气泡的声学特性分析
气泡音的概念
气泡音的概念气泡音是指由嘴唇或舌尖在发音时产生的一种辅音特点。
通常情况下，气息从口腔中排出，而口腔内的气流会经过紧闭或部分关闭的口腔通道，形成一个狭窄的缝隙。
当气息通过这个缝隙时，会产生高度浓缩、高速流动的气流，并且在口腔内产生一个小的空腔。
当这个气流遇到口腔内的障碍物时（比如嘴唇相互贴合或舌尖触及主要的上颚或牙齿），会产生快速震动的声波，形成气泡音。
气泡音是辅音的一种特殊形式，与其他辅音相比，气泡音的声音较为尖锐和清晰。
由于气泡音产生时需要有一定的空腔和较高的气流速度，所以气泡音往往比较响亮。
此外，气泡音的发音需要嘴唇或舌尖与其他部位产生接触，而这种接触会增加口腔内的摩擦力，使气泡音具有明显的摩擦音质。
常见的气泡音包括/p/、/b/、/t/、/d/、/k/、/g/以及/f/、/v/、/s/、/z/等。
这些音位发音时，均需要嘴唇、舌尖或其他部位产生接触，并且通过嘴巴向外部排气，产生气流通量及压力的变化，从而形成气泡音。
气泡音在语言中起着重要的作用。
首先，气泡音是语言中声音的一个重要特征，能够区分不同的音位和词汇。
比如，在英语中，单词"pat"和"bat"的区别就在于首个辅音音素，分别是/p/和/b/，两者的区分依赖于气泡音的发生。
其次，气泡音在语音构建和语音流畅性方面发挥着重要的作用。
它能够帮助语音的连贯性，使得不同音节之间的转换更加顺畅，提高语音流畅性和可懂度。
此外，在特定的语境下，气泡音还能传达额外的语义信息，比如不同的气泡音可以表示兴奋、生气或是轻蔑等不同的情感和语气。
总之，气泡音是由嘴唇或舌尖在发音过程中产生的一种辅音特征。
它通过嘴巴中的气流排珠，穿过口腔中的狭窄缝隙，与产生摩擦的障碍物相碰撞而产生。
气泡音在语言中具有重要作用，不仅可以区分不同的音位和词汇，还能帮助语音的连贯性和传达额外的语义信息。
声波在含气泡液体中传播特性及产热效应
水声学原理第一章2
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15
海面混响
海面混响的理论处理 类似体积混响的理论处理，对混响有贡献的散射 声强：
I scat I 0SV
1 b( , )b( , )dV 4 r
提示：只有工作在近海面的声纳才可能受到海面混响 的严重干扰，因此可假设 R h ， r h ， cos 0 ， r H 在上述假设条件下，收发换能器垂直指向性不起 作用，只有水平指向性才起作用，这样散射面近似在 平面内，所以有：
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18
海面混响
海面混响的理论处理 海面混响等效平面波混响级 1）若散射层内 SV 是均匀的，则 SV 10 lg H 恰好 就是界面散射强度 S s ；则海面混响的等效平面 波混响级表达式： c RL SL Ss 40 lg r 10 lg r
tan 4 5 A 2 ( ) Ss 10 lg 2 32 g
60
提示：不涉及风速、声波频率，不符合海面散射 的实际物理过程。
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24
海面混响
关于海面散射的理论 用粗糙度、波长和角度描述
10
海水中气泡的声学特性
单个气泡的散射截面、吸收截面和消声截面 以上两式表明：声波频率与散射功率、散射截面 有关； 当 f f 0 时，气泡处于共振状态，散射功率、 散射截面达到最大，分别为：
(Ws ) max
气泡音研究报告
气泡音研究报告引言气泡音作为一种常见的自然现象，广泛存在于日常生活中的各个方面，如水中的气泡、沸腾的水、汽车排气管中的气泡音等。
在科学研究和工程应用中，了解气泡音的产生原理和特性对于改进设备设计、优化工艺流程以及保障系统的正常运行具有重要意义。
本文将对气泡音的产生、传播、衰减等方面进行研究和分析。
产生机理气泡音的产生是由气泡在液体中产生、生长和破裂的过程引起的。
当液体中存在气体时，由于环境的改变或气体的释放，气泡在液体中产生。
气泡的生长过程是气体不断进入气泡内部，使其体积变大。
当气泡的体积超过液体中的承载能力时，气泡破裂，产生气泡音。
气泡的生长速率与多种因素相关，如气体溶解度、液体温度、液体粘度等。
当液体中气体溶解度低、温度高、粘度小时，气泡的生长速率较快，产生的气泡音较大。
传播特性气泡音的传播特性与气泡破裂时产生的声波有关。
当气泡破裂时，液体中的能量以声波的形式传播出去，形成气泡音。
气泡音的传播距离与声波的频率、液体的性质和环境条件有关。
通常情况下，高频声波的传播距离较短，而低频声波的传播距离较远。
液体的性质对气泡音的传播也有一定影响，高粘度的液体能够吸收更多的声波能量，使气泡音传播距离减小。
影响因素气泡音的大小和持续时间受多种因素的影响。
主要的影响因素包括气泡的体积、液体的性质、气体的性质、环境的压力等。
气泡的体积是影响气泡音大小的重要因素。
体积较大的气泡在破裂时产生的声波能量较大，因此气泡音较大。
液体的性质也对气泡音有影响，高粘度的液体能够减弱气泡破裂时的声波传播，使气泡音减小。
气体的性质和环境的压力也会影响气泡音的大小和频率。
应用领域气泡音的研究在多个领域具有实际应用价值。
以下是几个主要领域的应用案例：工业生产在工业生产中，气泡音的研究可以帮助优化流程和提高效率。
通过分析气泡音的产生和传播机理，设计合适的装置和控制系统，可以减少气泡噪音对生产环境和设备的影响，提高生产效率和产品质量。
医学领域在医学领域，气泡音的研究对于改善超声诊断技术、提高手术治疗效果具有重要意义。
气泡雾化喷嘴气体溢出过程声波信号的时频特征研究
能量振幅 — —低通核函数， （ θ， τ） — 通过设计不同的核 函数可以得到不同的分布特性 — —频偏 — —时移 θ— τ— A（ θ， — —信号 s （ t） 的模糊函数 τ） — A（ θ， τ） =
*
τ τ )s (t － 2 )e ∫s (t + 2
*
jθt
dt
（ 2）
s 为 s 的共轭。 由于径向高斯核时频分布是 式中， 一种整体算法， 对整个信号只设计了一个核函数， 不 Jones 等提出了 AOK 适合非平稳信号的分析， 为此， ［13 ］ 自适应最优核时频分析方法 。 定义短时模糊函数 A（ t； θ， τ） ， 它是由模糊函数 A（ θ， τ） 经过加窗处理得到的， 其表达式为 A（ t； θ， τ） = τ τ )ω (u －t － 2 )· ∫s (u － 2 τ τ s ( u + ) ω ( u － t + ) e du （ 3） 2 2
316
农
业
机
械
学
报
2015年
于普通单相流喷嘴的最大特点， 也是其强化射流雾 ［3 ］ 化效果的关键 。 气泡雾化喷嘴气体溢出膨胀过 程的研究对于深化气泡雾化机理分析以及喷雾技术 的研究具有重要的意义。 气泡雾化喷嘴气相溢出过程是强非线性的气液 固三相相互作用的过程， 理论研究非常困难。 高速 摄影技术是气泡雾化喷嘴射流研究的一个重要手 ［4 － 6 ］ 。 借助气 段， 目前已取得一些重要的研究成果 相溢出喷孔时的图像可获取气相形态 （ 气泡大小、 形状等） 对射流形态 （ 射流锥角、 方向等 ） 的影响。 但通过高速摄影技术进行研究时， 需借助可视化喷 ， 嘴 且得到的只是喷孔处的喷雾图像 ， 无法反映气体 溢出喷孔时的许多重要信息； 利用高速摄影技术对 气泡雾化喷嘴射流的研究有其局限性 。 声波信号经处理后可提取出反映研究对象特性 ［7 － 9 ］ 。液体射流过程中的气体压力振动 的重要信息 被认为是反映液体射流雾化的重要信息
液体内含气泡时的传声特性研究
液体内含气泡时的传声特性研究姚文苇【摘要】利用球贝塞尔函数及汉克儿函数,气液交界处的质点振动速度和应力的连续条件,研究了声波在气-液两相介质内的传播特性.基于波数与区域半径乘积小于1的条件下,求解了两相介质内声传播的参数,即等效弹性系数、等效密度、声速及衰减系数;并得到声速及衰减系数随气泡体积比的变化曲线.结果表明,气泡的存在使声速下降,衰减系数增大,气泡的半径大小对其有一定的影响;声波频率偏低时,气泡对声速影响较明显;频率较高时,声波的能量损失较大.所得的结论与文献中的结果的相似,其结果将为含气泡液体内声传播的应用提供重要的理论依据.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2014(014)028【总页数】4页(P188-190,219)【关键词】等效波数;等效密度;声特性;气泡【作者】姚文苇【作者单位】陕西学前师范学院,西安710100【正文语种】中文【中图分类】TB525液体中附着在固体杂质、微尘或容器表面上及细缝中的气泡，或在液体中由于涡流或声波等物理作用，在液体和液-固界面形成微小泡核［1—3］。
液体中的气泡会改变声波在液体内传播时的压力分布，从而使其声学特性参数(如弹性系数和密度)有所变化。
国际上很多学者研究利用声衰减和声色散的性质对海洋远距离气象实时监控及预测;生物医学领域利用它对血流及生物组织超声成像。
高永慧等［3］、赵晓亮［4］分别研究了两相介质中声波透射、声波传播的特性参数及在高黏度介质(如硅树脂和糖浆)中声波的传播性质。
通常两相介质声波的传播易受气泡的位置状况和大小分布的影响，同时声源的位置及形状及容器的参数等因素也会产生一定的效应［5］，从而使得声波的传播呈现非线性特征，给定量研究增大了难度。
最近，王成会等［6］利用气泡液体内的振动方程，结合声波空化效应，研究了两相介质内的传播;王勇等［7］对声波动方程进行线性化处理，在满足的基础上，探讨气泡的含量和大小、声波的频率对介质内传声特性的影响;姚文苇［8］基于声压的贝塞尔函数研究了气泡对液体中声波传播速度的影响，李灿苹等［9］探讨了气泡对海水中声波传播速度的影响。
气泡的声学特性分析
气泡的声学特性分析
首先，气泡对声波的散射是指气泡表面对入射声波的反射现象。
当声
波遇到气泡表面时，它会被部分反射回去。
散射的程度取决于气泡的大小、形状和界面条件。
通常情况下，当入射波长与气泡半径相比较小时，散射
现象更为明显。
其次，气泡对声波的吸收。
当声波通过气泡时，气泡也能吸收部分声能。
这是因为气泡表面的波浪运动会导致内部液体的运动，从而引起能量
损耗。
气泡对声波吸收的程度与气泡的大小和形状、液体的性质以及声波
的频率等因素相关。
气泡还具有谐振现象，即当声波频率与气泡固有频率相同时，气泡可
以谐振。
这种谐振现象也被称为共振现象。
当声波频率与气泡固有频率匹
配时，气泡内的液体会因气泡表面的波浪运动而振动加剧，从而增强声音
的传播效果。
共振现象的出现通常取决于气泡的大小和形状。
此外，气泡的声学特性还与周围介质的性质有关。
例如，当气泡处于
不同的液体中时，气泡的共振频率可能会发生变化。
液体的性质也会影响
气泡对声波的吸收和散射程度。
综上所述，气泡的声学特性包括散射、吸收和谐振现象等。
这些特性
受气泡的大小、形状、液体的性质以及声波的频率等因素的影响。
对气泡
的声学特性的研究有助于理解声波在液体中的传播规律，以及在声学工程
和医学诊断等领域中的应用。
超声波气泡检测原理
超声波气泡检测原理
超声波气泡检测原理是基于超声波在液体中传播的特性和气泡对超声波的散射作用。
当超声波通过液体中的气泡时，会发生反射、散射和吸收等现象，这些现象可以用来检测气泡的存在和特性。
超声波传播过程中的反射现象是指超声波遇到气泡表面时发生反射回来的现象。
反射信号的强弱与气泡表面的特性有关，如表面形状、大小和液体性质等。
超声波传播过程中的散射现象是指超声波遇到气泡内部的界面或气泡周围的流体界面时发生散射现象。
散射信号包含了气泡的特性信息，如气泡的直径、形状和位置等。
超声波传播过程中的吸收现象是指超声波在液体中传播时被液体吸收的现象。
气泡对超声波的吸收会导致信号衰减，衰减程度与气泡的大小和液体性质相关。
通过接收和分析超声波的反射、散射和吸收信号，可以对液体中的气泡进行检测和分析。
常用的方法包括超声波探头发射和接收信号的处理与分析，通过测量超声波的振幅、频率和相位等参数，可以获取气泡的大小、形状、数量和位置等信息。
总之，超声波气泡检测原理利用超声波在液体中传播时与气泡的相互作用，通过分析反射、散射和吸收信号，可以实现对气泡的探测和分析。
气泡音
“气息”这个词好像很抽象很难很专业
其实很容易
说白了就是呼吸
咳痰可能使大家都要经历的事，别不好意思
大家努力啊
最好咱们这个班都能说出标准的德语
这个“r”很快就会拿下的
但吹的时候，要Hale Waihona Puke 一定要用劲阿 德语的颤音
“r”的发音有大舌音和小舌音之分，练习发小舌音，因为在德国人的心目中发小舌音比较高雅一些，其实也无所谓的。练习发“r”的方法主要是：早上起床刷牙的时候，嘴里含一口水，仰头将水停在小舌和喉管之间，振动声带使水一起震动，感觉小舌振动为成功，否则重来。这样反复练半个月，每天5分钟，直到不要水，也能振动小舌为止。如果还是不行的话，或者你自己感觉不可能发出小舌音的话，别急！请您用以下的办法：在德国人的日常对话中并不十分强调“r”的发音，有时只是一带而过，我们建议您可以用两种方法代替之。一种是，发“h”的音并振动声带；另一种是，发“鹅”的音最好也振动声带。无论您选择哪一种发音方式，注意都要快！习惯了就好了，慢慢来吧！
很有味道的 但是西方的歌大家也多多少少听过 他们的声音条件根本唱不了中国的民歌
他们的声音比较厚比较宽 所以
歌剧，美声是他们比较喜欢的。
他们头腔口腔使得他们需要有很多起来支持头腔和口腔的共鸣
从而从小就会习惯大气息来支持他们的语言
加上身材高大 这样很多的气息对西方人没什么费劲的，足够让大小舌头颤动了
1、 什么是“气泡音”？
最初的气泡音是微弱的气流通过喉腔时，将闭合的声带中间部分吹出一个小洞，由于气流与声带的边缘摩擦产生断续振动，经喉咽腔共鸣而发出一串颗粒性的低弱声音。
2、 为什么要练“气泡音”？
气泡音的练习是声乐学习中重要的基础训练。说话和歌唱是依靠声带的振动而产生基音，气泡音是声带振动的最初状态，所发出的声音是最低声区，所有的声音均原始于气泡音，通过气泡音可以很容易感受声音是如何“靠”在声带上的，通过气泡音也可以体会声带振动时的张力和对气流的阻力。最初的气泡音，我们称为大气泡，将大气泡转为小气泡，再转为密集气泡，气泡音共鸣的位置逐渐上升，可以体会歌唱中发声的连续状态。由于气泡音所需要的气流是微弱而稳定的，所以对气息控制的训练也是很有好处的。气泡音所发出的声音是稳定而集中的，而且具有明显的质感，通过气泡音的练习可以纠正有些人声音发“虚”和不稳定的弊病。在气泡音的变化中，声带是由最初的松弛逐渐拉紧，由低声区向中声区过渡，所以练习气泡音对加强中声区能力是一个好的方法。练习气泡音可以起按摩声带的作用，当觉得嗓子劳累时，做做气泡音的练习，可以缓解疲劳，对喉炎和声带小结患者是康复的重要手段之一。
声空化发光特性及多气泡稳定性研究
声空化发光特性及多气泡稳定性研究一方面，本文利用单气泡声致发光模型，即考虑气泡内两种气体（惰性气体和水蒸气）之间的热扩散及质量扩散、气泡壁处水蒸气的蒸发和凝结、气泡内气体与周围水的热交换、气泡内的化学反应和电离过程，以气泡动力学方程为边界条件利用数值方法求解气泡内气体的动力学方程组，得到气泡内的温度、压强和密度，再结合电子-中性原子和电子-离子的轫致辐射、电子对原子或分子的附着辐射、复合辐射及Na原子、Ar原子、O+2离子和OH基310nm的线谱辐射等发光机制，从而计算得到气泡发光时的光谱及光脉冲。
研究了不同的气泡动力学方程对发光特性的影响、线谱辐射在不同温度和压强下对气泡发光光谱的贡献以及气泡发光时其内的异常电离现象。
研究发现，气泡声致发光越强，气泡内温度和压强越高，发光光谱中线谱越不明显，而出现线谱意味着气泡内温度较低。
不同的气泡动力学方程对发光特性影响很大，但对光脉冲宽度影响较小，计算得到的Ar气泡和He气泡的光脉冲宽度与实验数据相比都太窄，改进气泡动力学方程或气体状态方程等尝试，都不能使计算结果得到明显改善。
根据Putterman实验的启示，我们假设高温高压下气体分子的电离能有大幅度下降，在这个假设下，计算发现大幅降低气体分子的电离能，可以使温度不高的发光气泡内电离度显著增加，同时计算得到的发光光谱及光脉冲都可以很好地与实验吻合，这似乎预示着气泡内存在异常电离现象，但使气泡内气体分子电离能大幅下降的物理机理目前还不清楚。
另一方面，多气泡空化既是非线性问题又是多体问题，理论上处理很困难，本文利用相对简化的气泡链模型，从形状不稳定性、扩散平衡不稳定性及位移不稳定性三方面研究了多气泡的不稳定性。
研究发现，气泡之间的相互作用力（即第二Bjerknes力）是空化多气泡形成各种稳定结构的原因，对于气泡链，当驱动声压频率f给定，不管气泡链在水中或是磷酸中，气泡间距d总是存在一个特殊的值（大概1mm左右）使气泡链最稳定，与实验观察到的气泡间距较吻合。
第6章 海洋中的混响1
kHz
f0
0 . 33 a
1 0 .1d
m
cm
6.3 海水中气泡的声学特性
3、单个气泡的散射截面、吸收截面和消声截面
根据机电类比，小气泡的散射功率 W s 就是消耗在电阻 R s 上的功率： 入射声波强度
Ws ( P0 S 0 ) R s 2 Zm
第6章 海洋中的混响
6.3 海水中气泡的声学特性
海面混响形成：海面不平整性、波浪产生小气泡对声 波的散射。
海面混响的特性与水中气泡的声学特性密切相关。
层厚、气泡浓度及气泡半径取决于气象条件
6.3 海水中气泡的声学特性
1、小气泡对声波的吸收作用
需注意问题：小气泡不属于吸声材料，但由于小气泡群的吸收 和散射作用，声波通过这种气泡群后会产生很大衰减。 衰减的原因： 气泡散射——气泡的存在使介质出现不连续性
6.3 海水中气泡的声学特性
4、衰减系数
定义：
平面声波在含气泡水中传播时的声强度衰减：
10 lg
I1 I2
I 2 和 I 1 分别为声波传播方向上相距单位距离两点声强。 式中，
设每个气泡的消声截面为 e 振气泡，则衰减系数为：
4 . 34 n
e
m
2
，每
m
3
水介质中含有n个共
dB m
6.4 海面混响
1、海面混响理论
海面混响的等效平面波混响级表达式：
RL SL S V c 40 lg r 10 lg H 10 lg r 2
若散射层内 S V 是均匀的，则 S V 10 lg H 恰好就是界面散射强 度 S s ；则海面混响的等效平面波混响级表达式：
气泡的声学特性分析
气泡的声学特性分析2.2.1 气泡的散射特性上世纪50年代后期，海洋学者开始意识到了气泡研究对于海洋探测的重要性，自从Urick 和Hoover 在1956年发现了气泡对于声波的散射后，气泡的散射问题就一直是水声研究领域的经典问题错误!未找到引用源。
目标对声信号的散射能力根据不同性质、大小、形状的目标而不同，同时也与声波的入射方向有关[9]。
因此,对于水声探测来说，目标散射场特性的研究尤为重要。
沿x 轴方向传播的平面声波入射到半径为R 的软球边界上，观察点(,)S r θ处的声场。
如图2.1所示，x 轴方向为零度方向。
),(t x p i θ(,)S r θxR O图2.1 平面声波在软球球面上的散射入射平面声波表达式为：)cos (0)(0),(θωωkr t j kx t j i e p e p t x p --==(2-1) 其中，λ为波长，c 为介质声速，ω为角频率，λπω2==c k 为波数，),(θr 为点S 的球坐标。
根据波动方程和软球应满足的边界条件，球面上的声压为零,即0 (r )i s R p p +== (2-2)声场关于x 轴对称，所以取满足以x 轴对称的球坐标系的波动方程的解为 (2)0(cos )()j ts m m m m p R P h kr e ωθ∞==∑ (2-3)其中，m R 为常数， )()2(x h m 为第二类m 阶汉克尔（Hankel ）函数，为m 阶勒让德(Legendre)多项式，代表声波的传播方向为由球心向外。
入射平面声波可以分解为球函数的和：∑∞=+-=00)()(cos )12()(),,(m m m m tj i kr j P m j e p t r p θθω (2-4)其中，)(kr j m 为m 阶球贝塞尔（Bessel ）函数。
将(2-2)，(2-3)和(2-4)式合并，解出m a ，则s p 为：(2)0(2)0()(,,)()(21)()(cos )()j tm m s m m m m j kR p r t p e j m h kr P h kR ωθθ∞==-+∑(2-5)式(2-5)中，s p 为声波散射场，R 表示散射球的半径。
声场中气泡间次Bjerknes力和气泡群聚现象
声 场 中气 泡 间次 Ｂｊ ｅｒｋｎｅｓ力和 气 泡 群 聚现 象
马 艳ｈ ，林 书 玉 ，徐 洁
（１陕 西 师 范 大 学 陕 西 省 超 声 学 重 点 实 验 室 ，陕 西 西 安 ７１０１１９； ２宁 夏 师 范 学结 构 及 功 能 材 料 工 程 技 术 研 究 中 心 ，宁 夏 固 原 ７５６０００）
Ｔｈｅ ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｂｊ ｅｒｋｎｅｓ ｆｏｒｃｅ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｗｏ
ｓｐｈｅｒｉｃａｌ ｂｕｂｂｌｅｓ ａｎｄ ｂｕｂｂｌｅ ａｃｃｕｍ ｕｌａｔｉｏｎ
Ｍ Ａ Ｙａｎ ～，ＬＩＮ Ｓｈｕｙｕ ，ＸＵ Ｊｉｅ （１ Ｓｈａａｎｘｉ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｓ，Ｓｈａａｎｘｉ Ｎ ｏｒｍａｌ Ｕ ｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ ａｎ ７１０１１９，Ｓｈａａｎｘｉ，Ｃｈｉｎａ；
摘 要 ：基 于 双 气 泡 耦 合 振 动 方 程 ，研 究 了强 声 场 中初 始 半 径 为 １０，ｕｍ 以 上 的 两 个 球 形 气 泡 之 间 的 次 Ｂｊｅｒｋｎｅｓ力 ，并探 讨 了驱动 声压振 幅 、驱 动频 率 、气泡 间距和 双泡 的初始 半径 对 次 Ｂｊｅｒｋｎｅｓ力 的影 响 。结果表 明 ：强声 场 中气泡运 动的 非线性 效应 ，使 泡 间的 次 Ｂｊｅｒｋｎｅｓ力增加 ，进 而导致 气泡 大量聚 集 ，互相 牵制 ，形成 稳定 的 气泡结构 ，即气泡群 聚现 象 。 关 键 词 ：次 Ｂｊｅｒｋｎｅｓ力 ；气 泡 ；非 线 性 ；气 泡 群 聚 中图分 类号 ：Ｏ４２６．４ 文献 标志 码 ：Ａ 文章编 号 ：ｌ６７２－４２９１（２０１８）０２—００４０－０５
轻质材料的声学性能与应用研究
轻质材料的声学性能与应用研究在当今的科技与工程领域，轻质材料因其独特的性能而备受关注，其中声学性能更是成为了研究的热点之一。
轻质材料在声学领域的应用，为改善我们的生活和工作环境、提升声学设备的性能等方面带来了诸多可能性。
轻质材料通常具有较低的密度和良好的声学吸收特性。
这是因为它们的微观结构和物理性质决定了声波在其中的传播和反射方式。
以常见的轻质多孔材料为例，如泡沫塑料、岩棉等，其内部充满了大量微小的孔隙。
当声波进入这些孔隙时，会发生摩擦、热传递等能量损耗过程，从而有效地将声能转化为热能，实现声音的吸收和衰减。
在声学性能方面，轻质材料的吸声系数是一个重要的指标。
吸声系数表示材料吸收声音能量的能力，其数值在 0 到 1 之间。
数值越高，表明材料的吸声性能越好。
不同类型的轻质材料，其吸声系数在不同频率下会有所变化。
一般来说，对于中高频声音，轻质多孔材料往往表现出较好的吸声效果；而对于低频声音，可能需要采用特殊的结构设计或复合其他材料来提高吸声性能。
除了吸声性能，轻质材料的隔声性能也不容忽视。
隔声是指材料阻止声音传播的能力。
轻质材料由于其密度较低，单独使用时的隔声效果通常不如厚重的材料。
然而，通过合理的结构设计和组合使用，可以显著提高轻质材料的隔声性能。
例如，采用双层或多层轻质材料，中间夹空气层的结构，利用声波在不同介质界面的反射和折射，能够有效地阻挡声音的传播。
轻质材料在众多领域都有着广泛的应用。
在建筑声学中，它们被用于会议室、录音室、影院等场所的声学处理。
通过在墙壁、天花板等处安装轻质吸声材料，可以有效地降低室内的混响时间，提高声音的清晰度和可懂度，营造出更加舒适和理想的声学环境。
在交通运输领域，轻质材料也发挥着重要作用。
汽车、飞机、火车等交通工具内部的噪声控制是提高乘坐舒适性的关键。
轻质隔音材料可以用于车身、机舱和车厢的内饰，减少外界噪声的传入和内部噪声的反射，降低噪声水平，提升乘客的体验。
在电子设备领域，轻质材料在音响设备、耳机等产品中也有应用。
华北理工水声学课件06海洋中的混响-1海水中气泡的声学特性、海面混响
1.41
由上图可知小气泡作受迫振动时的等效机械阻抗：
Zm
cS0
k
a
i1
3P0 2a2
ka
气泡的共振频率：
f0
1
2a
3P0
7
海水中气泡的声学特性
小气泡的共振频率
例：对于水中的气泡，取 1g / cm3，空气的 1.41
设气泡在水面附近，则 P0为1标准大气压，据此可 得谐振频率：
13
海面混响
海面混响的理论处理 设收发合置换能器位于O点，离海面散射层的
距离为 h ；收发换能器指向性分别为 b(,) 、b(,) 声源在散射层上的投影点 O 到圆环内侧距离为 R 声源到圆环内侧的斜距为 r 。
14
海面混响
海面混响的理论处理 海面对混响有贡献的区域是厚度为H，宽为 c / 2
的球台状圆环，如图所示。对于海面混响，也可以 像体积混响一样来推导等效平面波混响级表达式， 不同的是积分体积改变了，散射强度采用界面散射 强度 Ss 。
15
海面混响
海面混响的理论处理
类似体积混响的理论处理，对混响有贡献的散射
声强：
Iscat
I0SV
1 r4
b( ,)b( ,)dV
提示：只有工作在近海面的声纳才可能受到海面混响
4.34n e dB/m
注意：上式忽略气泡间的多次散射，仅适用于气泡 浓度不大的情况。
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海水中气泡的声学特性
含气泡水介质中的声速 含气泡水中的声速与气泡含量、声波频率有关； 当声波频率低于气泡共振频率，气泡的存在使声 速明显减小； 相反，当声波频率远高 于共振频率，气泡对声 速不产生明显影响； 若声波频率就在共振频 率附近，则随着频率的 变化，声速发生剧烈改变。
ADCP测试受气泡特性的影响分析
ADCP测试受气泡特性的影响分析濮兴啸;梁朝阳;刘海峰;徐洋【摘要】水中气泡对声传播产生重要影响.文章依据声纳方程,通过对含气泡的海水水体声波散射的研究,计算分析了气泡半径、密度、浓度等特性要素与后向散射强度的相关关系,为声学多普勒流速剖面仪(ADCP)测试和气泡发生装置的设计提供一定的理论基础.【期刊名称】《气象水文海洋仪器》【年(卷),期】2016(033)002【总页数】3页(P42-44)【关键词】气泡特性;声波散射;ADCP【作者】濮兴啸;梁朝阳;刘海峰;徐洋【作者单位】中国白城兵器试验中心,白城137000;中国白城兵器试验中心,白城137000;中国白城兵器试验中心,白城137000;中国白城兵器试验中心,白城137000【正文语种】中文【中图分类】P47声学多普勒剖面流速仪(ADCP)是一种先进的声学测流仪器，作为一类计量仪器，其需要开展实验室条件下的测试、检定和校准。
ADCP的测速依据多普勒频移原理，因此，测试水体中必须有足够的反射物来反射声波，其才能接收到反射声信号，而且信号强度必须达到被检定仪器正常工作的要求。
在水槽中测试剖面仪反射物反射强度小于35 dB时，都会带来显著误差。
在国外，美国ADCP制造厂商流速检测是在一个宽度为15.5 m、深度为6.7m的很大、很长的静水槽内进行的，在水体中安放了声波反射物。
目前，国内现有的在用流速仪检定水槽并不能用来检测ADCP，ADCP流速检定校准的专用水槽应较宽、较深，以能测到数个剖面单元流速，减少盲区影响，水槽设计应符合声学水槽要求，槽内水体中应有悬浮颗粒或气泡存在[1]。
目前，国内已开始论证规划建设这样的专用水槽，专用水槽将充分考虑了上述因素的影响，在考虑水体反射物时，有两种方式可供选择，一是播撒悬浮颗粒物(如石灰粉末)，另一种方式是产生气泡。
由于气泡的共振特性和干净清洁，相对于其他悬浮粒子物质，在水中气泡作为声波散射物质更有效。
浅层气逸出到海水中的气泡声学探测方法
2008年4月 海洋地质与第四纪地质 V ol.28,No.2第28卷第2期 M ARINE GEOLOGY&QUA TERNARY GEOLOGY Apr.,2008浅层气逸出到海水中的气泡声学探测方法顾兆峰1,刘怀山2,张志珣1(1青岛海洋地质研究所,青岛266071; 2中国海洋大学地球科学学院,青岛266100)摘要:针对南黄海西部等地区在海洋调查仪器上发现的海水中浅层气逸出气泡产生的声学羽流等气泡记录,首先根据水体中气泡共振发生非线性振动形成的强烈散射现象,计算了我国浅层气分布海区的常见浅层气逸出气泡共振频率范围、不同调查仪器在水深变化时的探测气泡大小,据此分析了不同调查仪器探测浅层气逸出气泡的范围。
其次,根据气泡在水中的变化、运动规律,提出了浅层气逸出气泡应当具备的声学特点,排除了南黄海西部地区形成水体中特征反射的其他可能因素,并探讨了云状扰动的可能形成原因。
关键词:浅层气;海水中的气泡;声学信号;探测方法中图分类号:P733.2 文献标识码:A 文章编号:0256-1492(2008)02-0129-06海水中有以各种形式存在的气泡,如波浪破碎后紧贴海面产生的大量气泡、某些海洋生物的鱼鳔、航行船舶尾流中的气泡、浅层气由海底逸出的气泡。
很多地方探测到了浅层气逸出气泡的声学信号,如S Gar cia-Gil de等[1]在海底浅层气逸出区(水面可见到气泡逸出形成的 开锅沸腾 区)进行的浅地层剖面调查发现了海水中气泡形成的声学羽流、云状扰动,在里海沿岸的海底浅层气逸出区(水面可见 开锅沸腾 区)进行的声学探测记录到了串珠状的反射信号[2];俄-中鄂霍次克海水合物调查中探测到了水合物分解产生的气泡形成的 火焰 状反射[3]。
笔者在南黄海地质调查中发现,浅层地震剖面在某些海底浅层气埋藏区(存在声学空白、声学扰动区等)常记录到海水中有大量分布的斑点状反射(形成声学羽流、云状扰动反射)[4](图1),而在没有浅层气分布的地区,海水中就没有这种大规模的声学反射。
海底冷泉区气泡流量流速的声学探测机理研究
海底冷泉区气泡流量流速的声学探测机理研究秦华伟;范相会;蔡真;叶彦雷【摘要】There are great quantities of natural gas hydrate beneath seawater, which are giant resources potentially and capable of damaging environment; and special species is also discovered in related area. So, the detection and quantification of an underwater gas release are becoming increasingly important for oceanographic and industrial applications. According to the characters of acoustic attenuation when acoustic wave propagates through bubbles, detection of different flow rate of bubbles was conducted, and result of the relation of bubbles flow rate and acoustic attenuation was presented. In addition, the rising velocity of bubbles was estimated using the relate flow method of two signals received at different depths. Then, the flux of bubbles was inversed by acoustic signal, and the bubble distribution was calculated by the rising velocity and flux, which provided a new method for detection and quantification of undersea bubbles.%海洋冷泉区常含有巨大资源前景和引发环境灾害的天然气水合物，并发育有依赖于流体化学自养能和养分的特异生物群，研究其泄漏气体的流量和流速，具有重要的资源和环境意义。
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气泡的声学特性分析221 气泡的散射特性上世纪50年代后期，海洋学者开始意识到了气泡研究对于海洋探测的重要性，自从UriCk和HOOVer在1956年发现了气泡对于声波的散射后，气泡的散射问题就一直是水声研究领域的经典问题错误未找到引用源。
目标对声信号的散射能力根据不同性质、大小、形状的目标而不同，同时也与声波的入射方向有关[9]。
因此,对于水声探测来说，目标散射场特性的研究尤为重要。
沿X轴方向传播的平面声波入射到半径为R的软球边界上，观察点S(rc)处的声场。
如图2.1所示，X轴方向为零度方向。
图2.1平面声波在软球球面上的散射入射平面声波表达式为：P i(x,t)=p°e j(Z) = P O e j g rCO S e)(2-1)其中，，为波长，C为介质声速，「为角频率，C=二，为波数，(r,d)为点S的球坐标。
根据波动方程和软球应满足的边界条件，球面上的声压为零，即P i P S=O (^ R) (2-2)声场关于X轴对称，所以取满足以X轴对称的球坐标系的波动方程的解为Oel P s =Σ R m P m(CoS日)h m2>(kr)e jκt(2-3)m z0其中，R m为常数，h r mυ(x)为第二类m阶汉克尔(Hankel)函数，「：•为m阶勒让德(Legendre)多项式，代表声波的传播方向为由球心向外。
入射平面声波可以分解为球函数的和：OaP i(r,8,t) =p°e j°5∑ (―j)m(2m+1)P m(cos日)j m(kr) (2-4)m =0其中，j m(kr)为m阶球贝塞尔(BeSSe)函数。
将(2-2)，(2-3)和(2-4)式合并，解出a m ,则P S为：PS zg p O e jt m∕"(2ml)hS h m伽P m g)式(2-5)中，P S为声波散射场，R表示散射球的半径。
(2-5)27=1F lra fij*⅛K)kHzM DQ⅞3Q . f.Γ.W Ioa27fl图2.2软球半径一定时软球散射场的指向性由软球散射声场指向性图可知，在软球半径一致的条件下，随着发射信号的中心频率不断增加(50kHz,100kHz,200kHz,400kHz)，散射声场指向性图中零点变多；波瓣变窄；同时伴随越来越剧烈的起伏。
9012060210270图2.3频率一定时软球散射声场的指向性由图2.3能够看出在发射信号的中心频率相同的条件下， 随着软球半径的减小 ( 2mm,1.5mm,1mm,0.5mm)，指向性逐渐增强。
基于软球尺度和回波散射强度的关联性，可以根据不同中心频率的发射信号 的回波变化来推算出热液喷口物质的尺度分布情况。
2.2.2 气泡的谐振特性气泡层的浓度和深度与表层水的湍动混合强度、溶解在水中的空气的饱和程 度、波浪要素及空气强度有密切联系。
声波在水下传播通过气泡层，由于气泡的 散射作用和气泡的吸收作用会产生不同程度的衰减 [10]。
通常状况下，气泡可看作为一个充满气体的腔，是某些频率范围内声波的有 效吸收体和散射体。
声波在水下传播通过气泡层，由于气泡中气体的存在使其传 播介质出现不连续性，导致声波发生强烈的散射，声波强度大大减弱，这就是气 泡对声波的散射作用声波在通过气泡层的过程中， 气泡在声波的作用下作强迫振 动，同时作为次级声源向周围介质中辐射声能， 整个过程中伴随着声能量的衰减 [11]。
气泡在作强迫振动时受到压缩和伸张， 引起气泡的形变及内部气体的温度的 变化，气泡与海水介质进行热传导，将声能转化为热能扩散至海水介质中。
此外， 在流体的黏滞力作用下，作强迫振动的气泡表面在与介质之间产生摩擦作用，致 使部分声能转化为热能散发出去。
此为气泡对声波的吸收作用。
另外，因为不同 气体在水中的溶解度不同，所以气泡内所含气体成分与大气中的成分并不相同。
这也使气泡对于声波的散射影响不同 错误未找到引用源。
声波通过气泡群传播时的衰减 最大，对应于声呐系统中的回声声源级的强烈衰减 小气泡(■ L比于一个弹性元件 为：Z m =R j(m ∣s — D ；—)H L ACS o (ka)2 j ^CS o ka - P A S Ov V)- ■= EACSoka'∙ka j IIJ-3 P^ a 2∙2 /0,得到气泡的谐振频率为：(2-7)错误！未找到引用源。
a ，a 为气泡半径)在声波作用下本身近似地作均匀形变，类 错误未找到引用源。
通过分析可知气泡做强迫振动时的等效机械阻抗(2-6)令上式虚部为 1 2 二 a3 P A其中C为介质中的声速，k=2二f)c为波数，a为气泡半径，单位为cm，为声波圆频率，s°=4「：a2为气体表面积，气泡周围介质密度为匚，所以可知气泡的内在压力为：P A P o 2 / a，•为表面张力，P o为1个标准大气压，为气泡等压比热与等容比热的比值，对于空气来说气体的比热比为;-'-1.41 ,气泡的体积是V o=4二a「3。
由此可见，气泡的谐振频率由气泡的半径以及气泡内部的压强决定。
对于水中的气泡，取=1.41 ,对于在水面附近的气泡来说，P A=10N∕cm2，水的密度^A=Ig Cm3,代入到式(2-7)可得：占326f0 - ----a其中，a的单位为Cm，f0的单位为kHz。
如果海水深度为d ,则气泡的谐振频率表示为：f0= 326 .. 1 0.03da其中f0的单位为kHz a的单位为cm，d的单位为m关系如图2.5所示将公式(2-7)带入到公式(2-6)中，得到气泡的机械阻抗为:Z m- Lcs o ka ka j I- f°2f' f2根据公式(2-10)不难求出气泡的散射功率W S为: (2-8) (2-9)根据式(2-7)，在水深为1m的条件下，谐振频率f°与气泡半径a(∙l∙m)的关系如图2.4所示; 在气泡半径一定为100 ^m的条件下, 谐振频率f°与水深d之间的223图2.4深度一定谐振频率和气泡半径的关系气泡的散射功率及截面图2.5气泡半径一定谐振频率和深度之间的关系(2-10) 50I(H 200 300 400≠⅛tUF∏.∣363Q2S2C15帕8C IoC*0 W2 2P APACS O (ka)2 . 2 2 2 22(r A cka) (ka)(‰ f 0 f )2PA s- 2 22~~22 ：A C (ka) (1 — f 。
f ) 4l 0na 2 (ka) ^(^fo^f 2)τ散射功率W S 与气泡截面二a 2和入射声波强度I o 的乘积成正比；并会随着入射 声频率的变化而变化，在入射声频率等于谐振频率时达到最大：4I 0πW SmaXR 2（2-12）斯皮策（SPitZer ）给出了理想情况下气泡散射截面-S 的表达式：4 二 a 2其中，a 为气泡半径，f 为入射声波频率，f 。
为共振频率，k=∙∙;C 为共振时波 数，其中C 为介质中的声速。
由上式可知，散射截面在 f=f 。
时最大，但是当入射 声频率逐渐偏离共振频率时，散射截面随频率偏移而减小 "!未找到引用似。
这与具有 电阻损耗的调谐电路的响应曲线一样。
图2.6为气泡半径分别为20,200,2000 ^m 的情况下，散射截面与频率的关系10io ια73图2.6散射截面与频率的关系图2.7为小气泡（a 乞’）在水中的散射截面随频率变化的关系［16］。
图中二T 为 总阻尼常数；J=1∙36 10'为散射引起的阻尼常数；横坐标为入射声波频率与共 振频率比值；纵坐标为气泡散射截面与几何截面比值。
图中的曲线为理想状态下 及实际状态下气泡散射截面与几何截面比值随频率变化的曲线。
W S 二2 2、P A S o R S (2-11)-S = (1-f 。
2 f 2)2+(ka)2(2-13)■' ；« I................!；F• i Λ Ii i1::[:E4 I 1 h ⅛I2 LW 1_ «1 >30(Uin) t2*2OO(Um) iJ τ2C<K}∣u图2.7水中气泡散射截面与几何截面之比与归一化频率ff o的关系曲线在入射声波频率小于共振频率的条件下，气泡散射与频率的四次方成正比且散射很小错误未找到引用源。
；在入射声波频率增长到与共振频率相等时，气泡的散射截面达到最大；入射声波频率接近等于10倍的共振频率时，气泡散射截面趋近于一个4倍于气泡几何截面的常数；当声波频率继续增大时，气泡散射截面逐渐减小为与其几何截面相等。
实际情况下的气泡在水中具有较大的阻尼，其散射截面大约为几何截面的200倍，散射截面小于理想状况下的值。
对于水下某一固定深度的气泡来说，气泡共振时其半径与共振频率存在固定的对应关系，且其散射截面有显著增大。
综上可得出结论：在发射声学频率与气泡共振频率相等的条件下气泡产生共振，因为其散射截面最大且目标强度最强，所以最容易被声呐探测到。