第4章典型传播条件下声传播课件.ppt

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1、,特点 从声源出发的声线向海底折射，不再反转回声源所在的水平面上，与前面介绍的波导传播情况相反，故称为反波导传播。,1、深海负梯度,存在一个与海面相切的极限声线；在极限声线以内为声亮区；在极限声线以外为声影区（直射声线无法达到）。,1、深海负梯度,几何作用距离 从声源到观察点深度影区边缘的水平距离。,1、深海负梯度,设声速分布的相对声速梯度为a，则几何作用距离：,通常声影区不存在通常意义上的声线，可引入衍射声线概念。,特点 声速显著减小的水层。声线通过负跃层时，声线明显弯曲，声强减弱，对声纳作用距离影响很大。声道模型 负跃层上方介质声速为，下方介质声速为，且，负跃层较薄。,2、深海负跃层,声线

2、经过负跃层折射后，波阵面展宽，声强减弱。,2、深海负跃层,设声源位于层上方，则可求得传播至层下方 水平距离r：,设声源单位立体角的辐射功率为W，则射线声学声强公式为：,2、深海负跃层,若接收点位于负跃层的下方邻近：,若接收点位于负跃层的上方邻近，声线未形成折射：,经跃变层的传播损失为：,2、深海负跃层,声波经过负跃层引起声能损失,当（相当水温有10以上变化）时，声源掠射角，则；声源掠射角，则。,浅海与深海的划分原则 海底对声传播影响的程度来划分；深海可忽略海洋界面对声传播的影响；浅海的声传播明显受海面和海底边界的影响。浅海声场 直达声和海底、海面反射声叠加，比深海声场复杂。,3、均匀浅海声场,

3、浅海平均声强 声线经过多次海面、海底反射，考虑海面、海底反射引入的损失，同时也计入海水介质声吸收，引入衰减因子：,3、均匀浅海声场,为海水介质的吸收系数；为声线对海底或海面的反射次数，对于远距离传播，海底和海面的反射次数近似相等；为海底反射系数；为海面反射系数。,平均声强：,3、均匀浅海声场,（1）硬底、声速均匀浅海,3、均匀浅海声场,声速均匀,绝对反射,声线跨度：,平均声强：,（2）海底有吸收的均匀浅海,3、均匀浅海声场,海底反射系数：,海底三参数模型中的Q,（2）海底有吸收的均匀浅海,3、均匀浅海声场,考虑海底声吸收，海底声速为复数，则可求得：,可由试验数据求得,平均声强：,3/2次方规律

4、衰减,（3）3/2次方衰减率的适用距离,3、均匀浅海声场,掠射角 的最大有效值量级为：,传播简正波的总数：,（3）3/2次方衰减率的适用距离,3、均匀浅海声场,根据计算平均声强的要求：,最大距离满足：,3、均匀浅海声场,此时仅有一阶简正波对声场有贡献，利用声场的简正波解可导出声强的衰减规律。经数学推导：,（4）时声强衰减率规律,若考虑海面反射损失，则有：,传播损失声强随距离衰减平均规律（1）球面扩展,3、均匀浅海声场,（2）3/2次方衰减率介质吸收,（3）柱面扩展介质吸收界面吸收,传播损失半经验公式,3、均匀浅海声场,距离参数km,海水深度m,混合层厚度m,（1）近距离rR,（2）中等距离Rr

5、8R,（3）远距离r8R,近场异常衰减dB,海水吸收系数dB/km,浅海衰减系数dB/km,浅海声场的虚源表示射线理论：将海面和海底的反射声线视为由各自的虚源发出的声线，虚源数目与考虑的声线反射次数有关，数目趋于无穷，则求得浅海总声场。（1）硬底均匀浅海 假设浅海声速均匀层深为H，海面为平整自由界面，海底为平整硬界面。,3、均匀浅海声场,（1）硬底均匀浅海,3、均匀浅海声场,点源 位于坐标 处，观察点位于坐标 处，归一化的直达波声压：,海底一次反射声线，它由虚源 发射声线，与直达声叠加：,（1）硬底均匀浅海,3、均匀浅海声场,前面求得的声压满足下界面条件，但不满足上界面条件。考虑上界面，需引入

6、再两个虚源 和：,（1）硬底均匀浅海,3、均匀浅海声场,前面求得的声压满足上界面条件，但不满足下界面条件，恢复下界面对称性，需再叠加两个虚源 和：,（1）硬底均匀浅海,3、均匀浅海声场,六点源关于海底界面对称，满足下界面边界条件，破坏了上界面对称性。需继续增加虚源对数。每增加一对虚源，相应于多计入一次海面或海底的反射声线。虚源阶数越高，声线经过海面和海底反射次数越多，虚源离观察点距离越远，对合成声压贡献越小。则总声场可写为：,（2）一般均匀浅海,3、均匀浅海声场,若令 为下界面的声压反射系数，为上界面的声压反射系数，不同虚源声线有不同的入射角。如果假设反射系数与声线入射角无关，则有：,即使反射

7、系数与声线入射角有关，则上式也近似成立。,注意：,4、浅海表面声道,前面我们介绍的表面声道有关计算适用于深海表面声道情况。浅海表面声道形成：在冬季，由于冷空气和风浪搅拌作用，浅海也经常形成表面声道（等温层或弱正声速梯度分布）。浅海表面声道，除了翻转声线外，还有经海底反射的声线存在，该声线以较小掠射角入射到海底，反射信号较强，对浅海表面声道的声传播有明显影响。,4、浅海表面声道,浅海表面声强可表示为：,海底反射声线平均声强,反转声线平均声强,由于计入海底反射的贡献，浅海表面声道的传播损失小于深海表面声道的传播损失。,4、浅海表面声道,转换距离确定：,THE END,作业,作业,1均匀浅海声道中的简正波是如何形成的？说明简正波的特性。2浅海和深海是如何定义的？,