2008-水声学原理试题+答案
水声学原理考试试卷及参考答案精选全文
可编辑修改精选全文完整版考试科目《水声学原理》考试时间100分钟考试形式开卷班级姓名学号题号12345678910总得分阅卷人得分试题说明：本试卷共10道题，每题10分，满分100分。
请将答案写在答题纸上，考试完毕后请将试卷和答题纸一并交回。
1.（10分）声纳有哪两种工作方式？试分别画出这两种方式的信息流程图。
2.（10分）增加主动声纳的发射功率，能否提高其作用距离，为什么？如能提高，若其他条件不变，发射功率增大一倍，试问声纳作用距离如何变化？3.（10分）试画出典型的海洋声速分布图，并说明表面声道和深海声道的形成原因。
4.（10分）若海水中的声速分布如下图，试画出几条典型声线轨迹图。
5.（10分）声速分布如下左图所示，已知H，z0，c s，a1，a2和α求x。
C sCa1a2zx 0αx6.（10分）一只声呐换能器的声源级为120dB。
问从一个距离为1000m，半径为40m的球形物体上返回的回波信号强度是多少？7.（10分）简述实验测量水下物体目标强度（TS值）的“应答器法”，给出有关计算式，测量中应注意哪些问题才能保证测量的准确？8.（10分）已知水面船作匀速直线运动，船底的换能器以夹角θ向海底发射声波，频率为f0，收得海底回声信号的频率为f r，求该船的航行速度v。
Vθf0f r水面海底9.（10分）根据混响场特性不同，混响分为哪几类？它们各自产生的混响源是什么？试写出这几类混响的等效平面波混响级的理论公式。
10.（10分）为何在水下噪声研究中将舰船噪声分为舰船辐射噪声和舰船自噪声？写出舰船辐射噪声的噪声源，并说明它们的频率特性及在辐射噪声中起的作用。
标准答案： 1. 答：声纳按照工作方式可以分为两类，主动声纳和被动声纳。
它们的信息流程图分别为： (1)主动声纳：(2)被动声纳：2. 答：(1) 能否提高作用距离要看何种背景干扰起主要作用。
如果背景干扰以环境噪声为主，则可提高作用距离，若背景干扰以混响为主，则不能提高作用距离。
西北工业大学水声学原理作业5答案
1、 根据混响场特性不同，可以将混响分为三类：①体积混响，混响源是存在于海水本身或体积之中的散射体，如海水中的流砂粒子、海洋生物、海水本身的不均匀性、大的鱼群等；②海面混响：混响源是海面的不平整性和波浪形成的气泡层形成的散射体；③海底混响：混响源是海底及其附近的散射体。
2、①散射强度是表征混响的一个基本比值，定义为在参考距离1米处被单位面积或体积所散射的声强度与入射平面波强度的比，并将此比值用分贝数表示，即S S,V =10lg I scat I inc式中S S,V 表示单位体积或单位面积的散射强度，I inc 是入射平面波声强，I scat 是单位体积或单位面积所散射的声强度，它是在远场测量后再归算到单位距离处。
②等效平面波混响级RL 定义为：设有接收器接收来自声轴方向的入射平面波，该平面波强度为I ，接收器输出端的电压为V ，如将此接收器放置在混响声场中，声轴对着目标，若在混响场中该接收器输出端的电压也为V ，则此混响场的等效平面波混响级RL 为RL =10lg I I 0式中的I 0是参考声强，它是声压有效值为1微帕的平面波的声强。
③混响是主动声呐特有的干扰，是一个非平稳随机量，随时间衰减；瞬时值服从高斯分布，振幅服从瑞利分布；频率特性基本上与发射信号相同，在空间中不是均匀的。
3、①计算混响的简单模型：声线直线传播；不计海水声吸收；散射体(面)单元均匀连续分布；每一散射体(面)单元散射声波的发生和结束与入射到此单元上的入射声波同时发生和结束；不计二次散射。
②t 时刻收发合置换能器接收的混响来自半径为ct/2和c(t+τ)/2的球壳间散射体的散射，此区域记作V 0。
考虑指向性为b(θ,φ)的指向性发射器，设单位距离处发射器轴向声强为I b ，则其在空间(θ,φ)方向上的声强就是I b b(θ,φ)。
考虑方向上的r 处有一体积为dV 的散射体元，由于假设球面衰减，则dV 处的入射波声强为I b b(θ,φ)/r 2根据散射强度的定义，可以得到在返回声源的方向上，离单位距离处的散射声强度为[I b b(θ,φ)/r 2]·S V `dV ,其中S V `=I scat /I inc在入射声作用下由dV 产生的返回声源处的散射声强度应为I b b(θ,φ) S V `dV /r 4，而若接收器指向性图案为b`(θ,φ)（若换能器收发合置，则b=b`），则对接收器输出端有贡献的声强为I b b(θ,φ)b`(θ,φ)S V `dV /r 4因为散射体分布在整个空间，则积分求和结果为I scat =I b ∫S`V r 4Vb (θ,φ)b`(θ,φ)dV 根据等效平面波混响级RL 的定义式，可得体积混响的等效平面波混响级表达式为 RL V =10lg{I b I 0S`V ∫1r 4V b (θ,φ)b`(θ,φ)dV} 其中I 0为参考声强。
《水声学原理》期末复习试题2含答案
班级：学号：第1页 共2页所有试题答案均需写在答题册上，写在本试卷上无效。
一、简单题（每题5分，共50分）1．何谓声纳参数？任意选择下列声纳参数之一：TS、NL-DI+DT、RL+DT，解释其物理意义。
2．海水中的声速主要受哪些因素影响？实际工程中为什么可以应用温度测量代替声速测量以获得海水中的声速？3．引起声强衰减的原因有哪些？哪些属于几何衰减？哪些属于物理衰减？4．均匀浅海波导中的简正波是如何形成的？有何特征？5．命题：在浅海波导中，声波频率越低，吸收衰减就越小，传播距离就一定越远。
该命题对吗？用所学知识解释之。
6．天气晴好，同一台声纳在早晨的作用距离远还是下午的作用距离远，为什么？7．邻近海面水下点源声场声压振幅随距离的变化关系是什么？并解释之8．实验室测量目标强度的方法有哪些？目标强度测量应满足哪些条件？9．海洋混响可分为哪几类？每类混响强度随时间的衰减规律是什么？10．舰船辐射噪声与舰船自噪声的异同点是什么？二、（10分）设海水中有负声速梯度，且其绝对值为常数g ，声源处的声速为0c 。
试证明该介质中的声线轨迹为一段圆弧，且水平发出的声线穿过的水层厚度为d 时，它在水平方向前进的距离r 近似为()2102g d c 。
三、（10分）简述比较法测量目标强度的原理，并推导出待测目标的目标强度TS 值的表达式。
四、（10分）声速分布如下左图所示，声源位于1z 处，以1α出射的声线在深度0z 处发生反转。
已知s c 、a 、0z 、1z 和2z ，求水平距离x 。
哈尔滨工程大学本科生考试试卷（ 年 第 学期）课程编号： 课程名称：第4页 共 4页标准答案和评分标准一、简答题（每题5分，共50分）1．何谓声纳参数？任意选择下列声纳参数之一：TS、NL-DI+DT、RL+DT，解释其物理意义。
答：将影响声纳设备工作的因素统称为声纳参数（3分）。
TS：目标强度，定量反映目标声反射本领的大小；NL-DI+DT：噪声隐蔽级，在噪声干扰下主动声纳或被动声纳正常工作所需的最低信号级；RL+DT：混响隐蔽级，在混响干扰下主动声纳正常工作所需的最低信号级（2分）。
2007-水声学原理试题+答案
2006/07学年第 2学期试题名称：水声学原理 A 共3页第 1 页专业年级海洋技术学号姓名授课教师宋志杰分数一、选择题（36%）下面各小题中只有一个表述是正确的。
选择正确答案相应的字母填于空格处。
1.舰艇辐射噪声由三部分组成，其中包括。
（2%）A. 流噪声、自噪声和机械噪声。
B. 流噪声、自噪声和螺旋桨噪声。
C. 流噪声、螺旋桨噪声和机械噪声。
D. 自噪声、机械噪声和螺旋桨噪声。
2. 海洋混响包括。
（2%）A. 体积混响、本地混响和海面混响。
B. 体积混响、海底混响和海面混响。
C. 体积混响、海底混响和异地混响。
D. 海面混响、海底混响和异地混响。
3. 两列同向传播、声强均为20dB且完全相干的一维平面波叠加在一起后，可能的声强最大值和最小值分别为。
（5%）A. 80 dB和40dB。
B. 80 dB和0dB。
C. 23 dB和0dB。
D. 26dB和- dB。
4.如右图所示声速剖面，声源位于声道轴z0=200m上。
海面处C(0)=1520m/s, 海底处C(H)=1540m/s, C(z0) =1500m/s。
一条自声源出发、初始掠角为10º[cos(10º)=0.9848]的声线将。
（4%）A. 在声道轴上方被海面反射、在声道轴上下方被海底反射。
B. 在声道轴上方反转、在声道轴上下方被海底反射。
C. 在声道轴上方被海面反射、在声道轴上下方反转。
D. 在声道轴上方反转、在声道轴上下方反转。
5.平面波入射到两均匀介质分界面上，如右图所示。
设满足在第2介质中产生非均匀平面波的条件，则非均匀平面波。
（4%）授课教师宋志杰命题教师或命题负责人签字院系负责人签字年月日2006/07学年第 2 学期试题名称：水声学原理（A）共 3 页第 2 页A. 沿z 轴反方向传播，沿x 轴正方向振幅衰减。
B. 沿x 轴正方向传播，沿x 轴正方向振幅衰减。
C. 沿x 轴正方向传播，沿z 轴反方向振幅衰减。
《水声学》期末复习试题5套含答案
班级：学号：第1页 共2页第2页 共2页所有试题答案均需写在答题册上，写在本试卷上无效。
一、简答题（每空1分，共60分）1.组合声纳参数中噪声隐蔽级的表达式为 ；混响隐蔽级的表达式为；它们都表示主动声纳正常工作所需的最低 。
2.主动声纳的背景干扰有 和 。
其中 是平稳的随机过程，是非平稳的随机过程。
对应两种不同干扰背景的主动声纳方程分别为和 。
3.在水声学中，声压级的定义式为 ；声强级的定义式为 ；声压级与声强级相等的条件为 。
4.已知发射换能器的辐射声功率为100W ，则距离声源声中心1m 处无指向性声源的声强为 W /㎡；声源级为 dB 。
5.传播损失的一般表示式为 。
其中几何衰减项为 、物理衰减项为 。
6.影响海水声速的三个主要因素为 、 、 。
海水中声速的典型结构有 、 、 、 。
7.一般情况下，声波的频率越低，海水的吸收衰减 ，传播距离 ；但当声波的频率低于波导的 频率时，简正波水平方向的波数由实数变为 ，波导中的简正波蜕化为 的简正波，传播距离反而 。
8.射线声学的两个基本方程分别为 方程和 方程。
由Snell 折射定律可知，声线总是向 的方向弯曲；当介质的声速为常数时，声线轨迹为 ；当介质的声速梯度为常数时，声线轨迹为 ，圆的半径为 。
9.声波在 声道和 声道中能够远距离传播。
10.邻近海面水下点源声场声压振幅随距离的变化关系表现为：近场菲涅耳干涉区，声压振幅随距离 减小，远场夫琅和费区，声压振幅随距离 减小。
11.水池中测量目标强度，一般可采用比较法或直接测量法，但应注意：第一，声源与目标之间的距离和目标与水听器之间的距离都应满足 条件。
第二，应保证 条件得到满足。
第三，合理选取发射信号 。
12.目标回声信号的形成主要有 、 、 、 。
回声信号的一般特征为 、 、、 。
13.根据混响形成原因的不同，习惯上将海洋混响分为 、 和 ；其中和 又统称为界面混响。
混响的瞬时值服从 分布；振幅服从 分布。
水声学习题解答 参考
02
c2
由于 u(t)
pA 0 c
e j(t kx)
；则：
D(t)
0
pA 0 c
2
e
j
(t
kx)
0
2
pA 0 c
cos2 (t
kx)
平均能量密度：
1 T
T 0
D(t)dt
1 T
T
0
0
2
pA 0 c
cos2 (t kx)dt
1 2
pA2 0 c2
pe2 0 c2
即：
pe
r 20m
54.24 2
38.35 (Pa)
SPL 20log
pe r20m p
20 log
38.35 106
31.68
120
152
(dB) 。
ref
考虑到声源为无指向性声源，其声源级与辐射声功率的关系为：
SL 10LgWa 170.8 (dB) ，
而 SL 20 log pe r1m 20 log A 106 178 (dB) ，
即： 20log pe1 20log pe2 20log pe1 20log p1 mdB
pref
pref
pe2
p2
于是，
p1
m
1020
；当 m 1, 3, 6, 10dB 时相应的声压幅值之比是：
p2
p1 1.122, 1.413, 1.995, 3.16 p2
2. 房间内有 n 个人各自无关地说话，假如每个人单独说话时在某位置均产生声压
p ref
2
则声源辐射声功率Wa
SL170.8
10 10
178170.8
水声学原理试题+答案
水声学原理试题+答案《水声学原理》课程考试题(A卷)一、填空题(15%)1. 声阻抗率是单位表面(或体积)产生单位质点振速所需要的。
2. 潜艇的目标强度随角度的变化规律呈形状。
3. 用描述高、低频近似，为波数，a为空间尺度，高频近似和低频近似分别kka可以表示为和。
4. 根据辐射噪声产生的来源不同，辐射噪声可分为、和三类。
5. 气泡可称作空气弹簧，是因为其和弹簧一致。
6. 目标强度可能为正的物理原因是。
7. 表面声道中，跨度较大的声线平均水平传播速度较。
8. 复数声反射系数的模表示反射声波与入射声波的之比，幅角表示反射声波与入射声波的之差。
二、简答题(35%)1. 简述复阻抗率的物理意义。
(7%)2. 利用简正波表示，简要解释相干能量和非相干能量。
(7%)3. 利用刚性小球的散射理论，简要解释晴朗天空呈蓝色、早晚天空呈红色的现象。
(7%)4. 利用散射场可以视作二次辐射计算的方法，简要叙述计算海水中气泡散射声场的步骤。
(14%)三、证明题(20%)气泡内的气体是理想气体，气泡振动时声辐射过程是绝热过程，证明:气泡振动的恢复力和弹簧恢复力形式一致。
四、计算题(30%)1. 一单频小球源以10瓦的功率向自由空间辐射频率为1000Hz的简谐球面波，求离开声源中心2米处的声压幅值、质点径向速度(振速)幅值和声强。
(15%)2. 均匀硬底浅海中，海水中声速为1500m/s，海深为100米。
求频率为1.5kHz时第一号简正波的水平波数。
(15%)《水声学原理》课程考试题(A卷参考答案)一、填空1. 声压。
2. 蝴蝶。
3. 。
4. 机械噪声、螺旋桨噪声和流噪声。
5. 恢ka,,1, ka,,1复力形式。
6. 散射截面大。
7. 快。
8. 振幅、相位。
二、简答1. 要点:? 从定义看，声阻抗是复数表示声压与质点振速相位不一致。
这使得介质中的声强(损耗在介质中的声强)小于平面波声强，这部分损耗声强对应着声阻抗的实部。
《水声学》部分习题答案
线的交点所对应的距离来确定混响是主要干扰，还是噪声为主要干扰，如下图，
rR<rn，所以混响是主要干扰。
声信号级
回声信号级
混响掩蔽级
噪声掩蔽级
rR rn
距离r
6 工作中的主动声呐会受到哪些干扰？若工作频率为 1000Hz，且探测沉底目
标，则该声呐将会受到哪些干扰源的干扰。
解：工作中的主动声呐受到的干扰是：海洋环境噪声、海洋混响和自噪声，若工
水声工程学院
8
水声学课程组
哈尔滨工程大学国家级精品课程——《水声学习题集参考答案》
解：早晨时声呐作用距离远，因为此时可能存在表面声道，而下午一般不会形成 表面声道。即使不出现表面声道时，早晨的负梯度也小于下午的负梯度，所以早 晨的作用距离远于下午，这就是下午效应。 9 画出深海声道声速分布，应用射线理论说明声波在深海声道中远距离传播的
7
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哈尔滨工程大学国家级精品课程——《水声学习题集参考答案》
第 4 章 典型传播条件下的声场
1 邻近海面的水下点源声场中的声压振幅随距离变化具有哪些规律？ 2 表面声道的混合层中的声线传播具有那些特点？ 3 什么是反转深度？什么是临界声线和跨度？ 4 什么是会聚区和声影区？二者之间声强大小如何？会聚增益是如何定义的？
声线曲率半径 R = c0 ，所以水平传播距离 g
x = R 2 − (R − d )2 = 2Rd − d 2
水声工程学院
6
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哈尔滨工程大学国家级精品课程——《水声学习题集参考答案》
一般情况下，声速垂直梯度 g 为远小于 1 的量 所以曲率半径较水深大得多 x ≈ 2Rd = (2c0d / g)1/ 2
解：1）声速绝对梯度 g = dc = 1500 −1450 = −0.5s −1
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中国海洋大学命题专用纸（附页1））乙船接收到甲船噪声信号级；（2）乙船接收的干扰噪声级；（3
．若‘直接测量法’布置为：在开阔水域，点声源辐射器，无指向性接收器
2
《水声学原理》课程试题A 答案
一、 声波传播时强度衰减原因：声波在传播过程中，波阵面逐渐扩展；海水介质的吸
收和海水介质中不均匀性的散射。
物理衰减是指声波的机械能转变成其它形式的能量引起的声波衰减。
几何衰减是指声波传播中波阵面扩张引起声强减少。
海洋中传播损失表达式为：R R n TL α+=lg ，前一项为几何衰减，后一项为物理衰减。
R R TL α+=lg 20 开阔水域适用
R R TL α+=lg 10 表面声道和深海声道中适用
R R TL α+=lg 15 计及海底吸收时浅海均匀声道适用 R R TL α+=lg 40 偶极子声源远场适用.
二、 21x x x +=
()H a C H C S 11)(+= ()()1111z a C z C s +=
11111cos z a H a H ++=
α H
H
a H z ααc o s c o s 122++= ()2211H tg z H x α-= ()2222H tg H z x α-=
()2
212H tg z z x α-=
三、主动声呐信号级：TS TL SL EL +-=2
()dB a TS 142lg 20-==
主动声呐等效平面波海底混响级：()2/lg 102R c S TL SL RL s ψτ++-=
20s S dB =-
2/275A c R m τ=ψ=
信混比：()/10lg 14(2010lg(75))12.8s S L EL RL TS S A dB =-=--=----=-
四、（1）信号级：SL －TL ，其中SL=10lg(I/I ref )；I=I 1+I 2
()ref f I df f S I 14011051
⨯==⎰∆，()()ref f I df F F f S I 142
0021052
⨯==⎰∆
()(
)()dB I I I I I Sl ref
ref
ref 150105105lg 10lg 10141421=⨯+⨯==∴
（2）干扰级：NL －DI
其中：()()dB f NL NL 8.1015002000lg 1070lg 100=-+=+=∆
()dB DI 04lg 10==ψπ
（3）被动声呐方程：()()DT DI NL TL SL =---，其中：()R TL lg 20=；dB DT 6=。
有：()68.101lg 20150=--R ；()2.42lg 20=R ；m R 8.128=∴。
（4）为提高探测距离，应改进声呐的设备参数：降低检测阈DT ；减小接收束宽；选择工作带宽和频段使SL-NL 值尽量大；对于此题，声呐工作频段左移，可提高声呐探测距离。
五、 E1= SL-2TL+TS
E2=R2-TL R2=SL-TL
R1-R2=B E1-E2=A 推出TS=B-A=15dB.
《水声学原理》课程试题B 答案
1．主动声呐信号级：TS TL SL EL +-=2
()20lg 212TS a dB ==-
主动声呐等效平面波海底混响级：()2/lg 102R c S TL SL RL s ψτ++-=
20s S dB =-
2/275A c R m τ=ψ=
信混比：()/10lg 12(2010lg(75))10.8s S L EL RL TS S A dB =-=--=---+=- 2．信号级：TS TL SL EL +-=2
其中：190=SL ，dB TS 14-=，dB r TL 46lg 20== 噪声干扰级：DI NL -
其中：dB f NL NL 93200lg 1070lg 100=+=+=∆，()dB DI 9.204lg 10==ψπ， 信噪比：()dB DI NL EL N S 9..11/=--= 若提高信混比，需减小脉冲宽度和等效束宽。
若提高信噪比，需增加声源级和指向性指数，减小频带宽度。
3．（1）舰船噪声对声呐作用有两种：一个作为它舰被动声呐探测目标的声源，另一个作为本舰声呐的干扰。
这表现在声呐方程中：前者为被动声呐方程的声源级（SL ），后者表现为干扰噪声（NL ）的一部分。
并且舰船辐射噪声和舰船自噪声的性质也不同。
因而舰船噪声分为舰船辐射噪声和舰船自噪声。
（2）舰船辐射噪声源有：机械噪声、螺旋桨噪声和水动力噪声三种。
（3）舰船噪声的谱特性：连续谱上迭加线谱。
（4）当航速由V 变为2V ，噪声强度增加，()dB V V 92lg 103
=
4．（1）波动方程：022=+∇p k p
声压解的形式：()()()z y x ik e z y x A z y x p ,,0,,,,ϕ-= 其中，()z y x n k k ,,0= 程函：()z y x ,,ϕ
在12<<∇A A 条件下，可得
程函方程：()()()z y x n z y x ,,,,22
=∇ϕ
强度方程：()02
2=∇⋅∇+∇=∇⋅∇ϕϕϕA A
A
（2）适用条件：介质中声速（或折射率n ）在波长范围内相对变化很小；声波强度在
波长范围内变化很小。
一般射线声学适合高频远场。
（3）水平分层介质中，程函方程可表述为Snell 定律，即在同一条声线不同位置的水
平出射角度()z α与该点的声速()z c 由关系：()()z c z αcos ＝常数。
（4）典型声线轨迹图
5．“直接测量法”测量水下目标强度（其它略）：布置如下图。
（1） 辐射声压幅值为：r P P 0=
接收器接收的声压幅值：101R P P =
待测目标的入射声压为：()()2111210R R R P R R P P i +=+= 接收器接收目标散射声压幅值：()221R m r P P r ==
目标强度计算公式：()()()()()112212lg 201lg 20P R R R R P P P TS i r +==
（2） 实验注意事项：
a. 接收水听器和待测目标置于发射换能器的远场区；
b. 接收水听器置于待测目标散射声场的远场区；
.发射声信号的脉冲长度：c L 2>τ，L 为目标长度。
R 1
R 2
发射换能器 接收水听器 待测目标。