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时间:2018-06-14
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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
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