《计算海洋声学》读书笔记

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1、《计算海洋声学》读书笔记　　今天开始自学美国物理学会出版的“现代声学与信号处理”丛书之一的《计算海洋声学》一书，英文名称ComputationalOceanAcoustics，作者：（美）JensenF.B.,W.A.Kuperman,M.B.Porter,H.Schmidt，张润中、唐宗瑜译。　　本帖笔记为纸质笔记本上的二次摘选。多数为自己的理解，如果正确，权作备忘；如果错误，敬请指正。　　希望从今天起，人生有所改观。 第1章海洋声学基础 1.1引言1.什么是“声掩蔽”？　　简单地说就是，由于波的相互干扰，而使得有些

2、波（信号）被“掩盖”了，不易被察觉。　　例如，在一个漆黑的房间中，一个手电筒不停地开关开关，这时候，手电筒的光很容易看到，甚至分散人的注意力；如果把房间的灯打开，而手电筒同样还是在不停地开关开关，这时候手电筒的光就不容易被看到了，因为它被 “掩盖”了。 　　相互干扰的波（信号）所组成的系统，可称为“声掩蔽系统”。如，可以人为地将一些比较顺耳的背景声音加的环境中，“掩蔽”掉分散人注意力的一些声音（信号），从而改善工作环境，提高工作效率。这就是一种“声掩蔽系统”的工作原理。2.什么是“射线理论”？　　一般认为“射线理论”针

3、对于“波动理论”，是指粒子运动理论。将物体运动理解为粒子沿曲线（射线）运动，并有运动轨迹。特别在光学和电磁学领域，射线理论和波动理论长期处于争斗之中。爱因斯坦的波粒二象性指出，光既有粒子特性，也有波动特性……扯远了　　声学中的“射线”概念是对波动理论的一种近似而得出的，是研究声波传播的一种重要工具。 1.2海洋声学环境1.声速（c）　　声速c是温度T、盐度S、深度z的递增函数。一般经验函数简化地表示为：c=1449.2+4.6T-0.055T²+0.00029T³+(1.34-0.01T)(S-35)+0.016z其中

4、单位，T：摄氏度，S：克（或质量千分数），z：米。※ “下午效应”：略（百度百科有）。2.海水分层（按声学特性）：　　混合层（等温层）、温跃层、深海等温层（恒温4℃）。　　一般在温跃层与深海等温层间有个声速极小值，此深度成为“深海声道轴”。※ “波导”：实际大气和海洋中，由于边界或者由于介质的不均匀性对波能的折射或反射，使得波能被局限在有限区域或通道内，这样的区域或通道称为波导。 1.3一些声学预备知识1.声强　　声传播时也伴随着能量的传播。用单位时间内通过垂直于声波传播方向的单位面积的能量（声波的能量流密度）表示。声

5、强的单位是瓦/平方米。声强的大小与声速成正比，与声波的频率的平方、振幅的平方成正比。　　声音强度由振动幅度的大小决定。以能量来计算称声强，以压力计算表示时称声压。声强（I）与声压（P）的关系为：I=P²/(ρc)           （此时P为有效值，若P为幅值，则I=P²/(2ρc)）其中ρ-介质密度，c-声速。2.声强级　　为了简化表示，一般用声强级来表示声音的强度（如声源级、噪声级等）。某一处的声强级，是指该处的声强与参考声强的比值，取常用对数后再乘以10，度量它的单位为分贝，符号为dB。如：SIL=10lg(I

6、/Io)，Io表示参考声强。一般公认的参考声强是：均方根声压为1μPa的平面波的声强。　　由声强与声压的关系：I=P²/(ρc)，及海水中ρc=1.5*10^6kg/(m²s)，则1μPa的平面波的声强为0.67*10^-18W/m²（0dB=1μPa）。※声压级，其实就是声强级写成声压表示的形式：SPL=20lg(P/Po)。  【I=10lg(I/Io)=10lg(P²/Po²)=20lg(P/Po)，均匀介质】3.谱级　　考虑带宽时的声强级。常用的参考带宽为1Hz。4.传播损失　　是信号强度随距离变化的标准量度。

7、定义为：声场中某一点的声强与距离声源1m处的声强之比（取对数乘-10）。简言之，就是某点相对于参考点（声源1m处）的声强级（取负值）。即：TL    =    -10lg [I(r,z)/Io]   =    -20lg[

8、P(r,z)

9、/

10、Po

11、]　　两种主要的几何扩展规律：球面扩展：I∝1/(4πr²)，TL=20lgr 【dBre1m】；柱面扩展：I∝1/(2πrh)，TL=10lgr 【dBre1m】。※传播损失可认为是“几何扩展损失”与“衰减损失”之和。 20110718海口 ★讨论：有关1.2节声速经验公式

12、的讨论。c=1449.2+4.6T-0.055T²+0.00029T³+(1.34-0.01T)(S-35)+0.016z　　比较容易看出：c是z的增函数，c是S的增函数（T≤100）；但不易看出；c是否T的增函数，或增区间与S有什么关系。下面来讨论：　　c对T的导数：əc/əT=0.00087T²-0.11T+4.95-0.01