第7章水下噪声
水下噪声
远处航船的辐射噪声—水平指向性。
注意：
工程上通常将海洋环境噪声视为各向同性的，便于信号处理。
水声学 第7章 水下噪声 12
7.2 海洋环境噪声
海洋环境噪声也称自然噪声，是水声信道的一种干扰背景。 研究环境噪声的目的： 研究噪声场的时空统计特性与环境因素之间的依赖关系，找出 其规律，预报NL值，为声呐设备设计、研制提供必要的数据；
（3）平稳随机过程： p1，t p1，t 结论：平稳随机过程的概率密度函数与时间无关。
水声学 第7章 水下噪声 3
7.1 噪声的基本概念
1、噪声描述
短时间内水中噪声可视为平稳随机过程，且噪声声压服从高 斯分布，称为高斯噪声，其概率密度函数为：
p
其均值和方差：
环境噪声与环境条件密切相关，如风速等自然条件。
水声学ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
第7章 水下噪声
14
7.2 海洋环境噪声
1、深海中的环境噪声源
从低频到高频次序讨论噪声源及其特性：
（1）潮汐和波浪的海水静压力效应 潮汐和海面波浪是引起海洋内部海水静压力变化的原因， 是低频噪声源。 （2）地震扰动 地震扰动是海洋中的极低频噪声源。 地震扰动在海水中产生的压力：
7.2 海洋环境噪声
3、自然噪声间歇源及其变化特性
（1）间歇源的噪声源 一种暂时存在的噪声源，如能发声的海洋生物、降雨等。 海洋生物噪声：
甲壳类、鱼类和海生哺乳类—特殊鸣声、嘈杂声等；
降雨噪声： 提高自然噪声级，与降雨率和降雨面积有关。
水声学
第7章 水下噪声
海洋测绘-第7章 水深测量及水下地形测量-PPT精选文档
监控器
外部监 测和显 示系统
后处理 GPS 导航监控器
操作和检 测单元
实时数据处理工作站 数据存储
声速断面 Transceiver
数据存储 数据存储 和处理
绘图仪
罗经
声纳影像记录 姿态传感器 换能器 图2.1SimradEM950/1000多波束声纳系统组成单元 打印机
波束的发射、接收流程及其工作模式 多波束换能器基元的物理结构是压电陶瓷，其作 用在于实现声能和电能之间的相互转化。换能器也正 是利用这点实现波束的发射和接收。 多波束发射的不至一个波束，而是形成一个具有一定 扇面开角的多个波束，发射角由发射模式参数决定。
多波束波束的几何构成
波束在海底投射点位置的计算需要船位、潮位、船 姿、声速剖面、波束到达角和往返程时间等参数。计 算过程包括如下四个步骤： 姿态改正。 船体坐标系下波束投射点位置的计算。 波束投射点地理坐标的计算。 波束投射点高程的计算。
为便于波束投射点船体坐标的计算，现作如下假设： 换能器处于一个平均深度，静、动吃水仅对深度有 影响，而对平面坐标没有影响。 波束的往、返程声线重合。 对于高频发射系统，换能器航向变化影响可以忽略。
高分辨率测深侧扫声纳
高分辨率测深侧扫声纳简称为HRBSSS声纳 (High Resolution Bathymetric Sidescan Sonar)。 HRBSSS声纳分辨率高、体积小、重量轻、功耗低以 及声纳阵沿载体的长轴安装，特别适用于AUV、 HUV、ROV、拖体和船上，在离海底比较近的高度 上航行，获得高分辨率的地形地貌图。 声纳阵包括左舷和右舷两个声纳阵，自主开发的 声纳软件包括水上数字信号处理软件、水上服务器软 件、声纳驱动软件和水下主控软件，以及用于调试测 试的终端调试测试软件、终端调试测试软件和声纳仿 真软件。
深水物探船水下噪声评估及控制技术
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Ｔ ＮＧ Ｚ ｎ －ｅｇ ，Ｙ ｉ— ａｇ ， ｎ －ｅ Ｓ Ｎ ｉ －ｉ Ｏ ｏｇｐ ｎ Ｅ Ｌｎｃ ｎ ＮＩＭｉ ｊ ＨＥ Ｊ ｎ ｎ ｈ ｇ ｉ２ ａｐ ｇ
（１ ．Ｎｏ ７ Ｉ ｓｉ ｔ ｆ Ｉ ． ｎ ｔ ｕ ｅ ｏ Ｃ．Ｓ ａ ｇ ａ ０ ０ ０ １ １ ｔ ＣＳ ｈ ｎ ｈ ｉ ２ ０ ９ ．Ｃｈ ｎ ； ｉａ
２ ．Ｎｏ ７ ８Ｉ ｓｉ ｔ ｆ ． ０ ｎ ｔｕ ｅｏ ＣＳ Ｃ．Ｓ ａ ｇ ａ ０ ０ １ ｈ ｎ ｔ Ｓ ｈ ｎ ｈ ｉ２ ０ １ ．Ｃ ｉａ）
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水下噪声原理
水下噪声原理嘿，朋友们！今天咱来聊聊水下噪声原理。
你想啊，水下的世界就像一个神秘的大舞台，各种生物在里面生活着，而噪声呢，就像是这个舞台上突然出现的不和谐音符。
比如说，轮船在海上航行，那“轰轰”的声音可不小，就像一个庞然大物在水下跺脚一样。
还有那些各种各样的机器设备，在水下工作的时候也会发出声音，这些声音在水里可不会凭空消失，而是会传播开来。
这就好比在一个安静的房间里，突然有人大声喧哗，整个房间都会被这声音填满。
水下的噪声也是这样，会影响到很多生物。
你说那些小鱼小虾们，本来好好地在水里游来游去，突然听到这么大的噪声，会不会被吓一跳呀？它们可能会觉得：“哎呀妈呀，这是咋回事呀！”而且啊，水下噪声还可能会干扰生物的交流呢。
就像我们人类说话，如果周围太吵了，就听不清对方在说啥。
水下生物也有它们自己的“语言”呀，噪声一来，它们可能就没法好好沟通了，这多耽误事儿呀！说不定还会让它们找不到回家的路呢，那可就糟糕啦。
再想想看，要是我们一直生活在充满噪声的环境里，那心情能好吗？肯定会觉得烦躁不安吧。
水下生物也是一样呀，它们也需要一个安静舒适的环境来生活。
那怎么才能减少水下噪声呢？这就需要我们大家一起努力啦。
比如那些轮船，可以采用一些更先进的技术，让它们发出的声音小一点。
还有那些工程建设，也要注意控制噪声，别给水下生物带来太多困扰。
我们人类可不能光顾着自己方便，也要为水下的这些小生灵们着想呀。
毕竟，这个地球不只是我们的，也是它们的呀。
要是把水下世界弄得乱糟糟的，那多不好呀！所以说呀，我们要重视水下噪声原理，保护好水下的环境。
让那些小鱼小虾们能在安静的水下快乐地生活，这难道不是一件很棒的事情吗？大家一起行动起来吧，为了我们美丽的水下世界！。
水下噪声对海洋生物的影响与减缓措施
水下噪声对海洋生物的影响与减缓措施水下噪声是指在水下环境中产生的声音，它对海洋生物产生了严重的影响。
本文将探讨水下噪声对海洋生物的影响以及如何采取措施来减缓这些影响。
1. 水下噪声的来源和特点水下噪声的主要来源包括商船、潜水艇、军事演习、油气勘探和建设、渔船、海洋运输、海洋工程、港口活动等。
这些活动产生的声音可以传播到远距离，并且造成水下环境中的噪声污染。
2. 水下噪声对海洋生物的影响水下噪声对海洋生物的影响是多方面的。
首先，噪声可以对海洋动物的听觉系统造成损伤。
一些鱼类和鲸类依靠声音进行交流和寻找食物，而高强度的噪声会干扰它们的听觉能力，导致迷失方向或无法正常进食。
其次，噪声还可以引起生物的应激反应，增加它们的能量消耗和心理压力，甚至导致生理损害。
此外，噪声也会干扰海洋生物的繁殖和迁徙行为，对生物群体的稳定性产生负面影响。
3. 减缓水下噪声对海洋生物的影响的措施为了减缓水下噪声对海洋生物的影响，需要采取一系列的措施。
首先，限制商船和渔船的速度，减少船舶发动机和螺旋桨产生的噪音。
其次，改进海洋工程和油气勘探技术，使用更加环保和低噪音的设备。
此外，也可以通过在港口和河口建设隔音墙来降低噪音的传播。
针对军事演习和海洋运输等噪声源，可以制定合理的时间和地点限制，减少对海洋生物的干扰。
最后，加强监测和研究，探索更多的减缓措施，并提高公众对水下噪声对海洋生物的关注和认知。
4. 需要进一步研究的问题虽然我们已经意识到水下噪声对海洋生物的影响，但还有许多问题需要进一步研究解决。
首先，我们需要更多的数据来评估不同噪声源对海洋生物的影响程度和区域分布。
其次，需要研究噪声对不同种类海洋生物的特定影响，以及长期噪声暴露对它们的累积影响。
此外，还需要研究噪声对海洋生物个体行为和群体动态的影响，以更好地了解其生态系统效应。
总结：水下噪声对海洋生物的影响是一个重要的生态问题。
为了保护海洋生物的栖息环境，减缓噪声对其造成的负面影响，我们需要采取多种措施，如限制船舶速度、改进技术设备、建设隔音墙等。
舰船水下噪声测量 标准
舰船水下噪声测量标准
舰船水下噪声测量是一项重要的技术，可以用于评估舰船的隐蔽性能和潜艇的探测能力。
为了保证测量结果的准确性和可比性，国际上制定了一系列的标准和规范，下面将对其中几个常用的标准进行介绍。
1. ISO 17208-1：这是国际标准化组织（ISO）发布的舰船水下噪声测量标准之一，主要用于评估商用船舶和海洋工程设施的水下噪声水平。
该标准规定了测量方法、测量设备、数据处理和报告等方面的要求，同时还提供了一些参考值和建议。
2. MIL-STD-740：这是美国国防部发布的军用舰船水下噪声测量标准，适用于评估军用舰艇的水下噪声水平。
该标准要求测量设备必须符合军用标准，同时还规定了测量方法、数据处理和报告等方面的要求。
3. ANSI/ASA S12.64：这是美国声学学会（ASA）发布的舰船水下噪声测量标准，适用于评估商用船舶和军用舰艇的水下噪声水平。
该标准要求测量设备必须符合声学学会标准，同时还规定了测量方法、数据处理和报告等方面的要求。
除了上述标准外，还有一些国家和地区制定了自己的舰船水下噪声测量标准，如英国的DEF STAN 00-35和中国的GB/T 18388等。
这些标准在测量方法、测量设备、数据处理和报告等方面可能存在一些差异，但都致力于提高测量结果的
准确性和可比性，为舰船水下噪声的研究和评估提供科学依据。
水下振动噪声及控制技术绪论PPT课件
• 随着近代工业的迅猛发展，噪声污染越 来越严重，已成为一种公害。控制噪声 污 染 、 保 护 环 境 已 成 为第人6页们/共的56页共 识 。
噪声的评价方法
声压、声强和声功率
声波引起空气质点的振动，使大气压力产生压强的波 动称为声压，亦即声场中单位面积上由声波引起的压力增 量为声压，其单位为N/m2，简称帕（帕斯卡），符号为Pa。 通常都用声压来衡量声音的强弱。
• 暂时听阈偏移，亦称听觉疲劳。 • 听觉疲劳时，听觉器官并未受到器质性损害。 • 如果人们长期在强烈的噪声环境中工作，日积月累，内膜器官不断受噪声
刺激，恢复不到暴露前的听阈，便可发生器质性病变，成为永久性听阈偏 移，这就是噪声性耳聋。
第32页/共56页
听力损失
国际标准化组织(ISO)于1964年规定，在500Hz、1000Hz、 2000Hz三个倍频程内听阈提高的平均值在25dB以上时，即 认为听力受到损伤，又叫轻度噪声性耳聋。按照听力损失 的大小，对耳聋性程度进行分级，见表2-1。
噪声分析的基本知识
音调是人耳对声音的主观感受。（宫 商 角 徵 羽） 试验证明，音调的高低主要由声源振动的频率决定。 由于振动的频率在传播过程中是不变的，所以声音的频 率指的就是声源振动的频率。 声音按频率高低可分为次声、可听声、超声。
第20页/共56页
噪声分析的基本知识
• 次声是指低于人们听觉范围的声波，即频率低于 20Hz；可听声是人耳可以听到的声音，频率为2020000Hz；
• 当声波的频率高到超过人耳听觉范围的极限时，人 们观察不出声波的存在，这种声波称为超声波。
• 噪声控制中研究的是可听声，在噪声控制这门学科 中，通常把500Hz以下的称为低频声，
第七章-船体噪声及其控制(1)概要
力性噪声，如船用主机、辅机的排气系统、通风机、空压 机系统等产生的噪声，一般称为空气噪声。 （2）机械性噪声：由固体振动而产生的机械性噪声，如 主机、辅机的气阀机构、活塞连杆等在摩擦、冲击等交变 应力的作用下产生的噪声，一般称为固体噪声或结构噪声。 （3）电磁性噪声：由于交变磁场的相互作用，产生周期 性的交变力所引起电磁振动而产生的电磁性噪声，如船上 的发电机组、交变器、配电板等产生的噪声。
发出的声波可经多次反射而无吸收。在这类房间内的 某一点处，声音是由声源直接发射过来的，再加上所 有各个不同的方向反射回来的各种分量的声波的反复 交混组成。如果此室中声源停止发声，由于声波的多 次反射或散射仍可使声音持续一段时间，这个现象叫 “混响”。 这种房间称为混响室，混响时间的长短随频率而变。
通常，我们将影响船舶舱室噪声的噪声源具 体分为螺旋桨噪声、船舶机械噪声和结构噪声。
1．螺旋桨的噪声
螺旋桨是船舶的一个主要噪声源，它可以引起 船体振动而导致噪声，也可以直接产生噪声。
螺旋桨引起的船体振动所产生的噪声，按频率 的观念常常划分为叶频和轴频。
如按噪声的产生原因又可分为涡流噪声和旋转 噪声。
涡流噪声不光是水流对螺旋桨的冲击，还包括 由于桨叶叶梢和螺旋声能是在某 窄频带内的。
旋转噪声是由于螺旋桨周期地击水所引起，它 的频谱是不连续的，它能使船体形成100Hz以内 的低频噪声和振动。
螺旋桨直接产生的噪声有空泡噪声和谐鸣声。
空泡噪声是螺旋桨水下噪声的主要成分。气泡 在爆破时产生的冲击波冲击船体和螺旋桨，此 时会出现像用大铁锤打击船底似的巨响。它的 频率成分实际上不随转速而变，其频率一般在 400Hz～1000Hz之间，而强度可能达到100dB。
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种的迭加。
7.1 噪声的基本概念
2、噪声频谱分析
7.1 噪声的基本概念
3、水下噪声指向特性
水下噪声具有指向性： 噪声源具有指向性、噪声源空间分布、海洋传播条件等原因。 常识： 海面噪声（风浪噪声）—垂直指向性； 远处航船的辐射噪声—水平指向性。 注意： 工程上将海洋环境噪声视为各向同性的，便于信号处理。
2、噪声频谱分析
海洋环境噪声级：NL 10lg I N I0
水听器工作带宽 内的噪声总声强
假设水听器工作带宽f 内噪声谱S( f )和其响应是均匀的，则：
IN S f
NL 10lg f 10lg S
I0
注意：水下噪声是多种噪声源的综合迭加，每种噪声源的激励
不尽相同，因此，它可能是线谱，也可能是连续谱，甚至是两
第7章 水下噪声
概述
噪声定义： 指在特定条件下不需要的声音。
水下噪声： （1）海洋环境噪声和目标（舰船、潜艇、鱼雷等）的自噪声
声呐系统的主要干扰背景之一，限制装备性能。 （2）目标（舰船、潜艇、鱼雷等）辐射噪声
被动声呐系统的声源，通过接收该噪声实现目标检测。 水下噪声研究的意义（水声对抗与反对抗）： （1）提高被动声呐设备的检测和识别能力； （2）减振降噪处理，提高自身隐蔽性和安全性。
7.1 噪声的基本概念
1、噪声描述
噪声是一个随机过程，描述噪声的统计量有：
（1）噪声的概率密度函数：
p1，t
lim
p1 0
P p1
p p1
p1
p1
（2）噪声的概率分布函数：
P p1 p p1 p1，t1
p1 p1
p1
p，t dp
（3）平稳随机过程：
p1，t p1，t
7.1 噪声的基本概念
1、噪声描述
噪声声压有效值：介质特性阻抗为单位值时平均声强平方根。
如果假设噪声的平均值为零，介质阻抗为单位值，则它的 方差便等于平均声强：
I 2 p2 ( p)dp
时间平均表示：
I 2 lim 1 T / 2 p2 (t)dt T T T / 2
噪声声压有效值：
7.2 海洋环境噪声
海洋环境噪声也称自然噪声，是水声信道的一种干扰背景； 研究环境噪声的目的： 解决NL及其时空统计特性与环境因素之间的依赖关系，找出 其规律，并由此作出必要的预报，为声呐设备设计、研制提供 必要的数据； 利用噪声与信号场在时空统计特性方面的差异，设计信号处理 方案，提高设备的抗干扰能力。
pe
I
lim 1 T / 2 p2 (t)dt T T T / 2
7.1 噪声的基本概念
2、噪声频谱分析
噪声声压是一个随机量，与时间量之间不存在确定关系，因 此分析噪声声压幅值频谱没有意义；而随机过程功率谱函数是 一个确定的统计量，反映了该过程的各频率分量的平均强度。
根据信号频谱曲线形状划分： （1）线谱：数学上能够用傅氏级数来表示，水声中周期、准周 期信号频谱就是线谱信号； （2）连续谱：频谱分析用傅氏变换来表示，水声中瞬态非周期 信号频谱就是连续谱。
1、深海中的环境噪声源
从低频到高频次序讨论噪声源及其特性： （1）潮汐和波浪的海水静压力效应
潮汐和海面波浪是海洋内部引起海水静压力变化的原因， 是低频噪声源。 （2）地震扰动
地震扰动是海洋中的极低频噪声源。 地震扰动在海水中产生的压力：
p 2 f ca
式中，a为地震扰动引起的地球表面垂直振幅。
7.2 海洋环境噪声
7.1 噪声的基本概念
2、噪声频谱分析
7.1 噪声的基本概念
2、噪声频谱分析
声强平均频谱密度：
Si
I i fi
声强频谱密度函数： S f lim Ii dI
f fi 0 i df
带宽内的总声强： I f2 S f df f1
注意：连续谱某确定频率分量上的声强贡献无限小。
7.1 噪声的基本概念
7.2 海洋环境噪声
1、深海中的环境噪声源
（5）远处航船噪声 远处航船噪声是几十赫兹至几百赫兹频率范围内的主要噪声源。
测量结果表明： 然噪声与风和天气无关，且到达深水水听器的噪声来自水平方向； 在50Hz~500Hz范围内，航船频繁海区的自然噪声量级高于航船稀少 海区的测量值； 在50Hz~500Hz范围内，观测到的自然噪声谱有一段突起或平坦部分， 与传播的辐射噪声谱极大值相符合。
1、深海中的环境噪声源
（3）海洋湍流 海洋中无规则随机水流形成的湍流，以多种方式产生噪声，
是一种低频噪声源。 海洋湍流产生噪声机理：
湍流会使水听器、电缆等颤动或作响，产生自噪声，它不是 自然噪声； 湍流运动引起压力变化辐射噪声，在湍流区以外海水中产生 噪声。它是四极子源，随距离衰减快，对环境噪声贡献不大； 湍流区内部压力变化的声效应。
结论：平稳随机过程的概率密度函数与时间无关。
7.1 噪声的基本概念
1、噪声描述
一般水中噪声被视为平稳随机过程，若噪声的声压概率密度
函数表示为：
p
1
p 2
e 2 2
2
为高斯分布，相应的噪声称为高斯噪声。其均值和方差：
Байду номын сангаас p ppdp
2 p 2 p 2 pdp
常识：一般将水声干扰噪声视为高斯噪声。
7.1 噪声的基本概念
1、噪声描述
一般，表征噪声统计特性的统计量：概率密度函数、数学期 望、方差、相关函数、功率谱。
由随机过程理论可知，噪声自相关函数的傅立叶变换即为功 率谱密度函数：
R lim 1 T pt pt dt T 2T T
S R e j d
若噪声的功率谱是均匀，则称之为白噪声。
7.2 海洋环境噪声
1、深海中的环境噪声源
Wenz根据湍流理论和实验关系，推导的湍流压力谱。
7.2 海洋环境噪声
1、深海中的环境噪声源
（4）波浪非线性作用引起的低频噪声 海面波浪运动产生的压力随深度增加迅速变小； 两个反方向传播的行波波浪相遇，可能相互作用形成驻波， 产生的压力不随深度增加而变小，其频率是形成它的波浪频率 的两倍； 波浪非线性作用引起的噪声是低频噪声源。
7.2 海洋环境噪声
1、深海中的环境噪声源
采用海底深水水听器，在低于1Hz~100kHz频段内对深海噪声 进行测量研究，研究结果表明： 噪声源是多种多样的，环境噪声是这些源的综合效应； 环境噪声在不同频段有不同特性，各种噪声源发声机理不同； 环境噪声与环境条件密切相关，如风速等自然条件。
7.2 海洋环境噪声