1、第三章第三章 海洋中的声吸收海洋中的声吸收 声呐频率设计指导声呐频率设计指导 在第二章中，在第二章中， 声传播的一个非常简单并且理想化的形式，声传播的一个非常简单并且理想化的形式，即即 谐振波的球面传播形式谐振波的球面传播形式222exp(),*AApj tjkrppprrcpiIicrAiIrrr02202传播损失（传播损失（TL） 扩展损失扩展损失 在传播过程中，波阵面在不断扩大，声强逐在传播过程中，波阵面在不断扩大，声强逐渐减小渐减小（能量守恒）（能量守恒） 衰减衰减 吸收（体积吸收）吸收（体积吸收） 声能不可逆地转换成其它形式的能量声能不可逆地转换成其它形式的能量 散射（边界）散射（边
2、界） 不平整边界引起的损耗不平整边界引起的损耗 声能泄漏出声道声能泄漏出声道扩展损失扩展损失 扩展扩展 由发散引起由发散引起 没有能量损失没有能量损失 声扩展到更大的区域内声扩展到更大的区域内 两种类型两种类型: 球面球面 柱面柱面球面扩展：球面扩展：TL (dB) = 20 log R短距离短距离: R 1000m球面成份球面成份衰减衰减 吸收吸收 声能变成热能的过程声能变成热能的过程. 随频率的增高而增大随频率的增高而增大. 散射和混响散射和混响 均归结到传播损失不规则项均归结到传播损失不规则项(Anomaly A)中中 组成：组成： 体积：体积：海洋生物、气泡等海洋生物、气泡等 海面：海
3、面：是风的函数是风的函数 海底：海底：深海中不成问题深海中不成问题 浅海中作用明显（海底带来折射和吸收）浅海中作用明显（海底带来折射和吸收） 当波在吸收介质中传播时，在当波在吸收介质中传播时，在它传播的每一个小单元距离上，它传播的每一个小单元距离上，都有一小部分能量损失。如果都有一小部分能量损失。如果 是某一距离上向量声强的幅度，是某一距离上向量声强的幅度，传播经过一个小的距离增量传播经过一个小的距离增量 后的声强损失为后的声强损失为 (1) 其中其中a是一个比例常数，负是一个比例常数，负号表示是声强的负变量。号表示是声强的负变量。从现象来分析球面波体积吸收IdrdIraIIddrdrIdr
4、对（对（1）式进行积分，）式进行积分， 、 分别为距离分别为距离 、 上的声强。上的声强。 得到得到)(lnln1212rraII2121ddrrIIraII1I2I1r2r)(1212/rraeIIerraeeeIIrrarra101210)()(12log)(10logln10log10log10log101212 令令 ，则，则即距离即距离 和和 之间的声级变化。之间的声级变化。称作称作对数吸收系数对数吸收系数，单位是分贝，单位是分贝/千码。千码。 假设假设 在声源处，在声源处， 则在任意距离则在任意距离 上，上，ea10log10)(log10log101212rrII1r2r)/()
5、log10log10(log10122110rrIIea1r0111IIrarreII0r 因为因为 和和 是成正比的，是成正比的， 由于吸收的存在，波数由于吸收的存在，波数 变成了一个复数量。变成了一个复数量。 取自然对数，取自然对数， 以以e 为底的对数吸收系数，单位是奈贝为底的对数吸收系数，单位是奈贝/千码。千码。 I2P()()2220aaajtkjrrrjt krAAPP eeeerrk)(2/ )ln(ln1221rrIIe吸收的起因吸收的起因 与纯水相比，海水中的声吸收非常大，与纯水相比，海水中的声吸收非常大，这是由于在声波的影响下海水中发生的这是由于在声波的影响下海水中发生的化
6、学反应所致。化学反应所致。 切变粘滞性效应；切变粘滞性效应； 体积粘滞效应；体积粘滞效应； 离子驰豫现象。离子驰豫现象。)m(, r 距离)dB(传播损失)m1(为参考以31021011013)m/dB(dB/dd6损失理想的的平方倒数扩展归纳起来归纳起来 球面扩展球面扩展TL = 20 log r + r + A 柱面扩展柱面扩展 TL = 10 log r + r + A吸收因子吸收因子 = 0.036 f 2 + 3.2 x 10-7 f 2 f 2 + 3600频率以频率以 kHz为单位为单位注意注意: 随频率的提高随频率的提高 而增大而增大.散射散射 / 混响混响All lumped together as Transmission Loss Anomaly传播损失方程TL = 10 log R + 30 + R + ARange 1000 metersTL = 20 log R + R + ARange 1000 metersCylindrical SpreadingAbsorptionTransmission Loss AnomalySpherical SpreadingAbsorptionTLA
