水下振动,噪声及相关问题研究
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。
振动噪声源主要传递路径方法研究
４ ． ２ 管 网综合
根 据 给水 工程 、排 水工 程 、中水 工程 、 电力工程 、通信 工程 等专 业设 计 ，分析 解决 各种工 程管 线平 面 、竖 向布置 时管 线之 间以 及 与 道路 、轻轨 （ 预 留） 、构 筑物 存在 的矛
盾 ，做 出综 合设 计 。 ４ ． ２ ． １管 线的 平面 布 置
图 ５多输入 ／输 出模型 下面针 对 ５ ０ Ｈｚ 和 １ ０ ０ Ｈｚ 特征 信 息， 利 用建 立的噪 声源 主 要传递 路径 识 别信 息处 理 方法识 别其 主要 传递 路径 。
１ 理论 分析
１ ． １振 动传 递路 径 的物 理模 型 依 据 振 动 至 声 的 传递 过 程 ， 可 将 机 械 设 备一 传 递路 径一 水声 场 的传 递路 线描 述 为 图１ 所 示 的物 理模 型 。按 照这 种传 递模 式 ， 对 各个 传递 环 节的 振动 信 息进 行信 息相 似 性 分析 或 频谱 能 量的 变化 ，查找 信息 相似 性 程 度 高或振 动 能量 衰 减小 的 环节 ，这 些环 节 即 为设 备振 动 至 声辐 射的 主要 传 递路 径 。
ｌ ，：
， Ｘ ＋ Ｎ
对 输 入 作 变 换 ，使得 变 换 后 的 输 入 相 互独 立 ，而 且变 换特 点是 对每 个输 入逐 步 扣 去 与其 相关 的前 面输 入 的剩 余作 为变换 后 的 输入 。
２仿 真研 究
２ ． １ 独 立 条件 下 的噪 声源 传递 路径 仿 真 研究 仿 真 条件 ：假 设 源信 号分 别 为 ５ ０ Ｈｚ 和 １ ０ ０ Ｈ ｚ正 弦 信 号 ，其 中 ５ ０ Ｈｚ 信 号 存 在 三 条 传 递 路 径 ，分 别 为 ｈ ， （ ｔ ） 、ｈ ： （ ｔ ） 和ｈ （ ｔ ） ，
主动隔振与水下声辐射控制的实验研究
对 于流 体 域 ， 设 流 体是 无 粘 、 旋 的 ， 假 无 而且 质 点
作微 幅振 动 ， 其运 动规 律 由波 动方 程描述 ：
干扰 的非 常有 效 的方 法 ， 信 号处 理 和控 制 领 域 广 泛 在
应 用 。常 用 的 自适 应 算 法 是 Ｆｌ ｒｄＸ Ｌ ｉｅｅ ． ＭＳ算 ｔ
振
动
与
冲
击
第 ２ 第 ８期 ９卷
Ｊ ＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＶＩ ＢＲＡ ＯＮ ＴＩ ＡＮＤ Ｓ ＨＯＣＫ
主 动 隔 振 与 水 下 声 辐 射 控 制 的 实 验 研 究
张志谊 ，李 增 ，黄修长 ，华宏 星
２ ０４ ） ０２ ０
（ 上海 交通 大学 机 械 系 统 与振 动 围家 重 点 实 验 室 ， 海 上
进 展 。 。相 比 而言 ， 。 对结 构 在 重 质 流体 巾 的 声 辐 射
主动控制 的研 究 还 比较 少 ， 这部 分 归 因于 水 下 声 辐 射 控制 的特 殊 性 和 有 限 的应 用 。然 而 ， 着 水 下 随
噪声 对海 洋环 境 影 响 的加 剧 ， 辐 射 控 制 就 显 得 越 来 声 越重 要 。船舶动 力 没备 是 导致 船体 结 构振 动 及 水下 声 辐射 的 重要 冈 素 ， 中 低 频 振 动 声 辐 射 义 较 难 控 制 。 其 动 力设备 主动 隔振是减 小 低频 振动 及 声辐 射 的有 效 途 径， 可改善船 舶 舒 适 性 、 制 结 构 的低 频水 下声 辐 射 ， 抑 相关研 究也 较 多 ” 。水 下 结 构声 辐 射 受 流体 影 响 较大， 流体 附加 质 量 和 阻 尼效 应 显 著 地 改 变 了结 构 的
螺旋桨激振力作用下船体振动及水下辐射噪声研究
螺旋桨激振力作用下船体振动及水下辐射噪声研究付建;王永生;丁科;魏应三【摘要】The finite element method (FEM) and boundary element method (BEM) are used to calculate the structure vibration and underwater radiated noise of ship structure caused by the propeller excita-tions. It is analyzed and compared that the influence of vibration and underwater radiated noise are caused by three direction forces (shaft, transverse and vertical). The study shows that the vibration response ap-pears line spectrum at axial passing frequency (APF), blade passing frequency (BPF), 2BPF and ship na-ture frequencies. The underwater radiated noise is the biggest excited by the transverse force, then is the vertical force, last is the shaft force. The biggest radiated noise power of ship hull by three forces is mainly excited by transverse force at BPF, then is excited by shaft force at APF. It mainly berceuses that the BPF of transverse force is approach with ship nature frequency.%利用有限元法和边界元方法分析比较了螺旋桨激振力三个方向分力（轴向、横向、垂向）分别作用以及同时作用时引起的船体结构振动与水下辐射噪声。
水下声波对海洋生态的影响研究
水下声波对海洋生态的影响研究在广袤无垠的海洋世界中，水下声波是一种普遍存在却常常被我们忽视的现象。
从海洋生物的交流、导航到人类活动产生的各种声波，它们在海洋中传播，对海洋生态系统产生着深远的影响。
水下声波的来源多种多样。
自然因素如地震、海底火山喷发、海浪拍打海岸等都会产生声波。
而在人类活动方面，船舶航行、海洋石油勘探、声纳系统的使用等也是水下声波的重要来源。
对于海洋生物来说，它们在漫长的进化过程中，已经形成了对自然声波的适应机制。
例如，一些鱼类能够利用声波来寻找食物、识别同伴和躲避天敌。
海豚和鲸鱼则通过复杂的声波交流来传递信息，进行群体活动和繁殖。
然而，当人类活动产生的高强度、持续性的水下声波介入时，这种平衡就被打破了。
船舶航行所产生的噪音是常见的人为水下声波。
大型商船的螺旋桨转动以及发动机的轰鸣声，在水下形成了持续不断的噪声背景。
这对于依靠声音进行交流和导航的海洋生物造成了严重的干扰。
比如，一些鲸类在这种噪音环境下，可能会出现交流障碍，导致它们的社交行为异常，甚至影响繁殖成功率。
海洋石油勘探中使用的气枪震源所产生的声波能量巨大。
这种强烈的声波冲击不仅可能会对海洋生物的听觉系统造成直接损伤，还会影响它们的行为模式。
例如，使鱼群分散，改变它们的迁徙路线，破坏其正常的觅食和栖息活动。
声纳系统在军事和科研领域广泛应用，但其产生的声波也可能对海洋生物造成危害。
高强度的声纳波可能会导致海洋哺乳动物出现“声纳创伤”，表现为内部器官出血、听力丧失甚至死亡。
水下声波对海洋生物的影响不仅仅局限于个体层面，还会在整个生态系统层面产生连锁反应。
例如，某些鱼类由于声波干扰而改变了迁徙模式，可能会影响到它们在海洋食物链中的位置，进而对整个食物链的平衡产生冲击。
以浮游生物为食的鱼类数量减少，可能会导致浮游生物过度繁殖，影响海洋生态系统的物质循环和能量流动。
此外，长期暴露在高强度的水下声波环境中，海洋生物的生存压力增大，可能会导致其免疫力下降，更容易受到疾病的侵袭。
水下方盒结构振动与声辐射相关性研究
ｓ ｕ ｄ ｒｄ ａｉｎ ｂ ｏ ｖｎ ｈ ｌ ｏ ｑ ａ ｉｎ．Ｔｈ ｏ ｇ ｈ ｏ ｕ ｉ ｇ ｒ ｓ ｌｓ ｈ ｏｒ ｌｔｏ ｏ ｎ ａ ｉ ｔ ｙ ｓ ｌｉ ｇ ｔｅ Ｈｅ ｍｈ ｈｚ ｅ ｕ ｔｏ ｏ ｒ ｕ ｈ ｔｅ ｃ ｍｐ ｔｎ ｅ ｕ ｔ ，ｔ ｅ ｃ ｒｅａｉｎ
ｔｏ ｓ ｓｒ ｎ ｘ ｅ ｔｎｅ ｒ ｔ ｅ ｅ ｃ ｔ ｇ ｌ ｃ ｔｏ ｉ ｎ ｉ ｔｏ ｇ ｅ ｃ ｐ ａ ｈ ｘ ｉ ｎ ｏ ａ ｉ ｎ． ｉ
Ｋｅ ｏ ｄｓ ｙ ｗ ｒ ：ｂｏ ｔｕ ｔ ｒ ｘ ｓｒ ｃｕ ｅ；ｖｂ ａｉｎ；ｓ ｕ ｄ ｒ ｄ ａｉｎ； ｃ ｒｅ ａｉｎ ｉｒｔ ｏ ｏ ｎ ａ ｉｔ ｏ ｏ ｒ ｌｔｏ
Ａ ｂ ｔ ａ ｔ Ｂａ ｅ ｎ ｔ ｅ ｃ ｕ ｌｄ ａ ｏ ｓｉ — ｉｒ ｔｏ ｅ ｔ ｒ ｏ ｎ ｅ ｗａｅ ｔｕ ｔ ｒ ｓ ｈ ｏ ｒ ｌｔ ｎ ｓｒ ｃ ： ｓ ｄ ｏ ｈ ｏ ｐ ｅ ｃ ｕ ｔｃ ｖｂ ａｉｎ ｆａｕ ｅ ｆｒｕ ｄ ｒ ｔ ｒｓｒ ｃ ｕ ｅ ，ｔ ｅ ｃ ｒｅ ａｉ ｏ
ｂ ｔ ｅ ｉ ｒｔｏ ｎ ｏ ｎ ａ ｉｔ ｎ ｆｒａ ｂ ｘ ｓｒ ｃｕ ｅ ｉ ｎｖ ｓｉａｅ ． Ｉ ａｃ ｌｔｎ ｈｅａ ｏ ｓｉ — ｅ ｗｅ ｎ ｖ ｂ ａｉｎ ａ ｄ ｓ ｕ ｄ ｒ ｄａｉ ｏ ｔｕ ｔｒ ｓｉ ｅ ｔｇ ｔ ｄ ｎ ｃ ｌｕ ａｉ ｇ ｔ ｃ ｕ ｔ ｏ ｏ ｃ
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ｈ ｒ ｅ ａ ｉ ｎ Ｂｅ ｗｅ ｎ Ｖｉ ａ ｉ ｎ ａ ｄ Ｒａ ａ ｉ ｎ ｏ ｓ ａ ｃ ｆ ｔ ｅ Ｃｏ ｒ ｌ ｔｏ ｔ ｅ ｂｒ ｔｏ ｎ ｄｉ ｔｏ ｆ
ａ ｄｅ ｗａ ｅ Ｘ Ｓｔ ｕ ｔ ｒ ｎ Ｕｎ ｒ ｔ ｒ ＢＯ ｒ ｃ ｕ ｅ
１ 引 言
水下声波信号对海洋生物的影响及研究进展
水下声波信号对海洋生物的影响及研究进展摘要：随着现代工业和科技的发展，水下声波成为海洋勘测、军事、通信和能源开发等领域中不可或缺的工具。
然而，水下声波信号的广泛使用也引发了人们对其对海洋生物所产生的影响的关注。
本文将讨论水下声波信号对海洋生物的影响，并对相关研究的进展进行分析。
引言：海洋是一个复杂而神秘的生态系统，其中包含着无数的生物种类和生态功能。
然而，近年来的研究表明，水下声波信号对海洋生物的正常生活和繁衍可能会产生负面影响。
影响机制：水下声波信号对海洋生物的影响主要体现在两个方面：听觉和行为。
听觉影响：许多海洋生物依赖听觉进行导航、通信和捕食等活动。
而声波信号的存在可能干扰它们的正常听觉功能。
一些研究发现，高强度的声波信号可以导致海洋生物的听觉损伤，甚至导致聋哑。
此外，长时间暴露在高强度声波信号中的海洋生物可能出现生理和行为异常，例如逃避行为的改变或不适应。
行为影响：水下声波信号的存在也可能改变海洋生物的行为模式。
例如，许多海洋哺乳动物如鲸鱼和海豚在进行迁徙、捕食和交配活动时依赖声音的传播和接收。
高强度的声波信号可能干扰它们的行为模式，导致迷失方向、减少活动能力、降低觅食成功率等。
此外，一些研究还表明，声波的存在可能对海洋生物的生理功能产生负面影响，如引起应激反应和激素水平的变化。
研究进展：为了更好地了解水下声波信号对海洋生物的影响，科学家们进行了大量的研究。
生物学响应：研究人员通过实验和观察发现，不同种类的海洋生物对声波信号的敏感程度存在差异。
例如，一些鲸类和海豚能够在大范围的频率和声压下听到声音，而其他一些鱼类和无脊椎动物则对声音的敏感性较低。
此外，科学家们还发现，声波信号的强度和持续时间对生物响应的影响很大。
一些实验表明，长时间接触高强度声波信号可能会导致海洋生物的行为和生理异常。
保护措施：为了减少水下声波对海洋生物造成的影响，一些机构和政府采取了一系列保护措施。
其中包括限制声波信号的发射范围和频率、在敏感区域限制声波信号的使用时间以及加强监测和控制措施。
水下声信号处理技术研究及其应用
水下声信号处理技术研究及其应用一、引言水下声信号处理技术是指对水下声信号的采集、处理、传输和应用等过程中所涉及的技术。
随着海洋和水下资源的开发，水下声信号处理技术应用的重要性越来越突出。
二、水下声信号的特点水下声信号是指在水下进行传输的声波信号，由于水的密度和压缩性的特性，水下声信号与空气中的声波信号存在很大的不同。
水下声信号的主要特点有以下几点：1.衰减：在水下传播的声波会随着深度的增加而衰减，同时还会受到水下环境的影响，因此在水下信号传输中需要考虑衰减的程度。
2.延迟：由于水下声波的传播速度较慢，声波需要经历一段时间才能从发射源到达接收器，在信号处理中需要考虑信号的延迟时间。
3.多径效应：水下信号传输中会存在多条传播路径，由于路径的长度和信号的折射方向不同，会导致信号在接收端产生多径效应，使信号产生失真。
4.噪声：水下环境中存在各种噪声源，如海浪、鱼类等，同时由于水下信号传播过程中受到多种干扰，会使得信号受到噪声的干扰。
三、水下声信号处理技术研究1.信号采集技术水下信号采集技术是将声波信号转换为电信号并采集的过程。
其中涉及到声纳传感器的设计、选择及位置的确定、防护装置的设计等方面的问题。
声纳传感器的选择和位置的确定需要考虑许多因素，如传播路径、噪声环境、信号频率等因素，防护装置的设计需要考虑海水的腐蚀、高水压、海水电化学特性等问题。
2.信号处理技术对于采集到的水下声信号，需要进行信号处理，以提高信号的质量，并对信号进行分类和分析。
信号处理的主要内容包括信号去噪、信号增强、信号恢复、信号分析等方面。
信号去噪技术主要有平均消除、中值滤波、小波去噪等方法；信号增强技术有相位旋转、时域增强、频域增强等方法；信号恢复技术有盲信号分离、自适应滤波等方法；信号分析技术有时频分析、小波分析等方法。
3.信号传输技术在水下信号传输过程中，由于水下环境的变化以及水下基础设施的限制，传输信号的质量会受到很大的影响。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
水声工程学院
Harbin Engineering University
➢海洋上有涌浪起伏的海面，下有凸凹不平的 海底；海水中各点处的声速，受该点处温度、 盐度、和压力的影响而不同：
➢ 温度每增加1℃，声速增加4.2m/s. ➢ 盐度每增加1‰, 声速增加1.3m/s. ➢ 压力每增加1atm.声速增加0.17m/s.
水声工程学院
Harbin Engineering University
声波的传播方式图
水声工程学院
Harbin Engineering University
➢声纳是一种可用来进行水下 探测、导航、定位的设备， 它利用声波作为信息载体， 实现对水下目标信息的主动 或被动感知；
➢既服务于不同的海洋活动， 也同时受制于复杂的海洋环 境条件。
➢利用声的传播规律，也可以通过反演，获
得介质及海底海面环境条件。
➢；
测深仪、 测冰仪、 旁侧声纳
海洋层析 术、大洋 测温计划
海底堪探、 海底底质 参数测量
水声工程学院
Harbin Engineering University
大洋测温布置图
★
水声工程学院
Harbin Engineering University
水声工程学院
水声工程学院
Harbin Engineering University
简正波群速度随频率变化图
c 前三阶简正波群速度 u(i) 与相速度 (i)与频率的关系
水声工程学院
Harbin Engineering University
深海声传播衰减规律图
声道中不同深度接收时声强与距离的关系
水声工程学院
Harbin Engineering University
➢因而声在传播时将在界面上反射，并在海水 内部发生折射。
水声工程学院
Harbin Engineering University
声在倾斜海底传播图
水声工程学院
Harbin Engineering University
声在深海传播图
水声工程学院
Harbin Engineering University
水声工程学院
Harbin Engineering University
声在倾斜海底环境斜向传播时传播方向的偏转
声线水平方向折射情况
水声工程学院
Harbin Engineering University
水声信道特性 声在浅海传播时的低频截止现象 当海深小于声波的半波长时，声继续向前传播
时，其幅度将随向前距离，迅速依指数率衰 减。 声在深海传播时的会聚现象 由于深海声道效应，声传播过程中，将出现周 期性会聚现象。
Harbin Engineering University
主讲人：杨士莪 院士
水声工程学院
Harbin Engineering University
任何能量在介质中传播时,都将受到介质的影响，例 如由于介质的不均匀,或边界的存在,而改变其传播的 途径。海市蜃楼现象，就是由于光线在不均匀大气 中折射所产生。声波传播同样也受到介质和周边环 境的影响，古人云：“顺风而呼闻者彰”，北京天 坛回音壁更是一种典型的声传播效应。
射，将产生传播过程中的多途现象。 频散效应： 不同频率的声波，在海中传播的群速度也不同，
因而将造成脉冲信号传播变形。
水声工程学院
Harbin Engineering University
水声传播中的多途现象图
Sound Speed Profile
VLA
水声工程பைடு நூலகம்院
Harbin Engineering University
脉冲波形传播畸变图
指数脉冲在两层介质情况下传播时的接收波形
水声工程学院
Harbin Engineering University
水声信道特性 声传播方向偏转 当声波沿倾斜海底斜向传播时，其传播方向将
发生偏转。 声传播起伏 声在随机起伏海水介质中传播，及随机界面上
反射，将引起声波幅度及相位的随机起伏。
➢海水中还存在湍流、内波、涡漩、锋面、 微观不均匀体等。
➢随声波频率的增加,逐步增大对声波的吸收 衰减。
➢因而从信息传递的角度来说，水声信道常 被视作为时变、空变滤波器。
水声工程学院
Harbin Engineering University
水声信道特性 多途效应： 由于声波在海中的折射，和在上下界面处的反
大洋测温布置图
檀香山
★ 声源
水声工程学院
Harbin Engineering University
大洋测温布置图
水声工程学院
Harbin Engineering University 水声工程学院
Harbin Engineering University
本课程所引用的地图旨在说明课 程所讲述的内容，不涉及国家和地区 的领土、边界等立场和观点。界限只 是示意，不代表实际划界。