水声学
水声学考研科目
水声学考研科目水声学是研究水中声波传播、声学特性和声波应用的学科。
它是声学的一个分支学科，也是海洋科学中的重要组成部分。
水声学在海洋工程、声纳、水下通信、海洋生物学等领域都有着广泛的应用。
水声学主要包括以下几个方面内容。
一、水中声波传播水中声波传播是水声学的基础内容，研究声波在水中的传播规律。
声波在水中传播的速度和方向受到水的物理性质、温度、盐度等因素的影响。
水中声波传播的特点是传播距离较长、传播速度较快。
通过研究水中声波的传播规律，可以预测声纳系统的性能，设计水下通信系统，以及研究海洋生物的声学行为等。
二、水中声学特性水中声学特性是研究水中声波在水中传播过程中的各种特性。
其中包括声波的衰减、散射、折射等现象。
声波在水中传播时会受到水分子的吸收、散射以及地形、海洋环境的影响，从而使声波的强度、频率、相位等发生变化。
研究水中声学特性可以帮助我们了解声波在海洋中的传播规律，以及声纳系统的性能。
三、水声信号处理水声信号处理是将接收到的水声信号进行处理和分析的过程。
水声信号处理可以用于海洋勘探、声纳系统、水下通信等领域。
通过采集、预处理、提取、识别和分析水声信号，可以获取海洋中的信息，如海底地貌、海洋生物等。
同时，水声信号处理还可以用于声纳系统的性能优化和水下通信的设计。
四、水声应用水声学的应用非常广泛。
在海洋工程中，水声学可以用于海底地形测量、海底管道布放等；在海洋生物学中，水声学可以用于研究海洋生物的声学行为和迁徙规律；在声纳系统中，水声学可以用于水下目标探测和定位；在水下通信中，水声学可以用于水下通信系统的设计和优化。
水声学是研究水中声波传播、声学特性和声波应用的学科。
通过研究水声学，可以更好地理解声波在水中的传播规律，设计和应用水声技术，探索海洋的奥秘。
水声学在海洋工程、声纳、水下通信、海洋生物学等领域的应用前景广阔，对于推动海洋科学和技术的发展具有重要意义。
水声学原理知识点总结
水声学原理知识点总结【1】水声学原理的基本概念1.1. 声波的产生与传播声波是一种机械波，是在介质中震动传递的波动。
声波通常是由物体振动引起的，当物体振动时，周围的空气分子或水分子也随之振动，形成声波。
在水中，声波的传播速度一般比在空气中要快。
1.2. 水声频率与声波速度水声波的频率通常在20 Hz-200 kHz之间，与空气中的声波频率范围相似。
不同频率的声波在水中的传播速度也有所不同，通常音速约为1500 m/s。
1.3. 水声学的应用领域水声学在海洋工程、海洋资源开发、水下通信、声纳探测、水下定位等领域有广泛的应用，其中声纳技术是水声学应用的重要方面。
【2】声波在水中的传播2.1. 声波的传播方式声波在水中的传播方式与在空气中的传播方式类似，可以分为纵波和横波。
其中纵波是介质中质点沿波的传播方向振动的波动，而横波则是介质中质点振动方向与波的传播方向垂直的波动。
2.2. 水声波的衰减水中声波在传播过程中会受到水的吸收和散射等因素的影响，导致声波的衰减。
较高频率的声波在水中的衰减更为显著，这也是水声通信和声纳探测中需要考虑的重要因素。
2.3. 水声波的折射和反射声波在水中传播时，会发生折射和反射现象。
当声波通过不同密度的介质界面时，会因为介质密度的不同而发生折射现象；在与固体或液体的界面发生交界时，声波会发生反射。
【3】水声信号的特点3.1. 水声信号的特点水声信号与空中声信号相比有一些特殊的特点，如传播距离远、传播速度快、传播路径复杂、受环境干扰大等。
3.2. 水声通信的特点水声通信由于其传播路径的复杂性和环境干扰的影响，通常需要考虑信号传播延迟、传播路径损耗、噪声干扰等问题。
3.3. 声纳探测的特点声纳探测是利用声波在水中传播的特性来进行目标探测和定位，需考虑水中声波传播的复杂性、目标散射特性等因素。
【4】水声传感器技术4.1. 水声传感器的种类水声传感器包括水中听音器、水中发射器、水下通信装置等。
水声学原理
水声学原理
水声学是研究水中声波传播和水中声学现象的学科，它涉及到声波在水中的传播特性、声波的产生和接收、水中声场的特征等内容。
水声学原理是水声学研究的基础，对于理解水声学的相关知识具有重要意义。
首先，我们来看一下水声学原理中的声波传播特性。
声波是一种机械波，它是由介质的微小振动引起的，能够传播能量和信息。
在水中，声波的传播速度约为1500米/秒，远远快于空气中的声波传播速度。
这是因为水的密度比空气大，声波在水中传播时受到的阻力较小，传播速度较快。
此外，水中的声波传播距离也比空气中的远，这是由于水的吸收和散射特性导致的。
其次，声波的产生和接收也是水声学原理中的重要内容。
声波的产生可以通过声源来实现，比如声纳、声呐等设备可以产生声波并将其传播到水中。
而声波的接收则需要利用水下声学传感器来实现，这些传感器可以将声波转化为电信号，并进行相应的处理和分析。
通过声波的产生和接收，我们可以获取水下的信息，比如水下地形、水下目标等。
最后，水中声场的特征也是水声学原理中的重要内容。
水中声场是指水中的声波分布情况，它受到水下地形、水下目标等因素的影响。
水中声场的特征可以通过声纳、声呐等设备进行测量和分析，从而获取水下环境的信息。
水中声场的特征对于水下通信、水下导航等应用具有重要意义。
总结一下，水声学原理涉及到声波传播特性、声波的产生和接收、水中声场的特征等内容。
通过对水声学原理的研究，我们可以更好地理解水下环境，并应用于水下通信、水下探测等领域。
希望本文能够对水声学原理有所了解，并对相关领域的研究和应用有所帮助。
水声学原理
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德国ATLAS公司研制的ASA92 －25主动拖曳线声呐
美国DTI公司研制的合 成孔径声呐
英国、法国联合研制的 舷侧阵声呐TSM2253
美国Lockheed Martin 公司研制的被动测距声 呐PUFFS
英国、法国联合研制的 投吊声呐
德国ATLAS公司研制的 拖曳线列阵8
声学中采用分贝计量的原因： 声学量的变化大到六、七个数量级以上
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声压、声强和声功率用级和分贝（dB）来量度。他们是：
声压级： 声强级： 声功率级：
L p 20 log( p p0 ) dB LI 10 log(I I0 ) dB LW 10 log(W W0 ) dB
参考值
10
1.6.2声压级等于声强级:
L I
10
log
I I
0
10
log
p2
c
p2 0
c
20 log
p p
0
L
p
注意参考值不同产生的声级差别:
1971年以前曾用： =20μPa＝2×10－4达因/厘米2，换算到现在标准要加26分贝。 ＝1 达因/厘米2＝1μb（微巴）＝10－5μPa，换算到现在的标准 要加100分贝。
•工作速率差别大。雷达搜速快，声呐搜索慢 •分辨率差。声图象模糊。
b.声呐受海洋信道影响大。声呐环境比雷达环境复杂得多。
c.声呐的作用距离近。
3
水声技术呐是研究声波在水中的发射、传输、接收、处理的专门技术。包括： a.水声换能器和基阵－水声传感器系统； b.水声物理－海洋信道的传播、混响、散射、噪声特性和各种水声目标特性； c.水声设备－水声信号处理、水声电子技术。
水声学波动问题
水声学波动问题一、水声学介绍水声学是研究水中声波传播和接收的学科，主要涉及声波在水中的传播特性、声源与接收器的特性、噪声控制等方面。
水声学应用广泛，包括海洋勘探、海底通信、船舶和潜艇探测等领域。
二、水中声波传播特性1. 声速声速是指在介质中传播的声波的速度，它受到介质密度、压力和温度等因素的影响。
在海洋中，由于深度不同导致温度和压力变化较大，因此海洋中的声速也会随深度变化而发生变化。
2. 声阻抗声阻抗是指介质对于通过其表面传播的声波所产生的反射和透射效应。
在海洋中，由于海水密度较大，所以其表面反射能力较强。
3. 衍射和散射衍射是指当声波遇到物体时发生弯曲现象；散射是指当声波遇到物体时发生分散现象。
这些现象都会影响到海洋中声波的传播。
三、水声学波动问题1. 海洋中的声波传播海洋中的声波传播受到多种因素的影响，如水深、海底地形、温度和盐度等。
这些因素会导致声速变化和衍射散射现象，从而影响声波的传播路径和强度。
2. 海洋中的噪声问题海洋中存在着各种各样的噪声源，如船舶、潜艇、鲸鱼等。
这些噪声会对海洋生物产生影响，并且也会干扰海洋勘探和通信等应用。
3. 水下通信问题水下通信是指在水下进行信息交流。
由于水中的电磁波传输距离较短，因此常常采用声波来进行通信。
但是由于水中的衰减和散射等问题，使得水下通信面临很大的挑战。
四、应对措施1. 声速测量与预测为了更好地预测海洋中声波传播路径和强度，需要对海洋中各种因素进行测量，并建立相应的模型来进行预测。
2. 噪声控制为了减少海洋中的噪声干扰，需要采取一系列措施，如减少船舶和潜艇的噪声、调整通信频率等。
3. 水下通信技术研究为了克服水下通信面临的问题，需要研究新型的水下通信技术，如水声纳技术、多路径传输技术等。
五、结论水声学波动问题是一个复杂而又重要的问题，在海洋勘探、海底通信和军事领域等方面都有着广泛的应用。
我们需要认真研究和解决这些问题，以更好地利用海洋资源和保护海洋环境。
水声学声学基础声波的辐射和接收
我们探索了降低声波传播损失的方法，例如采用新型声学材料和优化声 波传播路径，这有助于提高声波探测和通信的距离和可靠性。
未来研究方向与展望
复杂环境下的声波传播特性
未来的研究可以进一步探索声波在复杂环境下的传播特性，例如浑浊水、多径传播和声波 散射等，以提高声波探测和通信的鲁棒性。
声波与物质的相互作用
声衰减
传播路径
声波在传播过程中可能会遇到障碍物、 界面和不同介质，导致反射、折射和 散射等现象。这些因素会影响声波的 传播路径和强度。
声波在传播过程中会逐渐减弱，这是 由于声能转化为热能、散射和吸收等 能量损失。
04
声波的接收
接收器类型与特性
压电式接收器
利用压电材料的压电效应将声波 转换为电信号，具有较高的灵敏
研究成果总结
01
声波辐射和接收机制的深入理解
通过对声波在水中的辐射和接收过程的深入研究，我们获得了对声波传
播机制的更深入理解，这有助于优化声波探测和通信系统。
02 03
声波传播特性的测量和模拟
通过实验和数值模拟，我们测量了声波在不同条件下的传播特性，包括 温度、盐度、压力和流速的影响。这些结果为声波传播模型的改进提供 了重要依据。
深度测量
通过声波传播时间测量水深，为海洋科学研究提 供基础数据。
定位系统
利用声波传播速度和时间差，实现水下定位和导 航。
海洋环境监测
海洋地质勘查
01
通过声波探测海底地形地貌、地质构造等信息。
海洋生态监测
02
利用声学方法监测水下生物活动、分布和数量，评估海洋生态
系统健康状况。
海洋气象监测
03
通过声波传播速度和频率变化，监测海流、温度、盐度等海洋
水声学原理第一章ppt课件
5
为了提高主动声纳的作用距离，将发射器做 成具有一定的发射指向性，如下图所示。
解释原因：可以提高辐射信号的强度，相应 也提高回声信号强度，增加接收信号的信噪 比，从而增加声纳的作用距离。
6
发射指向性指数DIT：
DI T
10 lg
ID I ND
式中：
ID为指向性发射器在声轴上测得的声强度； IND为无指向性发射器辐射的声强度。 含义：
的回波强度。
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4、海洋环境噪声级NL （Noise Level）
Question：海洋内部是安静的吗？
海洋环境噪声是由海洋中大量的各种各样的噪声源发出的 声波构成的，它是声纳设备的一种背景干扰。
环境噪声级NL是度量环境噪声强弱的量
定义：
NL 10lg I N
I0
式中I0为参考声强度,IN是测量带宽内（或1Hz频带内）的
QUESTION：何为水听器灵敏度?
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水听器灵敏度Sh
定义：
水听器处的声压为p，装置的开路终端电 压是V，则水听器的灵敏度为：
Sh 20 lg( v / p) dB/V
例子：已知水听器的灵敏度为-200dB/V，假设入 射平面波的声压级为80dB，问其输出端的开路电 压为几伏？
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无指向性水听器产生的均方电压： 设水听器的灵敏度为单位值，噪声场为 各向同性的，单位立体角内的噪声功率 为Ii，无指向性水听器产生的均方电压 为：
目标反射本领有差异：在同样入射声波的照射下，不同 目标的回波是不一样的。它除了与入射声波特性（频率、 波阵面形状）有关，还与目标的特性（几何形状、材料 等）有关。 目标强度TS定量描述目标反射本领的大小
定义：
水声学教学设计方案
案例分析教学方法
选取典型案例：选择具有代表 性的水声学案例进行分析
分析案例：对案例进行深入分 析，挖掘其中的原理和规律
归纳总结：总结案例中的知识 点和技能，形成教学要点
实践操作：让学生通过实践操 作，掌握案例中的知识和技能
实验教学与项目实践教学方法
学生学习成果评估方法
实验：通过实验操作评估学 生的实践能力和创新思维
考试：通过笔试、口试等方 式评估学生对水声学知识的 掌握程度
作业：通过作业完成情况评 估学生的学习态度和自主学
习能力
课堂表现：通过课堂参与度、 提问和回答问题等评估学生
的课堂表现和互动能力
教师教学质量评估方法
学生满意度调查： 通过问卷调查等 方式了解学生对 教师教学质量的 评价
水声学在军事领域的应用 水声学在环境保护领域的应用 水声学在资源勘探领域的应用
水声学在医疗领域的应用 水声学在深海探索领域的应用 水声学在智能水下机器人领域的应用
水声学教学方法
理论教学与实践教学相结合
理论教学：讲解水声学的基本概念、原理和理论
实践教学：通过实验、案例分析和项目设计等方式，让学生动手操作，加 深对理论知识的理解 结合实际：将水声学知识与实际应用相结合，让学生了解水声学在各个领 域的应用
教学质量保障措施
定期进行教学评 估，了解学生的 学习情况
建立有效的反馈 机制，及时调整 教学计划
加强教师培训， 提高教师的教学 能力和水平
引入先进的教学 设备和技术，提 高教学质量
THANK YOU
汇报人：XX
汇报时间：20XX/XX/XX
YOUR LOGO
实验与实践：通 过实验与实践， 让学生亲身体验 水声学的原理和 应用
(完整版)水声学原理(第一章)
参考值
10
1.6.2声压级等于声强级:
L I
10 log
I I
0
10
log
p2
c
p2 0
c
20 log
p p
0
L
p
注意参考值不同产生的声级差别:
1971年以前曾用： =20μPa＝2×10－4达因/厘米2，换算到现在标准要加26分贝。 ＝1 达因/厘米2＝1μb（微巴）＝10－5μPa，换算到现在的标准 要加100分贝。
水声技术的成果突出反映在两个方面 1、声呐性能的不断提高：探测距离原来越远、对目标的定位、跟踪能力越来越强 2、应用声自导或声引信的水中兵器（鱼雷、水雷、深水炸弹等）的作战能力不断 提高。
因此，现代舰艇在水下面临的威胁与水声技术的水平有直接的关系。声隐身 性能是潜艇水下隐蔽性的核心。
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1.4、水声技术的发展历史
声学中采用分贝计量的原因： ❖声学量的变化大到六、七个数量级以上
▪ 从窃窃私语到大型喷气式飞机起飞的声功率差十个数量级； ▪ 人耳的听阈在频率1kHz时是20μPa（微帕），痛阈是20Pa， 相差六个数量级； ▪ 在水中，一艘老式潜艇的辐射总声功率达到数瓦，而新型的 低噪声潜艇不到1微瓦，相差六、七个数量级。 ❖人耳（仪器）的响应近似与声压或声强的对数成比例。
5
1.5 声呐简介
声呐（声纳）-SONAR(Sound Navigation and Ranging)
凡是利用水下声信息进行探测、识别、定位、导航和通讯的系统，都通称为声呐系 统。声呐的主要应用是军用声呐。按工作方式可以分为：主动声呐和被动声呐。 按安装平台分可以分为： ❖潜艇声呐：潜艇上的电子设备是声呐。一般核潜艇装有10～15部声呐。主要有： 艏部主、被动综合声呐；被动测距声呐；舷侧阵声呐；拖曳线列阵声呐。 ❖水面舰声呐：舰艏声呐；变深拖曳声呐；拖曳线列阵声呐。 ❖机载声呐和浮标：吊放声呐；声呐浮标。 ❖海洋水声监视系统：岸站（岸边海底固定式声呐）；预警系统 ❖水声对抗器材：鱼雷报警声呐；声诱饵；干扰器；气幕弹 ❖水中兵器自导：鱼雷声自导；水雷声引信； ❖其它：通讯仪、鱼探仪、多普勒测速仪、浅地层剖面仪等。
水声学原理
水声学原理
水声学原理是研究声波在水中传播和声学现象的学科。
在水中，声波的传播速度较大气中要快约1500米/秒。
这是因为水的密
度和弹性模量高于空气，因此声波在水中的传播速度更快。
另外，水声学研究还探究音频信号在水中反射、折射、散射和吸收等现象。
声波在水中的传播遵循一些基本的原理。
当声源产生声波时，波源会向外释放能量，并使水质点发生膨胀和压缩，形成一个声压波。
这个声压波以固定的速度传播，并遵循波动方程。
根据波长和频率的关系，可以得出声波在水中的传播速度。
声波在水中传播时，会遇到不同的介质界面，如水面、海底和不同密度的水层。
当声波遇到界面时，会发生反射、折射和散射等现象。
反射是指波向原来的方向反弹回去，折射是指波在入射介质和出射介质之间发生偏折，散射是指波在遇到界面或障碍物时发生的辐射改变方向的现象。
这些现象对声波的传播方向和强度会产生影响。
在水声学中，还研究声波在水中的吸收现象。
水分子对声波会吸收部分能量，并将其转化为热能。
声波的频率越高，吸收现象越明显。
这种吸收现象是水中声能衰减的主要原因之一。
水声学原理的研究对于海洋声学、声纳技术、水下通信等领域都具有重要的应用价值。
通过深入理解和探索水声学原理，可以改进和优化水下声波传播系统，提高其性能和效率。
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考试科目:
号
水声学
姓名：
题三图 一、 简答题（每题 8 分，共 40 分） 1． 聚焦因子是如何定义的，其物理含义是什么？声强异常是如何定义的，其物 理含义是什么？ 2． 请画出表面声道和深海声道声速分布，并简述上述两种声道中声波传播特性 的异同点？ 四、设声纳工作频率为 50kHz，有一鱼雷可近似看作长 2.0m，半径 0.2m 的圆柱体， 其头部为半球形，试求正横方位与头部方位的目标强度？（12 分） 五、海底上放置一水雷，欲用一距离海底 30m，与水雷斜距 200m 的主动声纳探测 该水雷。设目标强度为-5dB，发射换能器发射信号脉冲宽度 10ms，声纳的检测 阈为 0dB，海底散射强度为-35dB，则所需的水平束宽为多少？若提高该声纳的 探测距离，应如何改变声纳系统参数？（海水中声速 1500m/s；声波球面扩展， 不计海水声吸收） （13 分） 六、设潜艇辐射频率为 300Hz 信号，其声源级为 120dB。现用指向性束宽为 0.5 弧 度的某声纳接收该潜艇信号，潜艇速度为 20m/s，海洋环境噪声谱级为 70dB， 求声纳系统最小接收带宽和背景干扰级？若声纳系统的检测阈为-25dB， 则该声 纳可探测该潜艇的最大探测距离是多少？ （海水中声速 1500m/s， 声波球面扩展， 不计海水声吸收） （15 分）
班级：
题二图 三、已知 cS、a1、a2，声源在 z0 处，声线在 z3 处和海面处翻转，z0、z1、z2 和
ห้องสมุดไป่ตู้
z3 也为已知，求声线水平距离 R。 分） （12
共 2 页；第 1 页 共 2 页；第 2 页
装
订
3． 测量柱形目标的 TS 值时，目标 TS 值随测量距离而变化，请说明这种变化规 律及其产生原因？ 4． 一般海洋混响分为哪几类？它们各自的混响源是什么？并说明混响信号的特 性。
学号：
线
5． 请简述舰船辐射噪声和自噪声之间的异同点？舰船辐射噪声的主要噪声源是 什么？并说明它们的频率特性及其在辐射噪声中作用。 二、海水中声速分布如下图所示，请画出几条典型声线轨迹图。 分） （8