水声学第八章 水下噪声[精]

lim pe I
1 T/2p2(t)dt T T T/2
2019/11/7
10
噪声的基本概念
噪声的频谱分析 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的频谱没有意义； 随机过程的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。
SflimIi dI
f fi0 i df
带宽内的总声强：I f2 Sfdf f1
提示：连续谱某确定频率分量上的声强贡献无限小。
2019/11/7
12
噪声的基本概念
噪声的频谱分析 海洋环境噪声级
N L 1l0g IN/I0
假设水听器工作带宽内噪声谱为 S(f ) 、且其响应 是均匀的，则有：
8
噪声的基本概念
噪声是一种随机过程
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。
白噪声
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：
Rlim1 T ptpt
T2T T
dt
S Rejd
Wenz谱级图：在一般 情况下，它能够比较细致 地描写出环境噪声的普遍 规律性，被认为最具代表 性的深海噪声谱曲线。
2019/11/7
19
海洋环境噪声
深海环境噪声谱 深海环境噪声谱的例子
如右图，谱由斜率不同的 五部分组成，解释如下：
1）1Hz以下，这段谱至今 还不为人所知。估计该噪 声来源于海水静压力效应 或是地球内部的地震扰动。
根据信号频谱曲线形状划分： 线谱：数学上能够用傅氏级数来表示，水声中周 期、准周期信号的频谱就是线谱信号； 连续谱：频谱分析用傅氏变换来表示，水声中瞬 态非周期信号的频谱就是连续谱。
2019/11/7
11
噪声的基本概念
噪声的频谱分析
声强平均频谱密度
Si

Ii fi
声强频谱密度函数
第八章 水下噪声
本章主要内容
噪声的基本概念（了解）
噪声是一种随机过程 噪声的频谱分析 水下噪声的指向性特性
海洋环境噪声（了解）
深海中的环境噪声源 深海环境噪声谱 自然噪声的间歇源及自然噪声的变化特性 海洋环境噪声的振幅分布和空间相关
2019/11/7
2
本章主要内容
2019/11/7
14
海洋环境噪声
海洋环境噪声也称自然噪声，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， 为声纳设备设计、制作提供必要的数据。 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： 潮汐和波浪的海水静压力效应
2019/11/7
16
海洋环境噪声
深海中的环境噪声源 行船 行船是50Hz~500Hz频率范围内的主要噪声源， 与风和天气无关。 海面波浪 海面波浪噪声是500Hz~
25000Hz频率范围内的噪声 源，与海况直接相关。
Kundson海洋环境噪声谱
2019/11/7
17
海洋环境噪声
海洋环境噪声（了解）
海洋环境噪声的指向性
舰船和鱼雷的辐射噪声（了解）
舰船辐射噪声的声源级和噪声谱（重点） 舰船辐射噪声源及其一般特性
机械噪声 螺旋桨噪声 水动力噪声
2019/11/7
3
本章主要内容
Hale Waihona Puke Baidu
舰船和鱼雷的辐射噪声（了解）
辐射噪声源概要 舰船、潜艇、鱼雷的辐射噪声级 辐射噪声的测量
因此有
INSf
N 1 L l0 g f 1l0 g S /I0
提示：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，甚至是两种的迭加。
2019/11/7
13
噪声的基本概念
水下噪声的指向性特性 水下噪声具有指向性 原因：噪声源具有指向性、噪声源空间分布、海 洋传播条件等。 提示：工程上将噪声视为各向同性的，便于处理。 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。
舰船、潜艇和鱼雷的自噪声（了解）
舰船自噪声源及其一般特性 自噪声的传播路径 自噪声级 舰船自噪声的测量
2019/11/7
4
本章主要内容
舰船噪声控制简介（了解）
舰船噪声控制方法分类 机械噪声的控制 螺旋桨噪声的控制 水动力噪声的控制
2019/11/7
5
噪声的基本概念
高斯噪声
若噪声的声压概率密度函数表示为：
p
1
p2
e 22
2
上述概率密度函数为高斯分布，相应的噪声称为高斯
噪声。其均值和方差为：
ppdp 2 p2pdp
提示：水下噪声研究中经常将某一类干扰假定为高斯 噪声。
2019/11/7
功率谱是均匀的噪声，则称之为白噪声。
2019/11/7
9
噪声的基本概念
噪声是一种随机过程
噪声声压有效值 p e
定义：等于介质阻抗为单位值时平均声强 I 的平
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：
I2p2(p)dp
I2lim 1T/2p2(t)dt T T T/2
潮汐和海面波浪是海洋内部海水静压力变化的 原因，它们是低频噪声源。
2019/11/7
15
海洋环境噪声
深海中的环境噪声源 地震扰动 地震是海洋中的极低频噪声源。 海洋湍流 湍流产生噪声的方式： 湍流使水听器、电缆等颤动或作响——自噪声 （不是自然噪声）； 湍流压力变化辐射噪声——四极子源，随距离 迅速衰减，不是主要源；湍流区内部压力的声 效应。海洋湍流是海洋中的低频噪声源。
深海中的环境噪声源 热噪声 海洋分子的热噪声限制水听器的高频灵敏度， 等效热噪声谱级：
N 1 L 1 2l5 f 0 g D E I
式中，DI为指向性指数，单位dB； E为转换效率，单位dB； f 为频率，单位kHz。
2019/11/7
18
海洋环境噪声
深海环境噪声谱