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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（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。
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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。
水声学理论习题答案
《水声学》部分习题参考答案绪论1略2略3略4略5环境噪声和海洋混响都是主动声呐的干扰，在实际工作中如何确定哪种干扰是主要的？解：根据水文条件及声呐使用场合，画出回声信号级、混响掩蔽级和噪声掩蔽级随距离变化的曲线，如下图，然后由回声信号曲线与混响掩蔽级、噪声掩蔽级曲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，r R<r n，所以混响是主要干扰。
声信号级噪声掩蔽级R6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，若工作频率为1000Hz，干扰来自：风成噪声、海底混响、螺旋桨引起的自噪声及水动力噪声。
7已知混响是某主动声呐的主要干扰，现将该声呐的声源级增加10dB，问声呐作用距离能提高多少？又，在其余条件不变的情况下，将该声呐发射功率增加一倍，问作用距离如何变化。
（海水吸收不计，声呐工作于开阔水域）解：对于受混响干扰的主动声呐，提高声源级并不能增加作用距离，因为此时信混比并不改变。
在声呐发射声功率增加一倍，其余条件不变的情况下，作用距离变为原距离的42倍，即R R 412 。
第一章 声学基础1 什么条件下发生海底全反射，此时反射系数有什么特点，说明其物理意义。
解：发生全反射的条件是：掠时角小于等于全反射临界角，界面下方介质的声速大于界面上方介质的声速。
发生全反射时，反射系数是复数，其模等于1，虚部和实部的比值给出相位跳变角的正切，即全反射时，会产生相位跳变。
2 略3 略第二章 海洋声学特性1 海水中的声速与哪些因素有关？画出三种常见的海水声速分布。
解：海水中的声速与海水温度、密度和静压力（深度）有关，它们之间的关系难以用解析式表达。
CCCz2 略3 略4 略5 略6 声波在海水中传播时其声强会逐渐减少。
（1）说明原因；（2）解释什么叫物理衰减？什么叫几何衰减？（3）写出海洋中声传播损失的常用TL 表达式，并指明哪项反映的主要是几何衰减，哪项反映的主要是物理衰减；（4）试给出三种不同海洋环境下的几何衰减的TL 表达式。
科考船水下辐射噪声的控制措施分析与应用
!陆小科等!科考船水下辐射噪声的控制措施分析与应用
+79+
层隔振!在有条件的情况下可选择隔振性能更好的 浮筏隔振&其他大功率水泵等可选择浮筏隔振&功 率和影 响 较 小 的 设 备 选 择 单 层 隔 振' 以 往 研 究 表 明$单层隔振效率一般在&%!$%T:&双层隔振效 率优于单层隔振装置!可达9%!!%T:&浮筏隔振 效率略低于通常的双层隔振!但其可以较轻的质量 换取合适的隔振效果'由于该型科考船空间紧凑* 质量控制要求高!因此选择浮筏隔振可进一步减小 船舶振动噪声'船厂在隔振设计中应平衡质量和成 本!选择综合成本和效果较好的方案'
提供借鉴
关键词科考船&水下辐射噪声&控制措施&噪声源
中图分类号E##&3!!
文献标志码D
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陆小科邹丽榕陈晓彬李江波
"中船黄埔文冲船舶有限公司!广东 广州7&%8&7#
!!摘!要对某型科考船水下辐射噪声控制措施的针对性施工便利性及成本控制等方面进行分析结合
实船测试结果提出在科考船建造过程中对于水下辐射噪声控制船厂应根据减振降噪的有效性重点关
注影响大且便于实施的控制措施而非追求控制措施的全面性为平衡科考船水下辐射噪声控制和成本控制
第7章水下噪声
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。
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：
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。
7.2 海洋环境噪声
5、深海环境噪声指向性
深海环境噪声具有指向性：低频噪声来自远处，高频噪声 源来自顶部的海面。
海面辐射噪声具有 cos2 的指向特性（噪声源和海面上虚源 干涉效应引起的）。
7.3 舰船和鱼雷辐射噪声
舰船、潜艇和鱼雷的辐射噪声，是被动声呐探测、分类识别 和跟踪目标的信号，是被动声呐方程中的声源级SL。 舰船辐射噪声的危害： （1）破坏了舰船和潜艇的隐蔽性； （2）可能引爆某些水中兵器； （3）干扰本舰的水声设备（自噪声）。 舰船辐射噪声是水中兵器研制的重要依据 舰船、鱼雷辐射噪声特点：
水下噪音对海洋生态的影响与保护对策
水下噪音对海洋生态的影响与保护对策水下噪音是指在海洋环境中产生的各种噪声声源所导致的声波传播，它对海洋生态系统造成了严重的影响。
本文将探讨水下噪音对海洋生态的具体影响，并提出相应的保护对策。
一、水下噪音对海洋生态的影响1.1 鱼类行为的改变水下噪音会扰乱鱼类的正常行为。
例如，一些大型商业船只的引擎声会引起鱼群的惊恐和逃避反应，导致它们改变了正常的觅食习惯和洄游路线。
这种影响可能导致鱼类的种群数量减少，进而影响渔业资源的可持续利用。
1.2 海洋哺乳动物的损害水下噪音对海洋哺乳动物尤其具有严重的影响。
鲸鱼、海豚等生物依靠声音来进行迁徙、交流和觅食，而强烈的水下噪音会对它们的声音导航系统造成干扰。
这可能使它们迷失方向，导致迁徙路径偏离、交流受阻，甚至引发海洋哺乳动物的死亡。
1.3 海洋生物多样性的减少水下噪音可能破坏海洋生态系统的平衡，导致生物多样性的减少。
栖息在珊瑚礁上的海洋生物对噪音特别敏感，强烈的噪音会破坏珊瑚的生长和繁殖环境，使得珊瑚礁生物减少。
此外，噪音还可能影响海洋中其他种类的生物，使得一些物种数量减少，生态系统得不到平衡维持。
二、水下噪音的保护对策2.1 增加海洋保护区建立海洋保护区是保护海洋生态系统的一种重要方式。
通过划定区域范围并规定严格的管理制度，可以限制人类活动对海洋环境的干扰，包括水下噪音的产生。
同时，在保护区内加强监测和执法力度，确保规定得到有效执行。
2.2 采用新技术减少噪音在船只设计和制造过程中，可以采用一些新技术来减少水下噪音的产生。
例如，改进引擎和螺旋桨设计，使用减振材料，优化船体结构等手段可以明显降低噪音的传播。
此外，也可以研发并推广使用低噪音技术，例如利用电力推进系统代替传统的内燃机推进系统。
2.3 加强监测和研究加强对水下噪音的监测和研究，对于更好地理解其对海洋生态的具体影响以及制定合理的保护对策至关重要。
通过建立水下噪音监测网络，收集相关数据并进行实时分析，可以帮助科学家和管理者更好地评估噪音对生态系统的影响程度，并及时采取相应的保护措施。
第7章 水声学
(2)混响背影掩蔽时
SL 2 TL TS RL DT
被动式声呐的声呐方程
SL TL NL DI DT
SL TL NL DI DT
SL 2TL TS NL DI DT
表7.2 声纳参数的定义及参考位置
基本声纳方程的用途
一是对已有的声纳设备，根据其已经确定的
因而致使声波在边界面上产生反射，使声能在 某种边界面上“漏泄”掉，称为边界损耗 造成海水中声波传播损失的原因主要有三个方 面： 1 扩展损耗——波阵面的扩展 2 吸收损耗——不可逆的声能转换成其他能量 3 边界损耗——边界上能量的“漏泄”
二、海水中声速的基本公式
海水中的声速是研究声波在海水中传播的最
§7.3 声呐方程
声呐系统有两种工作方式： 1) 主动式声呐 2）被动式声呐
图7.3 声呐系统的工作原理
主动式声呐
由发射机发射出一个特定波形的声波信号，在传播 过程中当照射到一个目标时，将产生目标反射信号 或者叫回波信号，由接收机接收这个回波信号以及 叠加的背景干扰，对它进行信号处理，从而提取有 关信息。 在主动式声呐工作时，有两种可能的背景，一种是 与发射信号本身有关的，由信道中的非均匀体或起 伏表面产生的杂乱散射波的叠加，称为混响。另一 种是与发射信号本身无关的环境背景噪声。
一、海洋中声波传播损失的概念
任何形式的能量(如声波、电磁波、光波等等)在其 辐射和传播过程中，在能量上总会有损耗 即随着传播距离的增加信号能量按照一定的规律逐 渐减弱。 对水声设备来说，这种传播损耗是决定设备作用距 离的主要因素之一。因此，在水声传播问题中，传 播损失是一个主要的物理量。 在水声工程中将传播问题归结为信号在介质中的能 量衰减问题，并且常用传播损失TL来定量描述。
水下推进装置噪声控制技术研究
水下推进装置噪声控制技术研究一、水下推进装置噪声控制技术概述水下推进装置作为潜艇、水下机器人等水下航行器的关键组成部分，其噪声控制技术对于提高水下航行器的隐蔽性和生存能力具有重要意义。
水下推进装置噪声控制技术的研究，旨在通过各种技术手段降低装置在运行过程中产生的噪声，从而减少水下航行器被探测的风险。
1.1 水下推进装置噪声控制技术的重要性水下推进装置在运行过程中，由于机械摩擦、流体动力学效应等因素，会产生噪声。
这些噪声不仅影响航行器的隐蔽性，还可能对水下生态环境造成干扰。
因此，研究和应用噪声控制技术，对于提升水下航行器的性能和保护海洋环境具有双重价值。
1.2 水下推进装置噪声控制技术的应用场景水下推进装置噪声控制技术的应用场景广泛，包括但不限于以下领域：- 事领域：潜艇和其他水下作战平台的隐蔽性需求。
- 民用领域：水下探测与监测设备的环境适应性。
- 科研领域：深海探索和海洋生物研究的低干扰需求。
二、水下推进装置噪声控制技术的研究进展水下推进装置噪声控制技术的研究是一个多学科交叉的领域，涉及流体力学、声学、材料科学等多个学科。
近年来，随着科技的发展，该领域的研究取得了一系列进展。
2.1 噪声源识别与分析技术噪声源的准确识别是噪声控制的前提。
通过声学测量、信号处理等技术，可以对水下推进装置的噪声源进行定位和分析，为后续的噪声控制提供依据。
2.2 噪声控制材料与结构设计采用特殊的材料和结构设计可以有效降低噪声的产生。
例如，使用吸声材料、阻尼材料以及优化叶片形状等，可以在源头上减少噪声的产生。
2.3 流体动力学优化流体动力学的优化是降低水下推进装置噪声的重要途径。
通过优化水流路径、调整叶片角度等措施，可以减少水流对装置的冲击，从而降低噪声。
2.4 智能控制技术智能控制技术的应用，可以实现对水下推进装置运行状态的实时监控和调整，以适应不同的水下环境，减少噪声的产生。
三、水下推进装置噪声控制技术的未来发展随着技术的不断进步，水下推进装置噪声控制技术面临着新的挑战和机遇。
水下噪声对海洋生态的危害
水下噪声对海洋生态的危害在当今社会中，人类活动造成的环境问题越来越引起人们的关注。
水下噪声作为其中的一种环境污染，已经被证明对海洋生态构成了严重的威胁。
本文将探讨水下噪声对海洋生态的危害，以及可能带来的长期影响。
1. 水下噪声是什么？水下噪声是指在水体中传播的声音，主要源自人类活动，如船只行驶、炸鱼雷、建设工程以及海底油气开采等。
这些噪声通过水中的声音传导，对海洋生物产生了广泛的影响。
2. 水下噪声对海洋生物的影响2.1 引发生理反应水下噪声对大多数海洋生物造成了生理反应，如恐慌、逃避和应激反应。
这种反应不仅使动物无法正常觅食，还会导致饮食不均衡、能量消耗增加等问题，长期下去可能导致生物体的生长和存活能力降低。
2.2 干扰交流和导航水下噪声会干扰海洋生物之间的交流和导航。
例如，一些鲸鱼和海豚使用声音进行迁徙、繁殖和觅食。
噪声的存在会造成它们之间的信号混乱，导致迷路或失去方向感，给它们的生存带来极大困扰。
2.3 损害听觉系统水下噪声对海洋生物的听觉系统造成了严重的损害。
例如，鲸鱼的听力非常敏锐，但在高噪声环境下，它们的听觉系统可能被永久性地损伤，甚至导致失聪。
对于其他海洋生物而言，噪声也可能干扰它们的听觉能力，使它们丧失捕食、躲避掠食者等重要能力。
3. 潜在的长期影响3.1 物种多样性减少由于水下噪声对海洋生物的影响，一些物种可能会面临灭绝的风险。
例如，某些鲸鱼和海豚对声音非常敏感，而它们的数量已经急剧减少。
随着这些物种消失，海洋生态系统的物种多样性将受到严重破坏，进而影响整个生态平衡。
3.2 生态链破坏水下噪声不仅仅影响某一物种，也会对海洋生态系统的整个食物链造成破坏。
例如，鲸鱼是许多海洋生物的主要捕食者，它们的减少将导致其他生物过度繁殖，进而破坏生态平衡。
3.3 水下生态系统受损水下噪声也会对珊瑚礁和海草床等水下生态系统造成损害。
这些脆弱的生态系统对环境的改变非常敏感，噪声的存在可能会导致其退化和死亡，进而影响许多其他生物的栖息地。
长江上游航道散装货船水下噪声声源特性分析及生态防控措施
电压/v 电压/v 电压/v 电压/v
图3 水听器连接线
图4 监测设备
图5 测量系统布放示意图
0.050 0.025
0.02234
0.000
-0.025
-0.050 0
100
200
时间/ms
（a）6km/h
0.050 0.025 0.000 -0.025 -0.050
0.02599
0
100
200
时间/ms
（c）10km/h
图7 不同航速下船舶噪声声源频谱分析
（d）13km/h
（a）6km/h
（b）8km/h
（c）10km/h
图8 不同航速下船舶噪声声压级
（d）13km/h
30 学术 ACADEMIC
图9 船舶航速与平均声压级关系
船速/（km/h） Ea Ed1 Ed2 Ed3 Ed4 Ed5 Ed6
诸多研究者研究了鱼类的听力阈 值 ，并 给 定了敏 感 范 围 。邢 彬 彬 研 究 得 到 鲫 鱼 最 敏 感 频 率为 8 0 0H z ，最 低阈值 为76±0.90 d B 。刘猛 等研究 得出胭 脂 鱼 的 敏 感 频率为 8 0 0H z ，最 低听阈为69.8d B 。Lovel l等研究 发 现 鲢 的 最 低 听 阈 为10 4. 2 d B ，鳙 的 最 低听阈为105.7dB，敏感频率为750 1500Hz 。经现有文献中对鲤科鱼类 听力阈 值研 究 汇 总得 知，多 数 鲤 科鱼 类对300 -3000Hz频率比较敏感，听
29
图2 被测船舶
1.2 现场监测方案 本 次 现 场监 测 采 用R H S A-10
水 听 器 ，工 作 频 率 范 围 采 样 频 率 2 0H z~2 0 0 k H z ，低 频 接 收 灵敏 度 大 于 -2 10 d B（不含 前 放 增 益 ），频 带 内 起 伏 范 围 为± 2 d B ，最 大 使 用 深 度 5 0 0 米 。水 听 器 外形 如图3 所 示，其它 配 套监 测 设 备（ 数 据 采 集 仪、电 脑 、 线 缆 、电 源 等）如图 4 所 示，监 测 布置 方案 如图5所 示。实验内容为船舶行 进 过 程中，分 别 对6k m /h、8k m /h、 10k m /h、13k m /h四种不同航 速下 的船舶辐射噪声进行监测。 1.3 监测结果及数据分析
水下噪声对海洋生物的影响及减少方法
水下噪声对海洋生物的影响及减少方法随着现代社会的发展，水下噪声日益成为一个严重的环境问题，对海洋生物造成了不可忽视的影响。
本文将探讨水下噪声对海洋生物的影响，并提出减少水下噪声的方法。
一、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，水下噪声会干扰海洋生物的声音交流。
海洋中的生物通过声音进行沟通和导航，但噪声会掩盖它们的声音信号，导致它们无法正常交流和定位。
这对一些高度社交化和依赖声音的物种来说尤为严重，如鲸类和海豚。
其次，水下噪声会引起海洋生物的生理和行为变化。
研究发现，长时间暴露在高强度的水下噪声环境中会导致海洋生物的应激反应，使它们的代谢水平升高、繁殖能力下降，并对它们的迁徙和觅食行为产生负面影响。
噪声还可能导致一些物种的聋哑，破坏它们的听觉系统。
最后，水下噪声还会对海洋生物的生态系统造成破坏。
一些研究表明，噪声会干扰海洋生物的交配和繁殖活动，进而影响它们的种群分布和数量。
此外，噪声还可能改变海洋生物的食物链结构，影响整个海洋生态系统的平衡。
二、减少水下噪声的方法为了减少水下噪声对海洋生物的影响，需要采取一系列有效的措施。
首先，减少航运和渔业活动中的噪声污染。
船只和渔船的引擎噪声是主要的水下噪声来源之一，因此，可以通过采用低噪音引擎和减少船只速度来降低噪声水平。
另外，渔业活动中的撞击声和拖网声也可通过改变作业方式和使用噪声减震设备来减少。
其次，要加强对沿岸建设活动的监管。
沿海工程如港口建设、海洋能源利用等会产生大量的噪声，对周围海洋生物造成直接影响。
因此，应加强对这些项目的环境评估和噪声控制要求，并采取措施减少施工产生的噪声。
另外，需要提高公众的环保意识和保护海洋生物的观念。
社会各界应加强教育宣传，提倡环保行为，并鼓励人们使用低噪声或无噪声的水下设备。
此外，应加强对海洋保护区的管理和监督，确保这些区域的噪声水平在可接受范围内。
最后，需要加强科学研究和监测。
只有对水下噪声的来源、分布和影响进行深入研究并建立有效的监测体系，才能更好地保护海洋生物。
华北理工水声学课件07水下噪声-2舰船、潜艇和鱼雷的噪声
舰船辐射噪声源及其一般特性
水动力噪声 根据布洛欣采夫理论，水动力噪声强度主要与 航速有关：
I w kv n
式中，k为常数，v是航速，n是与航船水下线形 等因素有关的一个量。
提示：一般情况，舰船水动力噪声小于机械噪 声和螺旋桨噪声。
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辐射噪声源概要
舰艇的辐射噪声主要噪声源是机械噪声和螺旋桨 噪声，二者贡献的大小取决于频率、航速和航深。 对于给定的航速和航深，存在一个临界频率，低 于此频率时，谱的主要成分是机械和螺旋桨的线 谱；高于此频率时，谱主要成分是螺旋桨空化的 连续谱。
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辐射噪声的测量
测量方法：让被测船航行通过远处的测量水听器 来实现测量。
按照测量水听器、设施布放方式：固定式和活动 式。
水听器阵形式：潜艇和鱼雷——深海（海深大于 60米）、垂直阵；水面舰船——浅海（海深大于 30米）、水平阵。
SL 10 lg IN
I 0 f
式中，f 是换能器工作带宽， I 0 为参考声强，I N
为距声源声中心1米处的噪声声强。
5
舰船辐射噪声的声源级和噪声谱
噪声谱基本类型 连续谱； 线谱； 舰船辐射噪声为线谱和连续谱的迭加。
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舰船辐射噪声源及其一般特性
舰船辐射噪声源分为三大类 机械噪声 主机：柴油机、主电动机、减速器 辅机：发动机、泵、空调设备 螺旋桨噪声 螺旋桨空化 螺旋桨叶片振动 水动力噪声 水流辐射噪声；空腔、板和附件的共振；支柱 和附件的空化
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舰船辐射噪声源及其一般特性
螺旋桨噪声 螺旋桨空化噪声 1）空化噪声产生条件：航速大于舰船临界航速。
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舰船辐射噪声源及其一般特性
螺旋桨噪声 螺旋桨空化噪声 2）螺旋桨空化噪声与航速关系： a）航速低于临界航速，空化噪声级很低（未发 生空化）； b）航速增大至临界航速，空化噪声级急剧增大 （空化发生、发展）； c）航速继续增大，空化噪声级基本趋于稳定 （空化充分）。
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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