Основы гидроакустики. История гидроакустики. Особенности распространения акустических волн в воде
03
авг
2017
Библиотека инженера-гидроакустика. Основы гидроакустики (Урик Р.Дж.)
Серия:
Библиотека инженера-гидроакустика
Формат:
DjVu, Отсканированные страницы + слой распознанного текста
Урик Р.Дж.
Год выпуска:
1978
Жанр:
инженерные науки
Издательство:
Судостроение
Язык:
русский
Количество страниц:
448
Описание:
В книге Роберта Дж. Урика - одного из крупнейших специалистов США в области гидроакустики - освещены вопросы, связанные с распространением гидроакустических сигналов в глубоком и мелком море, отражением и рассеиванием этих сигналов в среде и от ее границ, источниками и характеристиками шумов и помех. Приведены рекомендации по расчету параметров различной гидроакустической аппаратуры.
Одним из достоинств книги является удачное сочетание строгой научности с популярностью изложения, математический аппарат сведен к необходимому минимуму.
Книга рассчитана на специалистов в области гидроакустики, учащихся высших и средних учебных заведений соответствующих специальностей, а также может представить интерес для широкого круга читателей, интересующихся вопросами гидроакустики и гидролокации.
13
июл
2017
Библиотека инженера-гидроакустика. Справочник по гидроакустике (Евтютов А.П., Колесников А.Е., Ляликов А.П. и др.)
Автор: Евтютов А.П., Колесников А.Е., Ляликов А.П. и др.
Год выпуска: 1982
Жанр: Справочник
Издательство: Судостроение
Язык: русский
Количество страниц: 344
Описание: Справочник содержит систематизированные сведения по гидроакустике. Приведены материалы по акустическим характеристикам океана, гидроакустической технике, дальности действия гидроакустических средств и др. Предлагаемый вниманию читателей справочник содержит систематизированные сведения, относящиеся к широкому кругу вопросов прикладной гидроакустики. Ос...
14
июн
2017
Библиотека инженера-гидроакустика. Акустические подводные низкочастотные излучатели (Римский-Корсаков А.В. и др.)
Серия: Библиотека инженера-гидроакустика
Формат: PDF/DjVu, Отсканированные страницы + слой распознанного текста
Автор: Римский-Корсаков А.В. и др.
Год выпуска: 1984
Жанр: Гидроакустика
Издательство: Судостроение
Язык: русский
Количество страниц: 184
Описание: В книге представлены основные типы подводных низкочастотных акустических излучателей для океанологических исследований и промышленного использования. Дана классификация основных видов низкочастотных излучателей, рассмотрены принципы их действия, основные технические характеристики, конструктивные особенности, а также вопросы энергоснабжен...
17
июн
2017
Библиотека инженера-гидроакустика. Гидроакустическая аппаратура рыбопромыслового флота (Орлов Л.В., Шабров А.А.)
Серия: Библиотека инженера-гидроакустика
Формат: DjVu, Отсканированные страницы + слой распознанного текста
Автор: Орлов Л.В., Шабров А.А.
Год выпуска: 1987
Жанр: Машиностроение
Издательство: Судостроение
Язык: русский
Количество страниц: 222
Описание: Описывается организация разработки изделий. Рассматриваются задачи инженерного расчета антенн поисковых станций эхолотов и доплеровских лагов. Приводятся сведения по направленности антенн и гидрофонов с импедансными экранами конечных размеров уточненные выражения и графики для расчета пьезоэлектрических преобразователей. Описываются способы опре...
02
июл
2017
Библиотека инженера-гидроакустика. Излучение и рассеяние звука (Шендеров Е.Л.)
ISBN: 5-7355-0101-1
Серия: Библиотека инженера-гидроакустика
Формат: DjVu, Отсканированные страницы
Автор: Шендеров Е.Л.
Год выпуска: 1989
Жанр: Физика
Издательство: Судостроение
Язык: русский
Количество страниц: 304
Описание: Изложены основные вопросы, связанные с излучением и рассеянием звуковых волн в гидроакустике. Рассмотрены методы расчета звуковых полей для гидроакустических излучателей сложной формы и методы определения характеристик звуковых полей, рассеянных препятствиями. Для инженеров, занимающихся проектированием судовых гидроакустических приборов, специалистов по судовой и архит...
09
сен
2016
Гиперболоид Инженера Гарина (Алексей Толстой)
Формат: аудиоспектакль, AAC, 192 kbps
Автор: Алексей Толстой
Год выпуска: 2016
Жанр: фантастика, роман
Издательство: Радио России
Исполнитель: Сергей Чонишвили, Мадлен Джабраилова, Алексей Колубков, Игорь Гордин, Андрей Данилюк
Продолжительность: 04:02:01
Описание: В начале мая 192… года в Ленинграде на заброшенной даче на реке Крестовке происходит убийство. Сотрудник уголовного розыска Василий Витальевич Шельга обнаруживает зарезанного человека со следами пыток. В просторном подвале дачи проводились какие-то физико-химические опыты. Высказывается предположение, что убитый - это некий инженер...
28
окт
2012
Гиперболоид инженера Гарина (Алексей Толстой)
Формат: аудиокнига, MP3, 192kbps
Автор: Алексей Толстой
Год выпуска: 2011
Жанр: Фантастика
Издательство: Равновесие
Исполнитель: Сергей Ефремов
Продолжительность: 13:09:17
Описание: Роман «Гиперболоид инженера Гарина» (1927), одно из немногих фантастических произведений писателя, несколько раз перерабатывался им в 1934, 1936 и 1939 годах. Необыкновенные приключения русского ученого и авантюриста Петра Гарина происходят на фоне революционных событий в России и в мире, вызывающих изменения и на географических картах, и в сознании людей. Одержимый идеей мирового господства главный герой одновреме...
09
мар
2013
Гиперболоид инженера Гарина (Алексей Толстой)
Формат: аудиоспектакль, MP3, 160kbps
Автор: Алексей Толстой
Год выпуска: 2008
Жанр: Фантастика, приключения
Издательство: Радио России
Исполнитель: Сергей Чонишвили, Мадлен Джабраилова, Алексей Колубков, Игорь Гордин, Андрей Данилюк, Ирина Киреева, Глеб Подгородинский, Дмитрий Писаренко, Александр Пономарев
Продолжительность: 04:02:02
Описание: В начале мая 192… года в Ленинграде на заброшенной даче на реке Крестовке происходит убийство. Сотрудник уголовного розыска Василий Витальевич Шельга обнаруживает зарезанного человека со следами пыток. В просторном подвале дачи проводились какие-то фи...
16
апр
2013
Справочник инженера-схемотехника (Р.Корис, Х.Шмидт-Вальтер)
ISBN: 978-5-94836-164-2
Формат: DjVu, OCR без ошибок
Автор: Р.Корис, Х.Шмидт-Вальтер
Год выпуска: 2008
Жанр: Техническая литература
Издательство: Техносфера
Язык: Русский
Количество страниц: 608
Описание: Удобный, компактный и достаточно полный источник информации по электротехнике и электронике, основам расчета цепей постоянного и переменного тока, закономерностям электрических и магнитных полей, принципам измерения основных электрических величин, аналоговой и цифровой схемотехнике, силовым электрическим компонентам. Большое количество иллюстраций упрощают поиск необходимой информации. Книг...
08
фев
2014
Гиперболоид инженера Гарина (Толстой Алексей)
Автор: Толстой Алексей
Год выпуска: 2014
Жанр: Фантастика
Издательство: Нигде не купишь
Исполнитель: Прудовский Илья
Продолжительность: 14:59:44
Описание: Алексей Николаевич Толстой (1883–1945) – выдающийся русский советский писатель, поэт и драматург, классик отечественной литературы, автор множества разноплановых произведений: от эпопеи «Хождение по мукам» до детской сказки «Золотой ключик, или приключения Буратино». Роман «Гиперболоид инженера Гарина» (1927), одно из немногих фантастических произведений писателя, несколько раз перерабатывался им в 1934, 1936 ...
10
сен
2012
Гиперболоид инженера Гарина (Алексей Толстой)
Формат: аудиокнига, MP3, 128kbps
Автор: Алексей Толстой
Год выпуска: 2009
Жанр: Научная фантастика
Издательство: Вира-М
Исполнитель: Дмитрий Савин
Продолжительность: 12:14:23
Описание: Знаменитый роман Алексея Николаевича Толстого по праву вошел в золотой фонд отечественной фантастики. Талантливый, но тщеславный и корыстный инженер Петр Гарин изобрел уникальный аппарат, способный сжигать тепловым лучом корабли, уничтожать заводы, прожигать землю. С его помощью изобретатель рассчитывает завладеть несметными запасами золота в глубине земли и стать диктатором всего мира. И ему это почти удается, ...
19
июл
2011
Гиперболоид инженера Гарина (Алексей Толстой)
Формат: аудиокнига, MP3, 160kbps
Автор: Алексей Николаевич Толстой
Год выпуска: 2005
Жанр: фантастика
Издательство: СиДиКом
Исполнитель: Кирилл Петров
Продолжительность: 10:51:40
Описание: Картины того, как зарождается диктатура, и какой финал ее ждет, рисует нам этот роман-предупреждение, написанный на заре отечественной фантастики. Гарин – талантливый инженер, в котором "гений и злодейство" оказываются легко совместимы – создает оружие, которое, по его замыслу, поможет ему завладеть миром. Но кто имеет все – не имеет ничего. Гиперболоид может сжигать корабли, взрывать заводы, прожигать земл...
08
июн
2015
Гиперболоид инженера Гарина (Алексей Толстой)
Формат: Радиоспектакль, MP3, 192kbps
Автор: Алексей Толстой
Год выпуска: 2008
Жанр: Русская классическая инсценированная фантастика
Издательство: Радио России
Исполнительи: Сергей Чонишвили, Мадлен Джабраилова, Алексей Колубков, Игорь Гордин, Андрей Данилюк, Ирина Киреева, Глеб Подгородинский, Дмитрий Писаренко, Александр Пономарев
Продолжительность: 04:02:02
Описание: В начале мая 192… года в Ленинграде на заброшенной даче на реке Крестовке происходит убийство. Сотрудник уголовного розыска Василий Витальевич Шельга обнаруживает зарезанного человека со следами пыток. В просторном подвале дачи...
14
июн
2008
Год выпуска: 2008
Версия: апрель 2008
Разработчик: ООО "Издательство Форум Медиа Совместимость с Vista: да
Системные требования: Windows 2000/XP
Язык интерфейса: только русский
Таблэтка: Присутствует
Описание: Оглавление 1. Правовые основы охраны труда 1.1. Основные положения российского законодательства об ОТ (краткий перечень) 1.2. Основные подзаконные и другие нормативные акты (перечень основных документов) 1.3. Обязанности работодателя по обеспечению безопасных условий и ОТ 1.4. Государственные органы управления ОТ 1.5. Органы надзора и контроля 1.6. Ответственность за нарушение требован...
20
апр
2010
Основы аюрведы (Сергей Серебряков) [Эзотерика, МР3]
Автор: Сергей Серебряков
Жанр: аудиолекции по ведической культуре
Издательство: Открытый Ведический Университет
Исполнитель: Сергей Серебряков (Кишора Кишори дас)
Продолжительность: 10:48:00
Описание: Серебряков Сергей Владимирович родился в Санкт - Петербурге в 1971 году. Специалист в области семейной и детской психологии, хиромантии. С 1991 года изучает ведические науки и имеет официальное посвящение от представителя цепи ученической преемственности ведической мудрости. Получил высшее образование в Институте Бхактиведанты (Бомбей, Индия), по специальности аюрведа. На сегодняшний день являетс...
20
июл
2008
Основы оптоэлектроники
ISBN: 5-03-001207-9
Формат: DjVu, Отсканированные страницы
Год выпуска: 1988
Автор: Я. Суэмацу, С. Катаока, К. Кисино, Я.Кокубун, Т. Судзуки, О. Исии, С. Ёнэдзава.
Жанр: учебная литература
Издательство: Мир, Москва
Количество страниц: 288
Описание: Книга является переводом второго тома 11-томной серии по микроэлектронике, написанной крупными японскими специалистами. Посвящена современным методам разработки, изготовления и применения оптоэлектронных элементов, устройств памяти ЭВМ, а также устройств визуального отображения информации. Рассмотрены физические принципы работы этих устройств, их ко...
И акустика), раздел акустики, в котором изучается распространение акустических волн в естественной водной среде, а также рассматриваются различные области и способы их подводного применения. Звук - единственный вид излучения, распространяющийся в жидкости на сколько-нибудь значительное расстояние. Поэтому звуковые волны являются единственным средством передачи и получения информации подводным путём для различных целей - навигационных, военных, подводной связи, обеспечения морских промыслов.
Возможность использования подводного звука известна с давнего времени. В 15 веке Леонардо да Винчи предложил прослушивать находящиеся в море корабли посредством опущенной в воду одним концом трубки. К началу 20 века в качестве средства навигации в прибрежных водах рассматривался подводный колокол. Разработка и применение гидроакустических методов для военных целей начались в годы 1-й мировой войны. В 1916 году российский инженер К. Шиловский совместно с П. Ланжевеном проводили испытания первого устройства для акустической эхолокации подводных объектов. Ланжевен разработал для этих целей пьезоэлектрический кварцевый преобразователь. В 1918 году была показана возможность обнаружения подводных лодок посредством гидроакустических сигналов. Противолодочные гидроакустические устройства широко использовались во время 2-й мировой войны. В 20 веке области применения методов гидроакустики существенно расширились в связи с развитием военно-морской и навигационной техники, а также с возрастающим промышленным освоением Мирового океана.
Основной научной задачей гидроакустики является изучение особенностей распространения акустических волн в реальных водных средах (океанах, морях, озёрах и т.п.), что сближает её с акустикой океана. Дальность распространения подводных звуков определяется поглощением звука в среде и дополнительным затуханием звука, вызываемым рассеянием на неоднородностях водной толщи, взволнованной поверхности, неровностях дна и поглощением в донных осадках. Рефракция звука, вызываемая пространственным изменением скорости звука, может, с одной стороны, приводить к образованию рефракционных зон звуковой тени (зон молчания), с другой - к явлению сверхдальнего распространения звука в океане за счёт образования подводного звукового канала. В условиях существования подводного звукового канала дальность распространения звука на частотах ниже нескольких килогерц от источника средней мощности (например, от взрыва небольших зарядов весом 1-2 кг) может достигать сотен и тысяч километров. С повышением частоты звука (ультразвук) затухание существенно увеличивается и дальность распространения сокращается до 3-5 км. На поглощение и рассеяние звука высокой частоты оказывают влияние мелкомасштабные неоднородности (турбулентность, звукорассеивающие слои биологического происхождения, пузырьки газов и др.). Особенно сильно этот эффект заметен в приповерхностном слое воды, где больше всего неоднородностей. Рассеяние звука неоднородностями толщи воды и её границ (морское волнение, неровности дна) вызывает явление подводной реверберации, которая является существенной помехой для ряда практических применений гидроакустики. Пределы дальности обнаружения гидроакустических сигналов ограничиваются и собственными шумами моря, вызываемыми обрушением волн, дождём, перекатыванием гальки морским прибоем, а также звукоизлучением морской фауны (киты, креветки и др.) и техногенными процессами (судоходство, промышленная деятельность на морских шельфах и тому подобное).
Научно-техническая задача гидроакустики - создание технических средств, основанных на использовании распространения звука в естественных водоёмах, так называемых гидроакустических средств. Их назначение: обнаружение, классификация подводных объектов и слежение за ними (смотри Гидролокация), осуществление связи между подводными и надводными кораблями, обеспечение безопасности судовождения; проведение океанографических исследований; обеспечение рыболовства и промыслов морских животных (смотри Рыболокация), поиск и разведка полезных ископаемых на поверхности и в толще морского грунта, сопровождение подводных буровых работ, контроль акустических полей морских судов и др. Конкретные виды гидроакустических средств, соответствующие одному (реже нескольким) из указанных назначений, называют гидроакустическими системами или гидроакустическими станциями; они могут объединяться в гидроакустические комплексы. К гидроакустическим устройствам относятся гидролокаторы, шумопеленгаторы, системы визуализации звукового поля, эхолоты, гидроакустические лаги, гидроакустические маяки, рыболокаторы (рыбопоисковые станции), гидроакустические буи.
Гидроакустические системы и комплексы могут устанавливаться на судах или кораблях, опускаться за борт или буксироваться. Они могут быть стационарными (т. е. расположенными на дне, чаще всего вблизи берега), позиционными (устанавливаемыми на якорях в определённых точках океана), свободно дрейфующими. Портативные гидроакустические средства применяются водолазами и аквалангистами.
К научно-техническим задачам гидроакустики относится также создание элементов гидроакустических средств - гидроакустических антенн, подводных излучателей звука и подводных приёмников звука (гидрофонов), а также электронных устройств для формирования излучаемого сигнала и обработки принятого. Для обработки полученной информации применяется электронно-вычислительная техника, адаптированная к специфике гидроакустических задач.
Лит.: Урик Р. Дж. Основы гидроакустики. Л., 1978; Справочник по гидроакустике. 2-е изд. Л., 1988; Корякин Ю. А., Смирнов С. А., Яковлев Г. В. Корабельная гидроакустическая техника. СПб., 2004.
Р. Ф. Швачко, И. П. Голямина.
Гидроакустика (от греч. hydor - вода, akusticoc - слуховой) - наука о явлениях, происходящих в водной среде и связанных с распространением, излучением и приемом акустических волн. Она включает вопросы разработки и создания гидроакустических средств, предназначенных для использования в водной среде.
История развития
Основы гидроакустики
Особенности распространения акустических волн в воде
Компоненты события появления эхосигнала.
Начало всесторонних и фундаментальных исследований по распространению акустических волн в воде было положено в годы Второй мировой войны, что диктовалось необходимостью решения практических задач военно-морских флотов и в первую очередь подводных лодок. Экспериментальные и теоретические работы были продолжены и в послевоенные годы и обобщены в ряде монографий. В результате этих работ были выявлены и уточнены некоторые особенности распространения акустических волн в воде: поглощение, затухание, отражение и рефракция.
Поглощение энергии акустической волны в морской воде обуславливается двумя процессами: внутренним трением среды и диссоциацией растворенных в ней солей. Первый процесс преобразует энергию акустической волны в тепловую, а второй - преобразуясь в химическую энергию, выводит молекулы из равновесного состояния, и они распадаются на ионы. Этот вид поглощения резко возрастает с увеличением частоты акустического колебания. Наличие в воде взвешенных частиц, микроорганизмов и температурных аномалий приводит также к затуханию акустической волны в воде. Как правило, эти потери невелики, и их включают в общее поглощение, однако иногда, как, например, в случае рассеяния от следа корабля, эти потери могут составить До 90 %. Наличие температурных аномалий приводит к тому, что акустическая волна попадает в зоны акустической тени, где она может претерпеть многократные отражения.
Наличие границ раздела вода - воздух и вода - дно приводит к отражению от них акустической волны, причем, если в первом случае акустическая волна отражается полностью, то во втором случае коэффициент отражения зависит от материала дна: плохо отражает илистое дно, хорошо - песчаное и каменистое. На небольших глубинах из-за многократного отражения акустической волны между дном и поверхностью возникает подводный звуковой канал, в котором акустическая волна может распространяться на большие расстояния. Изменение величины скорости звука на разных глубинах приводит к искривлению звуковых «лучей» - рефракции.
Рефракция звука (искривление пути звукового луча)
|
Рефракция звука в воде: а - летом; б - зимой; слева - изменение скорости с глубиной. Скорость распространения звука изменяется с глубиной, причём изменения зависят от времени года и дня, глубины водоёма и ряда других причин. Звуковые лучи, выходящие из источника под некоторым углом к горизонту, изгибаются, причём направление изгиба зависит от распределения скоростей звука в среде: летом, когда верхние слои теплее нижних, лучи изгибаются книзу и в большинстве отражаются от дна, теряя при этом значительную долю своей энергии; зимой, когда нижние слои воды сохраняют свою температуру, между тем как верхние слои охлаждаются, лучи изгибаются кверху и многократно отражаются от поверхности воды, при этом теряется значительно меньше энергии. Поэтому зимой дальность распространения звука больше, чем летом. Вертикальное распределение скорости звука (ВРСЗ) и градиент скорости оказывают определяющее влияние на распространение звука в морской среде. Распределение скорости звука в различных районах Мирового океана различно и меняется во времени. Различают несколько типичных случаев ВРСЗ: |
Рассеивание и поглощение звука неоднородностями среды.
Распространение звука в подводном звук. канале: а - изменение скорости звука с глубиной; б - ход лучей в звуковом канале. На распространение звуков высокой частоты, когда длины волн очень малы, оказывают влияние мелкие неоднородности, обычно имеющиеся в естественных водоёмах: пузырьки газов, микроорганизмы и т. д. Эти неоднородности действуют двояким образом: они поглощают и рассеивают энергию звуковых волн. В результате с повышением частоты звуковых колебаний дальность их распространения сокращается. Особенно сильно этот эффект заметен в поверхностном слое воды, где больше всего неоднородностей. Рассеивание звука неоднородностями, а также неровностями поверхности воды и дна вызывает явление подводной реверберации , сопровождающей посылку звукового импульса: звуковые волны, отражаясь от совокупности неоднородностей и сливаясь, дают затягивание звукового импульса, продолжающееся после его окончания. Пределы дальности распространения подводных звуков так же ограничиваются собственными шумами моря, имеющими двоякое происхождение: часть шумов возникает от ударов волн на поверхности воды, от морского прибоя, от шума перекатываемой гальки и т. п.; другая часть связана с морской фауной (звуки, производимые гидробионтами: рыбами и др. морскими животными). Этим очень серьёзным аспектом занимается биогидроакустика. |
Дальность распространения звуковых волн
Дальность распространения звуковых волн является сложной функцией частоты излучения, которая однозначно связана с длиной волны акустического сигнала. Как известно, высокочастотные акустические сигналы быстро затухают благодаря сильному поглощению водной средой. Низкочастотные сигналы напротив способны распространяться в водной среде на большие расстояния. Так акустический сигнал с частотой 50 Гц способен распространяться в океане на расстояния в тысячи километров, в то время как сигнал с частотой 100 кГц, обычный для гидролокатора бокового обзора, имеет дальность распространения всего 1-2 км. Приблизительные дальности действия современных гидролокаторов с различной частотой акустического сигнала (длиной волны) приведены в таблице:
Области применения.
Гидроакустика получила широкое практическое применение, поскольку ещё не создано эффективной системы передачи электромагнитных волн под водой на сколько-нибудь значительном расстоянии, и звук поэтому является единственным возможным средством связи под водой. Для этих целей пользуются звуковыми частотами от 300 до 10000 гц и ультразвуками от 10000 гц и выше. В качестве излучателей и приёмников в звуковой области используются электродинамические и пьезоэлектрические излучатели и гидрофоны, а в ультразвуковой - пьезоэлектрические и магнитострикционные.
Наиболее существенные применения гидроакустики:
- Для решения военных задач;
- Морская навигация;
- Звукоподводная связь;
- Рыбопоисковая разведка;
- Океанологические исследования;
- Сферы деятельности по освоению богатств дна Мирового океана;
- Использование акустики в бассейне (дома или в тренировочном центре по синхронному плаванию)
- Тренировка морских животных.
Примечания
Литература и источники информации
ЛИТЕРАТУРА:
- В.В. Шулейкин Физика моря . - Москва: «Наука», 1968г.. - 1090 с.
- И.А. Румынская Основы гидроакустики . - Москва: «Судостроение», 1979 г.. - 105 с.
- Ю.А. Корякин Гидроакустические системы . - СПб: «Наука Санкт-Петербурга и морская мощь России», 2002 г.. - 416 с.
Гидроакустика (от гидро... и акустика ), раздел акустики, изучающий распространение звуковых волн в реальной водной среде (в океанах, морях, озёрах и т.д.) для целей подводной локации, связи и т.п. Существенная особенность подводных звуков -- их малое затухание, вследствие чего под водой звуки могут распространяться на значительно большие расстояния, чем, например, в воздухе.
Так, в области слышимых звуков для диапазона частот 500--2000 гц дальность распространения под водой звуков средней интенсивности достигает 15--20 км , а в области ультразвука -- 3--5 км . Если исходить из величин затухания звука, наблюдаемых в лабораторных условиях в малых объёмах воды, то можно было бы ожидать значительно больших дальностей. Однако в естественных условиях, кроме затухания, обусловленного свойствами самой воды (т. н. вязкого затухания), сказываются ещё рефракция звука и его рассеяние, и поглощение различными неоднородностями среды.
Рефракция звука, или искривление пути звукового луча, вызывается неоднородностью свойств воды, главным образом по вертикали, вследствие трёх основных причин: изменения гидростатического давления с глубиной, изменения солёности и изменения температуры вследствие неодинакового прогрева массы воды солнечными лучами. В результате совокупного действия этих причин скорость распространения звука, составляющая около 1450 м/сек для пресной воды и около 1500 м/сек для морской, изменяется с глубиной, причём закон изменения зависит от времени года, времени дня, глубины водоёма и ряда др. причин.
Звуковые лучи, вышедшие из источника под некоторым углом к горизонту, изгибаются, причём направление изгиба зависит от распределения скоростей звука в среде.
Летом, когда верхние слои теплее нижних, лучи изгибаются книзу и в большинстве своём отражаются от дна, теряя при этом значительную долю своей энергии. Наоборот, зимой, когда нижние слои воды сохраняют свою температуру, между тем как верхние слои охлаждаются, лучи изгибаются кверху и претерпевают многократные отражения от поверхности воды, при которых теряется значительно меньше энергии. Поэтому зимой дальность распространения звука больше, чем летом. Вследствие рефракции образуются т. н. мёртвые зоны (зоны тени), т. е. области, расположенные недалеко от источника, в которых слышимость отсутствует.
Наличие рефракции, однако, может приводить к увеличению дальности распространения звука -- явлению сверхдальнего распространения звуков под водой. На некоторой глубине под поверхностью воды находится слой, в котором звук распространяется с наименьшей скоростью; выше этой глубины скорость звука увеличивается из-за повышения температуры, а ниже -- вследствие увеличения гидростатического давления с глубиной. Этот слой представляет собой своеобразный подводный звуковой канал. Луч, отклонившийся от оси канала вверх или вниз, вследствие рефракции всегда стремится попасть в него обратно (рис. 1.2).
Рис. 1.2. Распространение звука в подводном звуковом канале: а -- изменение скорости звука с глубиной; б -- ход лучей в звуковом канале.
Если поместить источник и приёмник звука в этом слое, то даже звуки средней интенсивности (например, взрывы небольших зарядов в 1--2 кг ) могут быть зарегистрированы на расстояниях в сотни и тысячи км . Существенное увеличение дальности распространения звука при наличии подводного звукового канала может наблюдаться при расположении источника и приёмника звука не обязательно вблизи оси канала, а, например, у поверхности. В этом случае лучи, рефрагируя книзу, заходят в глубоководные слои, где они отклоняются кверху и выходят снова к поверхности на расстоянии в несколько десятков км от источника.
Далее картина распространения лучей повторяется и в результате образуется последовательность т. н. вторичных освещенных зон, которые обычно прослеживаются до расстояний в несколько сотен км . Явление сверхдальнего распространения звука в море было открыто независимо американскими учёными М. Ивингом и Дж. Ворцелем (1944) и советскими учёными Л. М. Бреховских и Л. Д. Розенбергом (1946).
На распространение звуков высокой частоты, в частности ультразвуков, когда длины волн очень малы, оказывают влияние мелкие неоднородности, обычно имеющиеся в естественных водоёмах: микроорганизмы, пузырьки газов и т.д. Эти неоднородности действуют двояким образом: они поглощают и рассеивают энергию звуковых волн. В результате с повышением частоты звуковых колебаний дальность их распространения сокращается. Особенно сильно этот эффект заметен в поверхностном слое воды, где больше всего неоднородностей.
Рассеяние звука неоднородностями, а также неровностями поверхности воды и дна вызывает явление подводной реверберации , сопровождающей посылку звукового импульса: звуковые волны, отражаясь от совокупности неоднородностей и сливаясь, дают затягивание звукового импульса, продолжающееся после его окончания, подобно реверберации, наблюдающейся в закрытых помещениях. Подводная реверберация -- довольно значительная помеха для ряда практических применений гидроакустики, в частности для гидролокации .
Пределы дальности распространения подводных звуков лимитируются ещё и т. н. собственными шумами моря, имеющими двоякое происхождение. Часть шумов возникает от ударов волн на поверхности воды, от морского прибоя, от шума перекатываемой гальки и т.п. Другая часть связана с морской фауной; сюда относятся звуки, производимые рыбами и др. морскими животными.
Гидроакустика получила широкое практическое применение, т.к. никакие виды электромагнитных волн, включая и световые, не распространяются в воде (вследствие её электропроводности) на сколько-нибудь значительном расстоянии, и звук, поэтому является единственным возможным средством связи под водой. Для этих целей пользуются как звуковыми частотами от 300 до 10000 гц , так и ультразвуками от 10000 гц и выше.
Ключевые слова: гидроакустика, рефракция, звуковой канал, сверхдальнее распространение звука, реверберация, гидролокация.
Контрольные вопросы
- 1. Чем занимается гидроакустика?
- 2. Объясните явление рефракции звука в воде.
- 3. В чем заключается явление сверхдальнего распространения звука?
- 4. Чем вызывается подводная реверберация?
Загрузка...
