2008-水声学原理试题+答案
水声学原理考试试卷及参考答案精选全文
可编辑修改精选全文完整版考试科目《水声学原理》考试时间100分钟考试形式开卷班级姓名学号题号12345678910总得分阅卷人得分试题说明：本试卷共10道题，每题10分，满分100分。
请将答案写在答题纸上，考试完毕后请将试卷和答题纸一并交回。
1.（10分）声纳有哪两种工作方式？试分别画出这两种方式的信息流程图。
2.（10分）增加主动声纳的发射功率，能否提高其作用距离，为什么？如能提高，若其他条件不变，发射功率增大一倍，试问声纳作用距离如何变化？3.（10分）试画出典型的海洋声速分布图，并说明表面声道和深海声道的形成原因。
4.（10分）若海水中的声速分布如下图，试画出几条典型声线轨迹图。
5.（10分）声速分布如下左图所示，已知H，z0，c s，a1，a2和α求x。
C sCa1a2zx 0αx6.（10分）一只声呐换能器的声源级为120dB。
问从一个距离为1000m，半径为40m的球形物体上返回的回波信号强度是多少？7.（10分）简述实验测量水下物体目标强度（TS值）的“应答器法”，给出有关计算式，测量中应注意哪些问题才能保证测量的准确？8.（10分）已知水面船作匀速直线运动，船底的换能器以夹角θ向海底发射声波，频率为f0，收得海底回声信号的频率为f r，求该船的航行速度v。
Vθf0f r水面海底9.（10分）根据混响场特性不同，混响分为哪几类？它们各自产生的混响源是什么？试写出这几类混响的等效平面波混响级的理论公式。
10.（10分）为何在水下噪声研究中将舰船噪声分为舰船辐射噪声和舰船自噪声？写出舰船辐射噪声的噪声源，并说明它们的频率特性及在辐射噪声中起的作用。
标准答案： 1. 答：声纳按照工作方式可以分为两类，主动声纳和被动声纳。
它们的信息流程图分别为： (1)主动声纳：(2)被动声纳：2. 答：(1) 能否提高作用距离要看何种背景干扰起主要作用。
如果背景干扰以环境噪声为主，则可提高作用距离，若背景干扰以混响为主，则不能提高作用距离。
西北工业大学水声学原理作业5答案
1、 根据混响场特性不同，可以将混响分为三类：①体积混响，混响源是存在于海水本身或体积之中的散射体，如海水中的流砂粒子、海洋生物、海水本身的不均匀性、大的鱼群等；②海面混响：混响源是海面的不平整性和波浪形成的气泡层形成的散射体；③海底混响：混响源是海底及其附近的散射体。
2、①散射强度是表征混响的一个基本比值，定义为在参考距离1米处被单位面积或体积所散射的声强度与入射平面波强度的比，并将此比值用分贝数表示，即S S,V =10lg I scat I inc式中S S,V 表示单位体积或单位面积的散射强度，I inc 是入射平面波声强，I scat 是单位体积或单位面积所散射的声强度，它是在远场测量后再归算到单位距离处。
②等效平面波混响级RL 定义为：设有接收器接收来自声轴方向的入射平面波，该平面波强度为I ，接收器输出端的电压为V ，如将此接收器放置在混响声场中，声轴对着目标，若在混响场中该接收器输出端的电压也为V ，则此混响场的等效平面波混响级RL 为RL =10lg I I 0式中的I 0是参考声强，它是声压有效值为1微帕的平面波的声强。
③混响是主动声呐特有的干扰，是一个非平稳随机量，随时间衰减；瞬时值服从高斯分布，振幅服从瑞利分布；频率特性基本上与发射信号相同，在空间中不是均匀的。
3、①计算混响的简单模型：声线直线传播；不计海水声吸收；散射体(面)单元均匀连续分布；每一散射体(面)单元散射声波的发生和结束与入射到此单元上的入射声波同时发生和结束；不计二次散射。
②t 时刻收发合置换能器接收的混响来自半径为ct/2和c(t+τ)/2的球壳间散射体的散射，此区域记作V 0。
考虑指向性为b(θ,φ)的指向性发射器，设单位距离处发射器轴向声强为I b ，则其在空间(θ,φ)方向上的声强就是I b b(θ,φ)。
考虑方向上的r 处有一体积为dV 的散射体元，由于假设球面衰减，则dV 处的入射波声强为I b b(θ,φ)/r 2根据散射强度的定义，可以得到在返回声源的方向上，离单位距离处的散射声强度为[I b b(θ,φ)/r 2]·S V `dV ,其中S V `=I scat /I inc在入射声作用下由dV 产生的返回声源处的散射声强度应为I b b(θ,φ) S V `dV /r 4，而若接收器指向性图案为b`(θ,φ)（若换能器收发合置，则b=b`），则对接收器输出端有贡献的声强为I b b(θ,φ)b`(θ,φ)S V `dV /r 4因为散射体分布在整个空间，则积分求和结果为I scat =I b ∫S`V r 4Vb (θ,φ)b`(θ,φ)dV 根据等效平面波混响级RL 的定义式，可得体积混响的等效平面波混响级表达式为 RL V =10lg{I b I 0S`V ∫1r 4V b (θ,φ)b`(θ,φ)dV} 其中I 0为参考声强。
《水声学原理》期末复习试题2含答案
班级：学号：第1页 共2页所有试题答案均需写在答题册上，写在本试卷上无效。
一、简单题（每题5分，共50分）1．何谓声纳参数？任意选择下列声纳参数之一：TS、NL-DI+DT、RL+DT，解释其物理意义。
2．海水中的声速主要受哪些因素影响？实际工程中为什么可以应用温度测量代替声速测量以获得海水中的声速？3．引起声强衰减的原因有哪些？哪些属于几何衰减？哪些属于物理衰减？4．均匀浅海波导中的简正波是如何形成的？有何特征？5．命题：在浅海波导中，声波频率越低，吸收衰减就越小，传播距离就一定越远。
该命题对吗？用所学知识解释之。
6．天气晴好，同一台声纳在早晨的作用距离远还是下午的作用距离远，为什么？7．邻近海面水下点源声场声压振幅随距离的变化关系是什么？并解释之8．实验室测量目标强度的方法有哪些？目标强度测量应满足哪些条件？9．海洋混响可分为哪几类？每类混响强度随时间的衰减规律是什么？10．舰船辐射噪声与舰船自噪声的异同点是什么？二、（10分）设海水中有负声速梯度，且其绝对值为常数g ，声源处的声速为0c 。
试证明该介质中的声线轨迹为一段圆弧，且水平发出的声线穿过的水层厚度为d 时，它在水平方向前进的距离r 近似为()2102g d c 。
三、（10分）简述比较法测量目标强度的原理，并推导出待测目标的目标强度TS 值的表达式。
四、（10分）声速分布如下左图所示，声源位于1z 处，以1α出射的声线在深度0z 处发生反转。
已知s c 、a 、0z 、1z 和2z ，求水平距离x 。
哈尔滨工程大学本科生考试试卷（ 年 第 学期）课程编号： 课程名称：第4页 共 4页标准答案和评分标准一、简答题（每题5分，共50分）1．何谓声纳参数？任意选择下列声纳参数之一：TS、NL-DI+DT、RL+DT，解释其物理意义。
答：将影响声纳设备工作的因素统称为声纳参数（3分）。
TS：目标强度，定量反映目标声反射本领的大小；NL-DI+DT：噪声隐蔽级，在噪声干扰下主动声纳或被动声纳正常工作所需的最低信号级；RL+DT：混响隐蔽级，在混响干扰下主动声纳正常工作所需的最低信号级（2分）。
2007-水声学原理试题+答案
2006/07学年第 2学期试题名称：水声学原理 A 共3页第 1 页专业年级海洋技术学号姓名授课教师宋志杰分数一、选择题（36%）下面各小题中只有一个表述是正确的。
选择正确答案相应的字母填于空格处。
1.舰艇辐射噪声由三部分组成，其中包括。
（2%）A. 流噪声、自噪声和机械噪声。
B. 流噪声、自噪声和螺旋桨噪声。
C. 流噪声、螺旋桨噪声和机械噪声。
D. 自噪声、机械噪声和螺旋桨噪声。
2. 海洋混响包括。
（2%）A. 体积混响、本地混响和海面混响。
B. 体积混响、海底混响和海面混响。
C. 体积混响、海底混响和异地混响。
D. 海面混响、海底混响和异地混响。
3. 两列同向传播、声强均为20dB且完全相干的一维平面波叠加在一起后，可能的声强最大值和最小值分别为。
（5%）A. 80 dB和40dB。
B. 80 dB和0dB。
C. 23 dB和0dB。
D. 26dB和- dB。
4.如右图所示声速剖面，声源位于声道轴z0=200m上。
海面处C(0)=1520m/s, 海底处C(H)=1540m/s, C(z0) =1500m/s。
一条自声源出发、初始掠角为10º[cos(10º)=0.9848]的声线将。
（4%）A. 在声道轴上方被海面反射、在声道轴上下方被海底反射。
B. 在声道轴上方反转、在声道轴上下方被海底反射。
C. 在声道轴上方被海面反射、在声道轴上下方反转。
D. 在声道轴上方反转、在声道轴上下方反转。
5.平面波入射到两均匀介质分界面上，如右图所示。
设满足在第2介质中产生非均匀平面波的条件，则非均匀平面波。
（4%）授课教师宋志杰命题教师或命题负责人签字院系负责人签字年月日2006/07学年第 2 学期试题名称：水声学原理（A）共 3 页第 2 页A. 沿z 轴反方向传播，沿x 轴正方向振幅衰减。
B. 沿x 轴正方向传播，沿x 轴正方向振幅衰减。
C. 沿x 轴正方向传播，沿z 轴反方向振幅衰减。
《水声学》期末复习试题5套含答案
班级：学号：第1页 共2页第2页 共2页所有试题答案均需写在答题册上，写在本试卷上无效。
一、简答题（每空1分，共60分）1.组合声纳参数中噪声隐蔽级的表达式为 ；混响隐蔽级的表达式为；它们都表示主动声纳正常工作所需的最低 。
2.主动声纳的背景干扰有 和 。
其中 是平稳的随机过程，是非平稳的随机过程。
对应两种不同干扰背景的主动声纳方程分别为和 。
3.在水声学中，声压级的定义式为 ；声强级的定义式为 ；声压级与声强级相等的条件为 。
4.已知发射换能器的辐射声功率为100W ，则距离声源声中心1m 处无指向性声源的声强为 W /㎡；声源级为 dB 。
5.传播损失的一般表示式为 。
其中几何衰减项为 、物理衰减项为 。
6.影响海水声速的三个主要因素为 、 、 。
海水中声速的典型结构有 、 、 、 。
7.一般情况下，声波的频率越低，海水的吸收衰减 ，传播距离 ；但当声波的频率低于波导的 频率时，简正波水平方向的波数由实数变为 ，波导中的简正波蜕化为 的简正波，传播距离反而 。
8.射线声学的两个基本方程分别为 方程和 方程。
由Snell 折射定律可知，声线总是向 的方向弯曲；当介质的声速为常数时，声线轨迹为 ；当介质的声速梯度为常数时，声线轨迹为 ，圆的半径为 。
9.声波在 声道和 声道中能够远距离传播。
10.邻近海面水下点源声场声压振幅随距离的变化关系表现为：近场菲涅耳干涉区，声压振幅随距离 减小，远场夫琅和费区，声压振幅随距离 减小。
11.水池中测量目标强度，一般可采用比较法或直接测量法，但应注意：第一，声源与目标之间的距离和目标与水听器之间的距离都应满足 条件。
第二，应保证 条件得到满足。
第三，合理选取发射信号 。
12.目标回声信号的形成主要有 、 、 、 。
回声信号的一般特征为 、 、、 。
13.根据混响形成原因的不同，习惯上将海洋混响分为 、 和 ；其中和 又统称为界面混响。
混响的瞬时值服从 分布；振幅服从 分布。
水声学习题解答 参考
02
c2
由于 u(t)
pA 0 c
e j(t kx)
；则：
D(t)
0
pA 0 c
2
e
j
(t
kx)
0
2
pA 0 c
cos2 (t
kx)
平均能量密度：
1 T
T 0
D(t)dt
1 T
T
0
0
2
pA 0 c
cos2 (t kx)dt
1 2
pA2 0 c2
pe2 0 c2
即：
pe
r 20m
54.24 2
38.35 (Pa)
SPL 20log
pe r20m p
20 log
38.35 106
31.68
120
152
(dB) 。
ref
考虑到声源为无指向性声源，其声源级与辐射声功率的关系为：
SL 10LgWa 170.8 (dB) ，
而 SL 20 log pe r1m 20 log A 106 178 (dB) ，
即： 20log pe1 20log pe2 20log pe1 20log p1 mdB
pref
pref
pe2
p2
于是，
p1
m
1020
；当 m 1, 3, 6, 10dB 时相应的声压幅值之比是：
p2
p1 1.122, 1.413, 1.995, 3.16 p2
2. 房间内有 n 个人各自无关地说话，假如每个人单独说话时在某位置均产生声压
p ref
2
则声源辐射声功率Wa
SL170.8
10 10
178170.8
水声学原理试题+答案
水声学原理试题+答案《水声学原理》课程考试题(A卷)一、填空题(15%)1. 声阻抗率是单位表面(或体积)产生单位质点振速所需要的。
2. 潜艇的目标强度随角度的变化规律呈形状。
3. 用描述高、低频近似，为波数，a为空间尺度，高频近似和低频近似分别kka可以表示为和。
4. 根据辐射噪声产生的来源不同，辐射噪声可分为、和三类。
5. 气泡可称作空气弹簧，是因为其和弹簧一致。
6. 目标强度可能为正的物理原因是。
7. 表面声道中，跨度较大的声线平均水平传播速度较。
8. 复数声反射系数的模表示反射声波与入射声波的之比，幅角表示反射声波与入射声波的之差。
二、简答题(35%)1. 简述复阻抗率的物理意义。
(7%)2. 利用简正波表示，简要解释相干能量和非相干能量。
(7%)3. 利用刚性小球的散射理论，简要解释晴朗天空呈蓝色、早晚天空呈红色的现象。
(7%)4. 利用散射场可以视作二次辐射计算的方法，简要叙述计算海水中气泡散射声场的步骤。
(14%)三、证明题(20%)气泡内的气体是理想气体，气泡振动时声辐射过程是绝热过程，证明:气泡振动的恢复力和弹簧恢复力形式一致。
四、计算题(30%)1. 一单频小球源以10瓦的功率向自由空间辐射频率为1000Hz的简谐球面波，求离开声源中心2米处的声压幅值、质点径向速度(振速)幅值和声强。
(15%)2. 均匀硬底浅海中，海水中声速为1500m/s，海深为100米。
求频率为1.5kHz时第一号简正波的水平波数。
(15%)《水声学原理》课程考试题(A卷参考答案)一、填空1. 声压。
2. 蝴蝶。
3. 。
4. 机械噪声、螺旋桨噪声和流噪声。
5. 恢ka,,1, ka,,1复力形式。
6. 散射截面大。
7. 快。
8. 振幅、相位。
二、简答1. 要点:? 从定义看，声阻抗是复数表示声压与质点振速相位不一致。
这使得介质中的声强(损耗在介质中的声强)小于平面波声强，这部分损耗声强对应着声阻抗的实部。
《水声学》部分习题答案
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，
rR<rn，所以混响是主要干扰。
声信号级
回声信号级
混响掩蔽级
噪声掩蔽级
rR rn
距离r
6 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
水声工程学院
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水声学课程组
哈尔滨工程大学国家级精品课程——《水声学习题集参考答案》
解：早晨时声呐作用距离远，因为此时可能存在表面声道，而下午一般不会形成 表面声道。即使不出现表面声道时，早晨的负梯度也小于下午的负梯度，所以早 晨的作用距离远于下午，这就是下午效应。 9 画出深海声道声速分布，应用射线理论说明声波在深海声道中远距离传播的
7
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哈尔滨工程大学国家级精品课程——《水声学习题集参考答案》
第 4 章 典型传播条件下的声场
1 邻近海面的水下点源声场中的声压振幅随距离变化具有哪些规律？ 2 表面声道的混合层中的声线传播具有那些特点？ 3 什么是反转深度？什么是临界声线和跨度？ 4 什么是会聚区和声影区？二者之间声强大小如何？会聚增益是如何定义的？
声线曲率半径 R = c0 ，所以水平传播距离 g
x = R 2 − (R − d )2 = 2Rd − d 2
水声工程学院
6
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哈尔滨工程大学国家级精品课程——《水声学习题集参考答案》
一般情况下，声速垂直梯度 g 为远小于 1 的量 所以曲率半径较水深大得多 x ≈ 2Rd = (2c0d / g)1/ 2
解：1）声速绝对梯度 g = dc = 1500 −1450 = −0.5s −1
（整理）《水声学》课程配套习题参考答案.
（整理）《⽔声学》课程配套习题参考答案.《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声信号级回声信号级混响掩蔽级噪声掩蔽级距离rr R r n6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。
z浅海负梯度C表⾯声道Cz 深海声道Cz2 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。
(整理)《水声学》课程配套习题参考答案.
《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。
CCC2 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。
西北工业大学水声学原理作业3答案
1、波动方程的建立：小振幅下的运动方程：ðuðt +1ρ∇p=0…………①；小振幅波的连续性方程：ðρðt+ρ∇∙u=0…………②；状态方程：ðpðt =c2ðρðt…………③；当声速c和密度ρ不随时间改变时，将③代入②得1 c2ðρðt+ρ∇∙u=0上式对时间t求偏导并整理得到∇∙u ðt =−1ρc2ð2ρðt2…………④对①式取▽得∇∙u ðt +(−1ρ2∇ρ∙∇p+1ρ∇2p)=0将④式代入上式并整理得∇2p−1c2ð2ρðt2−1ρ∇ρ∙∇p=0则上式即为密度ρ是空间位置函数情况下的波动方程。
为简化上式，引入函数ψ=ρ，则上式变为∇2ψ−1c2ð2ψðt2−[∇2ρ2ρ−3(∇ρ)24ρ2]ψ=0对于简谐波，ð2ðt2⁄=−ω2，则上式可写为∇2ψ−(K2+∇2ρ2ρ−3(∇ρ)24ρ2)ψ=0即∇2ψ−K2(x,y,z)ψ=0式中K2(x,y,z)=k2+∇2ρ2ρ−3(∇ρ)24ρ2。
上式即为不均匀介质中的波动方程。
常用定解条件：1）、边界条件①绝对软边界：也称自由边界，界面上的任何点，不管时间t取何值，声压p总是0，表示为p(x,y,η,t)=0或p(x,y,η,t)=p s，其中边界面方程z=η(x,y,t)。
②绝对硬边界：声波不能进入该介质中，此时边界上介质质点的法向振速应为零。
表示为(n∙u)η=0或(n∙u)η=u s，其中u为质点振速，n为界面的法向单位矢量。
③混合边界：此时已知的是声压和振速在界面上的线性组合，表示为(aðpðn+bp)|s=f(s)，式中系数a和b均为常数，s表示边界。
④边界上发生密度ρ或声速c的有限间断：边界上压力连续和质点法向振速连续，即p z=0−=p z=0+和(1ρðpðn)z=0−=(1ρðpðn)z=0+。
2016-2017水声学原理a试卷答案
水声学原理试卷A 卷答案一．解释或说明一下概念（每小题3分）1 声源级：用来描述主动声纳所发射的声信号的强度1010lg |rr I SL I ==，I r ：发射器声轴方向上距离声中心1米处的声强，I 0：参考声强 2 绝对软边界：边界压力为零 绝对硬边界：边界振动为零 3 检测阈：10lg DI =刚好完成某种职能时的信号功率水听器输出端上的噪声功率4浅海声速剖面：5 负梯度：声速随着深度的增减而减小6 指向性因数：10lgDI =无指向性水听器产生的噪声功率指向性水听器产生的噪声功率7 目标强度：描述目标反射本领的物理量1010lg |rr I TS I ==，I r ：入射波相反方向上距离目标声中心1米处的声强，I 0：参考声强8 10lg 170.77SL W +＝9 一维：2222201P P x c t ∂∂=∂∂ 二维：22222222201P P P P x y z c t∂∂∂∂++=∂∂∂∂三维：222201PP c t∂∇=∂10 ()()44002(,)()())sin()n n j r j r n n n zn zn P r z z Z z e k z k z eH ππξξ----=-=- 本征函数())n zn Z z k z =本征值 1(),1,2,2zn k n n Hπ=-=11 设有强度为I 的平面波轴向入射到水听器上，水听器输出某一电压值；如果将此水听器置于混响场中，水听器输出一个电压，若这两个电压值相同，就用平面波的声级来度量混响场的强度，称为等效平面波混响级。
12 程函方程 ()2220(,,)c n x y z c ϕ⎛⎫∇== ⎪⎝⎭强度方程 2()0A ϕ∇⋅⋅∇=二．写出完整的主动声纳方程，解释其意义和应用局限性（12分） 主动声纳方程：()12()SL TL TS NL DI DT -+--= ()22SL TL TS RL DT -+-=意义；a 适用于收发合置声纳b 适合于背景干扰为各向同性的环境噪声情况 应用：a 对已有的或正在研制设计的声纳设备进行性能预报 b 用于声纳的设计局限性： 声纳方程是用声强度来描述的，但是对于短脉冲信号，由于介质的传播效应和目标反射的物理效应，接收到的回波信号会产生严重的畸变，这个对于声纳方程的应用有所限制，这时需要将声源级SL 改为10lg 10lg e SL E τ=-，E ―距离声源单位距离的处的声能密度，e τ―以秒为单位的回声脉冲宽度三．一声纳系统的声源级为200db （1μPa ，1米），其绝对声强是多少？（10分）。
水声学试卷及答案
2002年《水声学》试卷1 开阔水域中扫雷舰拖拽－宽带噪声源、声源谱级160dB ，被扫音响水雷对200－300Hz 的噪声敏感，环境噪声谱级90dB ，接收机检测阈DT=10dB ，海水吸收系数α，求作用距离（给出表达式）。
（15分） 2 声呐A ，B 有相等的声源级，但声呐A 工作频率f A 高于声呐B 工作频率 f B ,问哪台声呐作用距离远，说明原因。
又，天气晴好，同一台声呐在早晨的作用距离远还是下午的作用距离远，为什么？（15分）3 声速分布如下左图，声源位于深度H 处，以H α出射的声线在深度上翻转，已知，求水平距离x 。
（21,z z 121,,,z a a c s 0,021><a a ）（15分）z x z 2C4 画出表面波道声速分布，应用射线理论解说声波在表面波道中远距离传播的原因。
（15分）5 测量柱形目标的TS 值时，发现TS 值随测量距离而变，说明这种变化关系及其原因。
（15分）6 为什么说海洋体积混响源是海洋生物？海面混响和海底混响又是如何形成的？（15分）7 为什么说频率50－500Hz ，500－25000Hz 的环境噪声分别是航船噪声和风成噪声（海面波浪噪声）。
（10分）2002年《水声学》试题答案1．被动声呐方程SL-TL-(NL-DI)=DTSL=160+10lg(300-200)=180dB NL=90+10lg100=110 DI=0 DT=10 TL=SL-DT-(NL-DI)=60dB, 20lgR+αR=602 声呐B 工作距离远，因为它的工作频率较低，海水吸收小，所以作用距离较远。
早晨时声呐作用距离远，因为此时可能存在表面声道，而下午一般不会形成表面声道。
即使不出现表面声道时，早晨的负梯度也小于下午的负梯度，所以早晨的作用距离远于下午，这就是下午效应。
321x x x +=()H a C H C S 11)(+= ()()1111z a C z C s +=11111cos z a H a H ++=α HH a H z ααcos cos 122++= ()2211Htg z H x α−= ()2222H tg H z x α−= ()2212Htg z z x −=zz 2C4 下左图为表面声道中的声速分布，表面声道中，以小于临界角发出的声线在声道的某个深度上翻转向海面传播，遇海面又经海面反射向下传播，如是重复以上过程而得以远距离传播。
2016-2017水声学原理a2试卷答案
水声学原理试卷A2答案一．解释或说明以下概念（每题5分）1) 造成声波在海水中传播衰减的原因有哪些？答：主要有1）扩展损失，由于声波波阵面在传播过程中不断扩展而引起的声强衰减；2）吸收损失，由于介质粘滞以及其它驰豫效应引起的声强衰减。
3）散射。
海洋介质中存在的泥沙、气泡、浮游物等离子以及介质的不均匀引起的散射和衰减。
2) 什么是透射损失，说明其定义并写出其公式，当声波从空气垂直入到海水中时，其透射损失大约为多少？答：透射损失定义为入射波的声强与透射波的声强之比并取对数的10倍，如下式表示： ti I I TL lg 10= ，当声波从空气垂直入射到海水中时，属于绝对“硬”边界，其中入射波的声强11212/c p I i i ρ=，透射波的声强 22212/c p I t t ρ=，2=D ，3570/1122≈c c ρρ，故5.29≈TL dB 。
3) 什么是声阻抗率，试写出均匀球面波声场中声阻抗率z 0和平面声波的表达式，并说明平面声波的阻抗率有什么特点。
答：声场中，同一位置点上的声压和振速之比称为该点的声阻抗率，均匀球面波声场中声阻抗率220)(1)(kr jkrkr c Z ++⋅=ρ，平面声波的声阻抗率为000c Z ρ=，在平面波声场中，其声压和振速处处同向（正向波）或处处反向（反向波），平面波声阻抗与频率无关。
4) 水下噪声主要有哪几种？其对声纳系统各有什么影响？答：有海洋环境噪声，目标辐射噪声，舰船自噪声。
海洋环境噪声和舰船自噪声是声纳系统的主要干扰背景，干扰声纳工作，限制声纳性能发挥；目标辐射噪声是被动声纳的声源，被动声纳检测该噪声实现目标检测。
5) 简述射线声学的定义、射线声学的应用条件、射线声学的基本定律，写出射线声学的两大基本方程？答：（1）射线声学是把声波的传播看作是一束无数条垂直于等相位面的射线的传播。
（2）射线声学的应用条件：a 、在可以与声波波长相比拟的距离上，声波振幅的相对变化量远小于1；b 、在可以与声波波长相比拟的距离上，声速的相对变化远小于1.（3）射线声学的基本定律是Snell 定律（折射定律）：00cos cos c c αα==常数 α为声传播方向与水平坐标ox 的夹角，成为掠射角，c 为该处声速，0α和0c 为声线出射处的对应值。
工程水声学原理
1.1海洋中为什么使用声？答：在人们迄今所熟知的各种能量形式中，在水中以声波的传播性能最好。
无论是光波还是电磁波，他们在水中的传播衰减都非常大，因而在海水中的传播距离十分有限，远不能满足人类海洋活动的需要。
1.2声波在水中得以应用的根本？ 答：R=ct ，它能将距离与时间进行互换。
1.3海洋中声传播的特点、规律、研究方法。
答：突出特点：由于海洋环境非常复杂，海洋中的声传播非常复杂。
规律：短距离，三维传播，球面扩展，海洋环境的影响较小，采用确定性研究方法；长距离上，二维传播，柱面扩展，海洋环境影响很大应优先考虑，用统计方法研究。
1.4水声学主要研究课题？答：主要研究携有某种信息的声波在水中的产生、传播和接收。
水声物理研究声波在海水中的传播规律，水声工程研究声波的产生和接收，包括水声系统设计和水声技术两部分。
2.1一维线性波动方程及其一般形式与含义答：一维线性波动方程2222210p p xc t∂∂∂∂-=，一般形式为222210p c tp ∂∂∇-=，其含义是将声波随空间的变化与声波随时间的变化联系起来。
2.2何为简谐波，谐波解？答：随时间t 作正弦或余弦规律的运动，一般称为简谐振动，产生的波是简谐波。
谐波解为()(,)j t kx p t x e ω-=。
2.3 Helmholtz 方程：22()()0p x k p x ∇+=。
2.4自由空间中的声：()(,)j t kx a p t x p e ω-= 质点振速：()(,)j t kx a u t x u e ω-= ， 00ap a c u ρ=；声阻抗率：p uZ =，特征阻抗：00c ρ声强：200111220a Tp a a Tc I pudt p u ρ===⎰；声功率：2004ap c W IdS πρ==⎰2.5声压与声强的对数表示 声压级：20lg refp p SPL = dB re p ref =1μP a声强级：10lgrefI I SIL = dB re I ref =6.76×10-19W/m 2 。
水声学原理考试试卷及参考答案.doc
考试科目《水声学原理》考试时间100分钟考试形式 开卷班级姓名学号 题号12345678910总得分 阅卷人得分试题说明：本试卷共10道题，每题10分，满分100分。
请将答案写在答题纸上，考试完毕后请将试卷和答题纸一并交回。
1. （10分）声纳冇哪两种工作方式？试分别画出这两种方式的信息流程图。
2. （10分）增加主动声纳的发射功率，能否提高其作用距离，为什么？如能提高，若其他条 件不变，发射功率增大一倍，试问声纳作用距离如何变化？3. （10分）试両出典型的海洋声速分布图，丼说明表面声道和深海声道的形成原因。
4. （10分）若海水屮的声速分布如下阁，试M 出几条典型声线轨迹图。
5. （10分）声速分布如卜*左图所示，己知//，z 0, G ,的和％求义。
6. （10分）一只声呐换能器的声源级为120dBo 问从一个距离为1000m ，半社为40m 的球 形物体上返回的回波信号强度是多少？7. （10分）简述实验测量水K 物体目标强度（TS 值）的“应答器法”，给出有关计算式，测 暈中应注意哪些问题才能保证测景的准确？8. （1（）分）已知水而船作匀速H 线运动，船底的换能器以夹角汐h'd 海底发射声波，频率为人， 收得海底回声信号的频率为人，求该船的航行速度V 。
9. （10分）根据混响场特性不同，混响分为哪儿类？它们各自产生的混响源是什么？试写出 这儿类混响的等效T •面波混响级的理论公式。
十水而10.(10分)为何在水下噪声研究中将舰船噪声分为舰船辐射噪声和舰船肖噪声？写出舰船辐射噪声的噪声源，并说明它们的频率特性及在辐射噪声中起的作用。
标准符案：1.答：声纳按照工作方式可以分为两类，主动声纳和被动声纳。
它们的信息流程阁分别为：(1)主动声纳：(2)被动声纳:2.答：(1)能否提卨作用距离要看何种背景干扰起主要作用。
如果背景干扰以环境噪声为主，则可提高作用距离，若竹景干扰以混响为主，则不能提高作用距离。
水声学习题解答(参考)
) u A j (t kx ) u A j (t kx 2 ， e Biblioteka e j juA
6.8 108 1.08 1011 (m) ； 2 103
1 1 p 2 (t ) 1 2 p 2 (t ) 0u 2 (t ) u ( t ) 0 2 2 0c 2 2 02 c 2
2 1 pA (20) 2 2.8 103 ( J / m3 ) 2 0 c 2 416 344
如果要使 u A 344(m / s) ，则 pA c u A 416 344 1.43 105 ( Pa) ； 声压有效值 pe
1 pA 1.012 105 ( Pa) ； 2
I I ref
；
另一方面： I
c
I
；
2 peff
于是： IL 10 log
I ref
10 log
p
2 ref
20 log
peff pref
SPL
4. 在信号+噪声场中进行信号测量，已知信号与噪声互不相关，信号声压级为 SPL， 测得总声压级为 SNL，二者的声压级之差为∆LS =SNL-SPL(dB)。问总声压级与噪 声声压级之差∆LN =SNL-NL 为多少？
pe 1.012 105 20log 194 (dB) pref 2 105
相应的声压级 SPL 20log
6. 半径 ra=5× 10-2m 的脉动球形声源以工作频率 f0=5kHz 向水中辐射均匀球面波(对
3
于水： c 1.5 106 (kg / m2 s) )，设声源表面质点振速幅值 U a 2 102 (m / s) 。 问此声源在距其声学中心 r=20m 处产生的声压级 SPL 和声源的辐射声功率 Wa 各为多少？ 解： 声源辐射均匀球面波的声压表式为 p(r , t ) 为 u (r , t )
水声学习题（PDF）
SL-TL-(NL-DI)=DT SL=130+10lg(300-50)=154 4级海况下50～300Hz频带内的环境噪声谱级约为68dB， NL=68+ 10lg(300-50)=92 对于音响水雷，指向性为0，DI=0 TL<=SL-(NL-DI)-15=47 球面波时：TL=20lgr＝47＝＝>r＝224m
用距离变为原距离4 2的 倍，R1即 4 2R
。
S / L EL RL TS Ss 10lgA
等效平面波混响级 回声信号级 回声信号信混比
RL
SL
40 lg
r
Sb
10 lg
cr
2
2r
EL=SL-2TL+TS=SL-40lgr-2 r+TS
SR
EL
RL
TS
Sb
10 lg
cr
2
2. 发射换能器发射40kW的声功率，且方向性 指数为15dB，其声源级SL为多少？
习题
1. 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。
解：对于受混响ห้องสมุดไป่ตู้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
解：
SL 10lg Pa 170.77 DIT
10 lg(40000) 170.7 15 231.7dB
3. 扫雷舰拖曳宽带噪声源，其辐射噪声引爆音响水雷，达到扫雷的
目的。设噪声源谱级为130dB，被扫水雷上水声接收机工作带宽为 50～300Hz，当噪声信号高出4级海况时的环境噪声15dB时，水雷 被引爆，求此扫雷舰在多远距离上能引爆水雷?
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中国海洋大学命题专用纸（附页1））乙船接收到甲船噪声信号级；（2）乙船接收的干扰噪声级；（3
．若‘直接测量法’布置为：在开阔水域，点声源辐射器，无指向性接收器
2
《水声学原理》课程试题A 答案
一、 声波传播时强度衰减原因：声波在传播过程中，波阵面逐渐扩展；海水介质的吸
收和海水介质中不均匀性的散射。
物理衰减是指声波的机械能转变成其它形式的能量引起的声波衰减。
几何衰减是指声波传播中波阵面扩张引起声强减少。
海洋中传播损失表达式为：R R n TL α+=lg ，前一项为几何衰减，后一项为物理衰减。
R R TL α+=lg 20 开阔水域适用
R R TL α+=lg 10 表面声道和深海声道中适用
R R TL α+=lg 15 计及海底吸收时浅海均匀声道适用 R R TL α+=lg 40 偶极子声源远场适用.
二、 21x x x +=
()H a C H C S 11)(+= ()()1111z a C z C s +=
11111cos z a H a H ++=
α H
H
a H z ααc o s c o s 122++= ()2211H tg z H x α-= ()2222H tg H z x α-=
()2
212H tg z z x α-=
三、主动声呐信号级：TS TL SL EL +-=2
()dB a TS 142lg 20-==
主动声呐等效平面波海底混响级：()2/lg 102R c S TL SL RL s ψτ++-=
20s S dB =-
2/275A c R m τ=ψ=
信混比：()/10lg 14(2010lg(75))12.8s S L EL RL TS S A dB =-=--=----=-
四、（1）信号级：SL －TL ，其中SL=10lg(I/I ref )；I=I 1+I 2
()ref f I df f S I 14011051
⨯==⎰∆，()()ref f I df F F f S I 142
0021052
⨯==⎰∆
()(
)()dB I I I I I Sl ref
ref
ref 150105105lg 10lg 10141421=⨯+⨯==∴
（2）干扰级：NL －DI
其中：()()dB f NL NL 8.1015002000lg 1070lg 100=-+=+=∆
()dB DI 04lg 10==ψπ
（3）被动声呐方程：()()DT DI NL TL SL =---，其中：()R TL lg 20=；dB DT 6=。
有：()68.101lg 20150=--R ；()2.42lg 20=R ；m R 8.128=∴。
（4）为提高探测距离，应改进声呐的设备参数：降低检测阈DT ；减小接收束宽；选择工作带宽和频段使SL-NL 值尽量大；对于此题，声呐工作频段左移，可提高声呐探测距离。
五、 E1= SL-2TL+TS
E2=R2-TL R2=SL-TL
R1-R2=B E1-E2=A 推出TS=B-A=15dB.
《水声学原理》课程试题B 答案
1．主动声呐信号级：TS TL SL EL +-=2
()20lg 212TS a dB ==-
主动声呐等效平面波海底混响级：()2/lg 102R c S TL SL RL s ψτ++-=
20s S dB =-
2/275A c R m τ=ψ=
信混比：()/10lg 12(2010lg(75))10.8s S L EL RL TS S A dB =-=--=---+=- 2．信号级：TS TL SL EL +-=2
其中：190=SL ，dB TS 14-=，dB r TL 46lg 20== 噪声干扰级：DI NL -
其中：dB f NL NL 93200lg 1070lg 100=+=+=∆，()dB DI 9.204lg 10==ψπ， 信噪比：()dB DI NL EL N S 9..11/=--= 若提高信混比，需减小脉冲宽度和等效束宽。
若提高信噪比，需增加声源级和指向性指数，减小频带宽度。
3．（1）舰船噪声对声呐作用有两种：一个作为它舰被动声呐探测目标的声源，另一个作为本舰声呐的干扰。
这表现在声呐方程中：前者为被动声呐方程的声源级（SL ），后者表现为干扰噪声（NL ）的一部分。
并且舰船辐射噪声和舰船自噪声的性质也不同。
因而舰船噪声分为舰船辐射噪声和舰船自噪声。
（2）舰船辐射噪声源有：机械噪声、螺旋桨噪声和水动力噪声三种。
（3）舰船噪声的谱特性：连续谱上迭加线谱。
（4）当航速由V 变为2V ，噪声强度增加，()dB V V 92lg 103
=
4．（1）波动方程：022=+∇p k p
声压解的形式：()()()z y x ik e z y x A z y x p ,,0,,,,ϕ-= 其中，()z y x n k k ,,0= 程函：()z y x ,,ϕ
在12<<∇A A 条件下，可得
程函方程：()()()z y x n z y x ,,,,22
=∇ϕ
强度方程：()02
2=∇⋅∇+∇=∇⋅∇ϕϕϕA A
A
（2）适用条件：介质中声速（或折射率n ）在波长范围内相对变化很小；声波强度在
波长范围内变化很小。
一般射线声学适合高频远场。
（3）水平分层介质中，程函方程可表述为Snell 定律，即在同一条声线不同位置的水
平出射角度()z α与该点的声速()z c 由关系：()()z c z αcos ＝常数。
（4）典型声线轨迹图
5．“直接测量法”测量水下目标强度（其它略）：布置如下图。
（1） 辐射声压幅值为：r P P 0=
接收器接收的声压幅值：101R P P =
待测目标的入射声压为：()()2111210R R R P R R P P i +=+= 接收器接收目标散射声压幅值：()221R m r P P r ==
目标强度计算公式：()()()()()112212lg 201lg 20P R R R R P P P TS i r +==
（2） 实验注意事项：
a. 接收水听器和待测目标置于发射换能器的远场区；
b. 接收水听器置于待测目标散射声场的远场区；
.发射声信号的脉冲长度：c L 2>τ，L 为目标长度。
R 1
R 2
发射换能器 接收水听器 待测目标。