环境变化条件下海洋环境噪声统计分析

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４总结
本文介绍了某次海试记录的海洋环境噪声数 据处理和分析结果。研究发现环境噪声级存在明显 的时问特性，这与主要噪声源和噪声传播条件的时 间特性有关。在５００Ｈｚ以下的噪声级体现出与人类 航船活动有关的时间规律，而高ｒ ５００Ｈｚ的频段海 面风的影响占主要地位，在测最期间风速较小．对 应的噪声级随时间变化也很小，且比较平坦。而对 于各频段噪声级概率分布的统计分析可得出结论 是，在本次实验的风速条件下，１０００Ｈｚ以上的环境 噪声级概率接近正态分布，小于１０００１４２的环境噪
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角度描述了海洋环境噪声的固有特性。但是海洋环 境噪声无论是测量还是建模都相当困难，例如噪声 源的时空分布特性就很难获得。因此海洋环境噪声
化条件下海洋环境噪声级的变化情况。文章主要研
究海洋环境噪声级随时间变化情况以及环境噪声 级概率分布情况，研究中选择１００Ｈｚ～２０００Ｈｚ中九
研究多考虑其统计特性。
声级概率接近∥分布。实骏中风速变化较小，因
此航船噪声时问变化是造成这种分布的主要原因。
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圈ｌ实验海域风速记录
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圈２不同频段海洋环境噪声随时同的变化
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一般理论认为，海洋环境噪声主要由海面风浪 和远处的航船所引起的，其频段分布为 １０Ｈｚ一２０ｋＨｚ。本次实验选择１００Ｈｚ，２００Ｈｚ，３００Ｈｚ，
４００１－１ｚ，５００Ｈｚ，７００Ｈｚ，１０００Ｈｚ，ｌ ｗｉｔｈ血∞
５００Ｈｚ和２０００Ｈｚ
图２中给出了９个频段的海洋环境噪声级随时 间的变化趋势，研究频段涵盖了风浪和航船产生的 噪声。图中横坐标为测量时间，纵坐标为环境噪声 级，为画图方便１００Ｈｚ－７００Ｈｚ图中纵坐标范围取 ６０ｄＢ～１１０ｄＢ，１０００Ｈｚ－２０００Ｈｚ图中纵坐标范围取 ５０ｄＢ～１００ｄＢ。图中比较明显的现象是１００Ｈｚ－５００Ｈｚ
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海洋环境噪声是水下声学设备固有的背景干 扰，在声纳方程中环境噪声级ＮＬ是预报声纳性能 的重要一项，Ｕｒｉｃｋ【ｌＪ对１９８３年以前的海洋环境噪 声研究进展做了总结性介绍。Ｅｔｔｅ：２】的著作中详细 总结了海洋环境噪声建模的理论基础和各种海洋 环境噪声模型的特点及适用范围。海洋环境噪声测 量研究国外近几年有很多文献，Ｐ．ａｍｊｉ和 Ｒａｍａｋｒｉｓｈａｎａｎ［３］对浅海环境噪声进行测量和分析，
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１引言
人们对海洋环境噪声的测量与研究已有半个
多世纪的历史，其中包括噪声级的时空变化特性， 噪声级随深度的变化，噪声的时空相关特性以及噪
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式中；三。——噪声声压谱级，ｄＢ；
三，，，——用中心频率为．厂的带通滤波器测得
的频带声压级，ｄＢ；
鲈——带通滤波器的有效带宽，Ｈｚ。 ３数据处理及分析
实验中长时间记录的数据除了环境噪声还有 海面风速。由于记录时间较长，环境噪声声源条件 和传播条件都产生了变化。本文对噪声强度和环境 变化进行统计分析，研究环境噪声的统计特征。风 速和环境噪声数据从首日１８：００到第二日０７：００ 每６分钟处理一次，噪声处理长度为ｌＯ秒，６次平 均。风速记录如图１所示。
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ｒｅｓｅａｒｃｈｅｓ ｔｈｅ ｓｔａｆｆｓｔｉｃａｌ １３ ｈｏｕｒｓ
ｏｃｅａｎ
ａｍｂｉｅｎｔ
ｒｅｇｕｌａｒｉｔｙ ｏｆ ｎｏｉｓｅ ｌｅｖｅｌ ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｎｏｉｓｅ ｌｅｖｅｌ ａｎｄ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｔｉｍｅ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｎｏｉｓｅ ａｎｄ ｗｉｎｄ ｓｐｅｅｄ ｓｅａ ｔｒｉａｌ ｄａｔａ．１１弛ｒｅｓｕｌｔ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓ ｏｆ ｎｏｉｓｅ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｏｃｅａｎ ａｍｂｉｅｎｔ ｎｏｉｓｅ ｐｏｓｓｅｓｓｅｓ ｔｅｍｐｏｒａｌ ａｎｄ ｓｐａｔｉａｌ ｖａｒｉａｔｉｏｎ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ．Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｖａｒｉａｔｉ∞ｉｓ ｔｈｅ ｂａｓｉｃ ｒｅ８８０ｎ。Ｌｏｎｇ ｔｉｍｅ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｉｓ ｎｅｃｅｓｓａｒｙ ｔｏ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｔｈｅ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇ ｔｈｅ ａｍｂｉｅｎｔ ｎｏｉｓｅ．Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ
关键词：海洋环境噪声；环境变化；噪声级；概率分布
中图分类号：０４２７．５ 文献标识码：Ａ
Ｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｏｃｅａｎ Ａｍｂｉｅｎｔ Ｎｏｉｓｅ ａｔ Ｖａｒｉａｔｉｏｎａｌ
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主要研究１００Ｈｚ，－－４ｋＨｚ噪声功率谱级的时间起伏特
作者■介。郭新瓤１７７９－），男，辽宁盘锦人汉族，博士，助理研究员。
研究方向为水声物理
量讯作鲁ｔ彝新敏．Ｅｎｄ－ｍｔｖ７９１０１ １（孰ｉｎａ．ｃｏｍ
第４期
郭新毅等：环境变化条件下海洋环境噪声统计分析
３３９
某一频率的噪声声压谱密度与基准谱密度之 比的常用对数乘以２０。 在海洋中基准声的谱密度为１ 能在△厂中均匀分布时：
性。Ｒｕｅｙ－ＣｈａｎｇＷｅｉｌ４］，总
了２００１年南中国海国际
声学实验（ＡＳＬ垣Ｘ）的环境噪声数据分析结果，
包括噪声随深度的变化，噪声指向性的时间特性 等。同样是这次试验Ｈｓｉａｎｇ．Ｃｈｉｈ Ｃｈａｎｔ副分析了环 境变化对噪声的影响。 本文通过处理海洋环境噪声数据，分析环境变
声场的水平与垂直指向性等方面，这些研究从不同
第２９卷第４期 ２０１０年８月
声学技术
Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ａｃｏｕｓｔｉｃｓ
Ｖ０１．２９，Ｎｏ．４ Ｐｔ．２
Ａｕｇ．，２０１０
环境变化条件下海洋环境噪声统计分析
郭新毅，马力
（中国科学院声学研究所水声环境特性重点实验室北京１００１９０
Ｅｍ蚰：圆舀堕！Ｑ！！＠地基毁ｍ）
摘要：海洋环境噪声存在时空变化特性，环境变化是根本原因，需要长时间测量海洋环境噪声来研究环境变化对 噪声的影响。本文通过处理海试测量的１３个小时海洋环境噪声数据和风速数据，研究海洋环境噪声级随时间的变 化规律和统计规律。研究结果表明实验数据中海面风为主要声源的频段，海洋环境噪声级概率分布接近正态分布； 而航船噪声占重要成分的频段，海洋环境噪声级概率分布更接近Ｚ‘分布．
等９个中心频率，带宽为１０Ｈｚ的海洋环境噪声进 行分析。分别从各频段环境噪声强度随时间的变化 和噪声统计概率两个方面来分析环境变化条件下 的海洋环境噪声。 ３．１海洋环境噪声强度随时间起伏 分析各频段海洋环境噪声强度随时间的变化， 研究环境变化对环境噪声强度的影响。环境噪声目 前虽然无法精确地预报，但是在时间和空间分布上 存在规律，是由噪声源和噪声传播环境的时空变化 规律所决定的。因此结合环境的变化来研究噪声的 变化是有意义的。
２０１０年
风所引起。本次实验晦域风速较小（ｔ３级海况），
风速变化变化不太，因此由风产生的海洋环境噪声
变化也不是很大。从７００Ｈｚ～２０００Ｈｚ的环境噪声随
时问变化图中ａｒ以看出这种现象。在测量时间内， 该频段的环境噪声级变化鞍小晟非常平坦．没有
１００Ｈｚ一５００Ｈｚ频段中呈现出的明显的时ｍＪ特性。
３
２海洋环境噪声毁概率分析
文献［６】中指出风产生的蒋洋环境噪声级的概 率分布符合正态分布规律，并给出了ｌｋＨｚ海洋环 境噪声纽统计结果。本文分析从１００Ｈｚ～２０００Ｈｚ中 ９个频段的海洋环境噪声级的概率分布，如图４所 币。
（ｄ）４００Ｈｚ＂＃％＾％■￥＊￥《ｔ自ｍ＆≈∞口＂日
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环境噪声时间特性显著，环境噪声级在２４：０叽０４：
００的时间段内最小且变化趋势相对平坦，而其他时 间段噪声级相对较高。理论上讲，航船噪声的频段 为１０Ｈｚ～５００Ｈｚ，人类航船活动的时间变化趋势引 起了这一频段环境噪声的变化，图２中反映出这一 规律。 ５００Ｈｚ以上的环境噪声主要由测量海域附近的
声学技术
个频段的环境噪声，这一频段包含了海面风和航船 噪声源。通过分析，文中给出了实验中海洋环境噪
声级概率分布的一些规律。
２实验简介
本文分析的实验数据来源于中国科学院声学 研究所水声环境特性实验室２００９年９月海试。数
据记录时间为首日１８：∞至第二日０７：ｏｏ，共１３
小时。测量海域海深３５ｍ左右，测量水听器位于海 面以下３２．７ｍ。测量时记录设备周围无过往船只。 海洋环境噪声声压谱级处理方法采用海洋调 查规范国家标准中的规定［６１：