.14. Из (3.19) видно, что при резонансе Оз значительно превосходит геометрическое сечение па . [c.71] Примеры сечений в зависимости от частоты приведены на рис. 3.15 для а = 100 мкм (fr = 32,2 кГц) и а = 50 мкм (64,4 кГц). [c.73] Акустический импеданс спинного хребта составляет 2,5- 10 кг/м с, поэтому он дает больший вклад в рассеяние. Спинной хребет можно аппроксимировать цилиндром длины 0,65 L и диаметра 0,012 L. Наиболее сушественным для рассеяния акустических волн является плавательный пузырь, так как находящийся внутри него воздух почти полностью отражает звук. Плавательный пузырь можно аппроксимировать цилиндром длины 0,24 Z, и радиуса 0,0245 L. На рис. 3.16 приведен приблизительный диапазон экспериментальных значений сечения обратного рассеяния по данным работы Хаслетта (см. [150]). Эти данные огра шчиваются диапазоном 3 L/k С 60, но можно ожидать, что при L/X 60 преобладают геометрооптические эффекты и a/L должно быть пропорционально L/X)p, где р меняется от О (эллипсоидальная форма) до 1 (цилиндрическая форма) и далее до 2 (плоская форма). При /Я С 3 должно быть применимо рэлеевское приближение. В этом случае р = 4. [c.74] Вернуться к основной статье