水声学第一章 声纳方程讲解学习
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18
作业点评
第一章
给定水下声压 p为100Pa，那么声强 I 是多大，
与参考声强 I r 比较，以分贝表示的声强级是多少？ （取声速C=1500m/s，密度为1000kg/m3）
解：声强级：
SIL 1l0oIIg 01l0o6 6g ..6 6 7 71 1 0 0 1 19 54d0B
19
11
第三章 海洋中的声传播理论
硬底均匀浅海声场的简正波求解
波动方程导出的基本过程 定解条件 分离变量法求解波动方程的基本过程 本征值与本征函数 临界频率与截止频率 相速与群速 声传播损失的特征
12
第三章 海洋中的声传播理论
液态海底均匀浅海声场的特点
声传播损失的特征
射线理论
基本方程的导出过程 应用条件
镜像法的概念 镜像法计算邻近海面点源声场的基本原理 邻近海面点源声场传播损失的特点
近场菲涅耳（Fresnel）干涉区 远场夫朗和费（Fraunhofer）区 过渡距离
10
第三章 海洋中的声传播理论
主要内容
硬底均匀浅海声场的简正波求解 液态海底均匀浅海声场的特点 射线理论 波动理论与射线理论对比
吸收损失
切变粘滞 热传导 驰豫
传播损失一般公式
TL=n*声学特性
海底反向散射强度
与入射角的关系 与频率的关系 与海底粗糙度的关系
海底声反射损失
与掠射角的关系
海底三参数模型
模型的描述 三个参数的计算
9
第二章 海洋的声学特性
“镜像法”声场计算
优缺点 适用条件
波动理论
射线理论
可以解得声场的解析解； 不易处理复杂边界条件；
只能解得声场的近似解； 易于处理复杂边界条件；
易于加入源函数；
物理意义简单直观；
计算复杂；
不能处理影区、焦散区；
适用于低频远距离浅海。 适用于高频近距离深海。
15
作业点评
第一章
什么是声纳？声纳可以完成哪些任务？ 请写出主动声纳方程和被动声纳方程？在声纳方程
声压振幅相对变化远小于1 声速相对变化远小于1
声线轨迹计算
恒定声速梯度模型 典型声线绘制
13
第三章 海洋中的声传播理论
射线理论
声线水平传播距离计算
恒定声速梯度模型 水平分层介质模型
声线传播时间计算
恒定声速梯度模型 水平分层介质模型
14
第三章 海洋中的声传播理论
波动理论与射线理论对比
作业点评
第一章
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？
解：声源级定义： SL10log I
I0
无指向性声源的声强：I ND
Pa
4
设指向性声源的轴向声强为： I D
20
作业点评
第一章
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？
期末总结
总复习
1
第一章 声纳方程
主要内容
主动声纳方程及其各参数的概念、物理意义 被动声纳方程及其各参数的概念、物理意义 主被动声纳方程的工程应用
2
第一章 声纳方程
主动声纳方程 SL - 2TL + TS -（NL - DI）=DT
声源级
目标强度 接收指向性指数
传播损失 海洋环境噪声级 检测阈 等效平面波混响级
6
第二章 海洋的声学特性
海水中声速的典型结构
深海声道声速分布 表面声道声速分布 反声道声速分布 浅海常见声速分布
声传播衰减
导致衰减的原因
几何扩展 吸收 散射
7
第二章 海洋的声学特性
声传播损失
常见声波的扩展损失
平面波，TL=0 柱面波，TL=10logR 球面波，TL=20logR
中各项参数的物理意义是什么？ 声纳方程的两个基本用途是什么？ 环境噪声和海洋混响都是主动声纳的干扰，在实际
工作中如何确定哪种干扰是主要的？
16
作业点评
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 曲线，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，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
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作业点评
第一章
给定水下声压 p为100Pa，那么声强 I 是多大，
与参考声强 I r 比较，以分贝表示的声强级是多少？ （取声速C=1500m/s，密度为1000kg/m3）
解：声强：
Ipc2(1 10 0 0 0 110 06 5)200 6.67 1 015W/m2
解：又：
DTI1l0oD g IT ， DIT
ID I ND
指向性声源的轴向声强：
ID D IT IN D D IT P a/4 声源级： SL 10 loP ga10 lo4g1I0DTI
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作业点评
第二章
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。
答：2）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。
23
作业点评
第二章
SL-2TL+TS-RL=DT
3
第一章 声纳方程
两个主动声纳方程的区别
SL - 2TL + TS -（NL - DI）=DT SL-2TL+TS-RL=DT
噪声掩蔽级I，Rr<Rn 噪声掩蔽级II，Rn<Rr
4
第二章 海洋的声学特性
主要内容
海水中声速的典型结构 声传播衰减 海底反向散射强度 海底声反射损失 海底三参数模型 “镜像法”声场计算
答：1）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。
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作业点评
第二章
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。
作业点评
第一章
给定水下声压 p为100Pa，那么声强 I 是多大，
与参考声强 I r 比较，以分贝表示的声强级是多少？ （取声速C=1500m/s，密度为1000kg/m3）
解：声强级：
SIL 1l0oIIg 01l0o6 6g ..6 6 7 71 1 0 0 1 19 54d0B
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第三章 海洋中的声传播理论
硬底均匀浅海声场的简正波求解
波动方程导出的基本过程 定解条件 分离变量法求解波动方程的基本过程 本征值与本征函数 临界频率与截止频率 相速与群速 声传播损失的特征
12
第三章 海洋中的声传播理论
液态海底均匀浅海声场的特点
声传播损失的特征
射线理论
基本方程的导出过程 应用条件
镜像法的概念 镜像法计算邻近海面点源声场的基本原理 邻近海面点源声场传播损失的特点
近场菲涅耳（Fresnel）干涉区 远场夫朗和费（Fraunhofer）区 过渡距离
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第三章 海洋中的声传播理论
主要内容
硬底均匀浅海声场的简正波求解 液态海底均匀浅海声场的特点 射线理论 波动理论与射线理论对比
吸收损失
切变粘滞 热传导 驰豫
传播损失一般公式
TL=n*声学特性
海底反向散射强度
与入射角的关系 与频率的关系 与海底粗糙度的关系
海底声反射损失
与掠射角的关系
海底三参数模型
模型的描述 三个参数的计算
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第二章 海洋的声学特性
“镜像法”声场计算
优缺点 适用条件
波动理论
射线理论
可以解得声场的解析解； 不易处理复杂边界条件；
只能解得声场的近似解； 易于处理复杂边界条件；
易于加入源函数；
物理意义简单直观；
计算复杂；
不能处理影区、焦散区；
适用于低频远距离浅海。 适用于高频近距离深海。
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作业点评
第一章
什么是声纳？声纳可以完成哪些任务？ 请写出主动声纳方程和被动声纳方程？在声纳方程
声压振幅相对变化远小于1 声速相对变化远小于1
声线轨迹计算
恒定声速梯度模型 典型声线绘制
13
第三章 海洋中的声传播理论
射线理论
声线水平传播距离计算
恒定声速梯度模型 水平分层介质模型
声线传播时间计算
恒定声速梯度模型 水平分层介质模型
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第三章 海洋中的声传播理论
波动理论与射线理论对比
作业点评
第一章
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？
解：声源级定义： SL10log I
I0
无指向性声源的声强：I ND
Pa
4
设指向性声源的轴向声强为： I D
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作业点评
第一章
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？
期末总结
总复习
1
第一章 声纳方程
主要内容
主动声纳方程及其各参数的概念、物理意义 被动声纳方程及其各参数的概念、物理意义 主被动声纳方程的工程应用
2
第一章 声纳方程
主动声纳方程 SL - 2TL + TS -（NL - DI）=DT
声源级
目标强度 接收指向性指数
传播损失 海洋环境噪声级 检测阈 等效平面波混响级
6
第二章 海洋的声学特性
海水中声速的典型结构
深海声道声速分布 表面声道声速分布 反声道声速分布 浅海常见声速分布
声传播衰减
导致衰减的原因
几何扩展 吸收 散射
7
第二章 海洋的声学特性
声传播损失
常见声波的扩展损失
平面波，TL=0 柱面波，TL=10logR 球面波，TL=20logR
中各项参数的物理意义是什么？ 声纳方程的两个基本用途是什么？ 环境噪声和海洋混响都是主动声纳的干扰，在实际
工作中如何确定哪种干扰是主要的？
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作业点评
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 曲线，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，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
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作业点评
第一章
给定水下声压 p为100Pa，那么声强 I 是多大，
与参考声强 I r 比较，以分贝表示的声强级是多少？ （取声速C=1500m/s，密度为1000kg/m3）
解：声强：
Ipc2(1 10 0 0 0 110 06 5)200 6.67 1 015W/m2
解：又：
DTI1l0oD g IT ， DIT
ID I ND
指向性声源的轴向声强：
ID D IT IN D D IT P a/4 声源级： SL 10 loP ga10 lo4g1I0DTI
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作业点评
第二章
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。
答：2）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。
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作业点评
第二章
SL-2TL+TS-RL=DT
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第一章 声纳方程
两个主动声纳方程的区别
SL - 2TL + TS -（NL - DI）=DT SL-2TL+TS-RL=DT
噪声掩蔽级I，Rr<Rn 噪声掩蔽级II，Rn<Rr
4
第二章 海洋的声学特性
主要内容
海水中声速的典型结构 声传播衰减 海底反向散射强度 海底声反射损失 海底三参数模型 “镜像法”声场计算
答：1）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。
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作业点评
第二章
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。