《水声学》课程配套习题参考答案

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1、水声学原理《水声学》部分习题参考答案绪论1略2略3略4略5环境噪声和海洋混响都是主动声呐的干扰，在实际工作中如何确定哪种干扰是主要的？解：根据水文条件及声呐使用场合，画出回声信号级、混响掩蔽级和噪声掩蔽级随距离变化的曲线，如下图，然后由回声信号曲线与混响掩蔽级、噪声掩蔽级曲线的交点所对应的距离来确定混响是主要干扰，还是噪声为主要干扰，如下图，rR

2、声呐受到的干扰是：海洋环境噪声、海洋混响和自噪声，若工作频率为1000Hz，干扰来自：风成噪声、海底混响、螺旋桨引起的自噪声及水动力噪声。7已知混响是某主动声呐的主要干扰，现将该声呐的声源级增加10dB，问声呐作用距离能提高多少？又，在其余条件不变的情况下，将该声呐发射功率增加一倍，问作用距离如何变化。（海水吸收不计，声呐工作于开阔水域）20水声学原理解：对于受混响干扰的主动声呐，提高声源级并不能增加作用距离，因为此时信混比并不改变。在声呐发射声功率增加一倍，其余条件不变的情况下，作用距离变为原距

3、离的倍，即。第一章声学基础1什么条件下发生海底全反射，此时反射系数有什么特点，说明其物理意义。解：发生全反射的条件是：掠时角小于等于全反射临界角，界面下方介质的声速大于界面上方介质的声速。发生全反射时，反射系数是复数，其模等于1，虚部和实部的比值给出相位跳变角的正切，即全反射时，会产生相位跳变。2略3略第二章海洋声学特性1海水中的声速与哪些因素有关？画出三种常见的海水声速分布。解：海水中的声速与海水温度、密度和静压力（深度）有关，它们之间的关系难以用解析式表达。2略3略4略5略6声波在海水中传播时

4、其声强会逐渐减少。（1）说明原因；（2）解释什么叫物理衰减？什么叫几何衰减？（3）写出海洋中声传播损失的常用TL表达式，并指明哪项反映的主要是几何衰减，哪项反映的主要是物理衰减；（4）试给出三种不同海洋环境下的几何衰减的TL表达式。20水声学原理解：声波传播时强度衰减原因：声波在传播过程中，波阵面逐渐扩展；海水介质的吸收和海水介质中不均匀性的散射。物理衰减是指声波的机械能转变成其它形式的能量引起的声波衰减。几何衰减是指声波传播中波阵面扩张引起声强减少。海洋中传播损失表达式为：，前一项为几何衰减，后

5、一项为物理衰减。开阔水域适用表面声道和深海声道中适用计及海底吸收时浅海均匀声道适用偶极子声源远场适用1声呐A，B有相等的声源级，但声呐A工作频率fA高于声呐B工作频率fB,问哪台声呐作用距离远，说明原因。解：声呐B工作距离远，因为它的工作频率较低，海水吸收小，所以作用距离较远。2略3声波在海洋中传播时，其声强会逐渐衰减，说明原因。列举三种常用传播损失表达式，并说明适用条件。解：声波传播时强度衰减的原因：声波传播过程中，波阵面逐渐扩展；海水介质的吸收和海水介质中不均匀性的散射。TL=20lgR+R开

6、阔水域适用TL=10lgR+R表面波道和深海声道中适用TL=15lgR+R适用计及海底吸收时的浅海均匀声道TL=40lgR+R适用偶极声源远场4略5略第三章海洋中的声传播理论1略2说明射线声学的基本方程、适用条件及其局限性，并说明球面波和柱面波传播时声线的传播方向。20水声学原理解：射线声学是波动声学的高频近似，适用高频条件和介质不均匀性缓慢变化的情况，但它不适用影区，焦散线。柱面声波的声线垂直于柱的侧面，球面声波的声线垂直于球面。1水平分层介质中的“程函方程”表示如何？若海水中的声速分布如下图，

7、试画出几条典型声线轨迹图。解：（1）波动方程：声压解的形式：其中，程函：在条件下，可得程函方程：强度方程：（2）适用条件：介质中声速（或折射率n）在波长范围内相对变化很小；声波强度在波长范围内变化很小。一般射线声学适合高频远场。（3）水平分层介质中，程函方程可表述为Snell定律，即在同一条声线不同位置的水平出射角度与该点的声速由关系：＝常数。（4）典型声线轨迹图2略3略420水声学原理海水中声速值从海面的1500m/s均匀减小到100m深处的1450m/s。求（1）速度梯度；（2）使海表面的水平

8、声线达到100m深处时所需要的水平距离；（3）上述声线到达100m深处时的角度。解：1）声速绝对梯度2）恒定声速梯度时，声线轨迹是一段圆弧，圆的曲率半径km如右图示，水平传播距离km3）由Snell定律知，到达100m深度时的掠射角为1设海水中有负声速梯度，且其绝对值为常数g，声源处的声速为。试证水平发出的声线穿过的水层厚度为d时，它在水平方向前进的距离。解：如右图示，由声源处水平出射的声线，声线曲率半径，所以水平传播距离一般情况下，声速垂直梯度为远小于1的量所以曲率半径较水深大得