Поглощение и рассеяние звука в море. Реверберация
Интенсивность звука - это количество энергии, которую переносит звуковая волна в течение секунды через площадь в 1 м2, расположенную перпендикулярно направлению распространения волны.
При распространении звуковой волны происходит постепенное её затухание, т. е. уменьшение интенсивности и амплитуды. Знание законов затухания звука важно для определения предельной дальности распространения звукового сигнала.
Затухание обусловливается рядом факторов, которые проявляются в той или иной степени в зависимости от характеристик самого звука (в первую очередь его частоты) и от свойств водной среды. Эти факторы можно подразделить на две группы.
В первую входят факторы, связанные с законами волнового распространения звука в среде. Так, при удалении от источника звука интенсивность его убывает обратно пропорционально квадрату расстояния.
Вторая группа факторов, определяющих затухание звука, связана с физическими процессами в воде - необратимым переходом звуковой энергии в другие формы (главным образом в тепло), т.е. с поглощением звука, обусловленным вязкостью и теплопроводностью среды («классическое поглощение»), а также переходом звуковой энергии в энергию внутримолекулярных процессов (молекулярное или релаксационное поглощение за счет изменения структуры молекул воды ).
Кроме поглощения звуковой энергии происходит уменьшение силы звука в заданном направлении, вследствие рассеяния энергии звука имеющимися в воде пузырьками газа, частицами органического и неорганического происхождения, а также неоднородностями самой воды.
Затухание звука в море при отсутствии примесей происходит преимущественно за счет поглощения звуковой энергии, и рассеяние в этом случае играет второстепенную роль. При наличии примесей значение рассеяния возрастает и затухание звука в море происходит значительно быстрее.
В целом, затухание звука в море определяется как его поглощением, так и рассеянием. Поскольку сложно разделить потери звуковой энергии на поглощение и рассеяние, при гидроакустических расчетах применяется коэффициент затухания γ, характеризующий суммарное ослабление силы звука. Затухание звука выражается экспоненциальным законом:
Ix=I 0e-γx
где I0 - начальная интенсивность звука; Ix - интенсивность на расстоянии х от излучателя, γ - коэффициент поглощения звука.
Коэффициент поглощения звука измеряется в децибелах на единицу расстояния (дБ·км-1)
Рассеяние звука неоднородностями, а также неровностями поверхности воды и дна вызывает явление реверберации.
Реверберация в море (послезвучание) заключается в том , что после прекращения действия источника звука в течении некоторого промежутка времени (от долей секунды до нескольких секунд) в некоторой области пространства, в которой распространяется звук, наблюдается постепенно убывающий по силе звуковой сигнал, обусловленный рассеиванием. Т. е многократным отражением звуковых волн от неоднородностей окружающей среды.
Неоднородностями в толще воды являются воздушные пузырьки, взвешенные частицы, неровности поверхности моря и дна, живые организмы. Эти объекты называются рассеивателями. Непрерывность звучания объясняется тем, что рассеиватели находятся близко друг от друга. Звуковые волны отражаются сначала от ближних к излучателю рассеивателей, а затем от рассеивателей, расположенных на большем удалении
Различают послезвучание, наблюдаемое в море в результате отражения и рассеяния исходного звука от дна (донная реверберация), взволнованной поверхности (поверхностная реверберация) и неоднородностей водной среды, рыб и других биологических объектов (объёмная реверберация). Интенсивность каждой из них различна.
Приборы для измерения глубины моря – эхолоты иногда показывают дно на глубинах, намного меньших истинных. Контрольные проверки лотами определяют значительно большие глубины. Фиктивное дно получило название явления «призрачного дна».
В толще моря существуют как отдельные дискретные рассеиватели, так и отдельные, простирающиеся горизонтально, биологические скопления, залегающие обычно на глубинах до 1000 м. «Призрачное дно» образовано именно этой полупрозрачной для звука биологической пеленой, которая при заходе Солнца поднимается до глубины 100-150 м, а на рассвете опускается на 300-600 м. Эта живая опускающаяся и поднимающаяся пелена получила название звукорассеивающего слоя (ЗРС).
Рассеянное поле в толще моря создается лишь тогда, когда акустические характеристики рассеивающих объектов существенно отличаются от акустических свойств воды. Главными рассеивателями звука в ЗРС на частотах от 5 до 30 кГц являются рыбы с плавательными пузырями, представляющими собой акустические резонаторы.
На частотах 50-100 кГц преобладающую роль в рассеянии звука в ЗРС играют плотные скопления небольших кальмаров, ракообразных и рыб без плавательных пузырей.
Дата добавления: 2016-02-02; просмотров: 1119;