水声学-典型条件下的声场

0、第四章小结
• 射线声学 • 恒定声速梯度下声线水平传播距离求解 • 曲率半径和平面几何法 • 已知掠射角时的传播距离公式 • 已知深度时的传播距离公式 • 声线图绘制 • 聚焦因子物理意义
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一、邻近海面的水下点源声场
第五章 典型传播条件下的声
场
第十一讲 邻近海面的水下点源声场及表面声 道
本讲主要内容
• 第四章小结 • 邻近海面的水下点源声场 • 表面声道声线参数
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0、第四章小结
• 定解条件
• 第一类齐次边界条件（绝对软）
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一、邻近海面的水下点源声场
• 非绝对反射海面下的声场 • 解的表示
此处不是1而是
p
1
jk R zz1
e R
jk R zz1
e R
R
R
• •
声压振幅：
p
传播损失：
1 R
1
2
2
cos
2kzz1 R
1
2
TL
20 lg
R
10 lg
1
2 2 cos 2kzz1
• 第二类齐次边界条件（绝对硬）
• 边界上密度或声速的有限间断（压力和法向振速连续 ）
• 波动声学
• 简正波临界频率
• 波导截止频率
• 简正波的特征
• 简正波相速度
• 简正波群速度
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0、第四章小结
• 射线声学
• 基本物理量的描述
p min 2zz1 / RM3 ：直达声与海面反射声反相叠加。
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• 解的表示
• 声压振幅随距离的变化
p
2 R
zz1 R2
cospk
zz1 2 sjisninkk R R
zzRzRz11e jkR
• 传播损失
• 定义： • 近场
TL
20
lg
R
20
lg
s
in
kzz1 R
• •
当
R 当
k zz1
/ ( N
1 )时：
2 时：
• 远场 R kzz1 /(M )
TL 20lg R TL 60lg R
R 2k zz1
TL 40lg R
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一、邻近海面的水下点源声场
• 解的表示
• 声压振幅随距离的变化
p
2 R
zz1 R2
cospk
zz1 2 sjisninkk R R
zzRzRz11e jkR
•
当
RM
k zz1， M
M
时，声压取极小值
1, 2,
• 解的表示 • 声压振幅随距离的变化
p
1 R
1
z12 2R2
zz1 R2
e jkzz1
R
1
z12 2R2
zz1 R2
e jkzz1
R
e
jk
Re
j
z12
2R
则：
p
2 R
zz1 R2
cos k Leabharlann Baidu
zz1 R
j sin k
zz1 R
e jkR
声压振幅近似为：
p 2 sin k zz1 R R
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二、表面声道
• 表面声道声线参数 ：表面声道如何形成？有何特征？
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二、表面声道
• 声道的“线性”模型和声传播 • 声速模型
• 声压振幅随距离的变化
R1
R2
z z12
R1
z12 2R2
zz1 R2
R2
R2
z
z1 2
R1
z12 2R2
zz1 R2
(1 z) 1z ( 1)( n 1) zn
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一、邻近海面的水下点源声场
• 近场菲涅耳（Fresnel）干涉区向远场夫朗和费（Fr
aunhofer）区过渡点，即
：
max( RN , RM )
• 当 R 2k zz1时，声R0压振2k幅zz1为
p 2kzz1
R2
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一、邻近海面的水下点源声场
• 解的表示
靠近海面有一点源在S点，接收点在P点，求接收点P
处的声压。将海面视为绝对软的平面，根据镜反射原理引
入一个虚源S1
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• 解的表示
p 1 e jkR1 1 e jkR2
：这里利用平面声波R1 的反射R系2 数代替球面波的反射系 数，对于平整海面来说是正确的。
• 射线声学
• 声线、声线的传播时间、传播距离、声能量
• 平面波、球面波的声线图
• 程函方程
• 声线声学的应用条件
• Snell折射定律
• 恒定声速梯度下声线轨迹方程求解
• 一般采用曲率半径，结Co合lleg平e of面Un几derw何ate的r 方法
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• 解的表示 • 声压振幅随距离的变化
R0
2k zz1
：
菲涅耳区 夫朗和费区
• 近场菲涅耳区声压振幅起伏变化，远场夫朗和费区 声压振幅单调变化；
• 对于非均匀声速分布，上述干涉现象仍然存在。
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一、邻近海面的水下点源声场
• 解的表示
• 声压振幅随距离的变化
p 2 sin k zz1
•
当
RN
kzz1 ， N 1
时，声压R取极大 R
N 0,1, 2,
2
值，且幅度为单个点源的两倍。
：直达声与海面反p射m声ax 同2相/ R叠N 加。
cz cs 1 az , 0 z H , a 0
由Snell定律知：
csc0 cH c
c0 cs 1 az0
cH cs 1 aH
z0
z0
cos 0 cos s cos cos H
c0
cs
c
c CollegHe of Underwater z