Акустический журнал

Рассмотрена задача о рассеянии плоской звуковой волны на дифракционной решетке, составленной из полубесконечных тонких экранов, находящихся на одинаковом расстоянии друг от друга. Показано, что при некоторых значениях импеданса поверхности экранов решетка полностью отражает падающую под любым углом волну. Полученный результат представляется полезным для разработки звукоизолирующих продуваемых конструкций.

Исследованы акустические свойства кристалла калий титанил арсената, перспективного для применений в акустооптике. Определены все коэффициенты упругости этого кристалла, а также значения фазовых скоростей акустических волн и величины углов между направлениями фазовой и групповой скорости материала. Акустические параметры кристалла рассчитаны на основе данных эксперимента из диаграмм Шефера–Бергмана и из измерений скоростей упругих волн фазовым методом.

Выполнено сравнение помехоустойчивости алгоритмов пеленгования локального источника линейными скалярными и векторно-скалярными антеннами при различных способах обработки сигналов от приемников давления и приемников колебательной скорости. Расчеты проведены для эквидистантных антенн с равными апертурами и равными межэлементными расстояниями. Расчетным путем и экспериментально показано, что у векторно-скалярных антенн значительно меньше боковое поле, чем у скалярных антенн, а дополнительный максимум, который формируется только при “косых” углах приема, в 3–5 раз меньше, чем “зеркальный” лепесток у скалярных антенн. Установлено хорошее согласие экспериментальных и расчетных пространственных спектров при всех направлениях на источник. Представлено расчетное и экспериментальное обоснование применения векторно-скалярных антенн для однозначного пеленгования источника шума, том числе при косых углах падения фронта волны, как “на стопе”, так и в режиме буксировки антенны. Показано, что прием сигналов с использованием векторно-скалярных антенн обеспечивает разделение сигналов “по левому и правому борту” и разделение источников, расположенных “в передней и задней полусфере”.

Представлено описание результатов натурного эксперимента, проводившегося в августе 2023 г. в Японском море по излучению и приему импульсных акустических сигналов для сценария “шельф–глубокое море”. Особенностью экспериментального волновода является деление на мелководную и глубоководную части, приблизительно равные по длине. Обсуждаются результаты математического моделирования распространения импульсных акустических сигналов из шельфовой зоны в глубокое море для данной трассы. Описана модовая структура поля в волноводе, получены теоретические оценки времен прихода модовых компонент акустического сигнала. Обнаружено и объяснено теоретически нетипичное для данного класса задач образование плотного пучка модовых компонент малых номеров. Данное явление связано как с конфигурацией волновода, разделенного в приблизительно равных долях на глубоководную и мелководную часть, так и с ориентацией акустической трассы под острым углом относительно градиента глубин, что создает условия для возникновения явления горизонтальной рефракции. Сопоставление экспериментальных импульсных характеристик волновода и оценок времен прихода дает основание полагать, что отличительной особенностью акустических трасс такого типа является расщепление основного пика импульсной характеристики волновода и появление вместо него двух (и более) локальных максимумов.

На основе точного в рамках линейной акустики движущихся сред волнового уравнения получено скалярное уравнение, описывающее акустическое давление в приземном слое атмосферы. Получены главные приближения для эффектов дифракции и переноса возмущений турбулентными пульсациями в приземном слое. На их основе сформированы модели типов HOWARD и ХЗК. Уравнение типа ХЗК в двумерной постановке применено к задаче расчета характеристик звукового удара от разрабатываемого в ЦАГИ демонстратора сверхзвукового гражданского самолета “Стриж” в условиях сильной турбулентности в приземном слое атмосферы, представленной пульсациями скорости. Достигнуты сеточная и статистическая сходимости результатов моделирования. Трехскачковая структура передней части профиля избыточного давления от демонстратора приводит к малому изменению амплитуды и существенному снижению громкости в метрике PL по сравнению с результатами, полученными для N-волн в сходных условиях.

Рассматривается стационарная среда, содержащая неоднородности скорости звука, плотности и частотно зависящего коэффициента поглощения. Эти неоднородные акустические характеристики, включая степень частотной зависимости коэффициента поглощения, неизвестны и подлежат восстановлению на основе данных рассеяния на многих частотах. Сначала решением обратной задачи восстанавливается комплексная функция рассеивателя, которая содержит вклады от неоднородностей разных типов; после этого предлагается методика выделения из функции рассеивателя индивидуальных пространственных распределений всех искомых акустических характеристик. Приводятся результаты численного моделирования, иллюстрирующие возможности и ограничения предлагаемой методики при различных уровнях шумов в исходных данных. Показано, что наименьшей помехоустойчивостью обладает результат восстановления показателя степени частотной зависимости коэффициента поглощения. В то же время, восстановление скорости звука, плотности и коэффициента поглощения осуществляется с приемлемой точностью и высокой разрешающей способностью.

Зубатые киты и дельфины продуцируют сложные акустические сигналы. Однако, не ясно как они развиваются и функционируют. В настоящей работе звуки новорожденной афалины (Tursiops truncatus) записаны двухканальной системой записи в полосе частот 0.4–220 кГц с динамическим диапазоном 81 дБ и частотой дискретизации 1 МГц, одновременно с видеозаписью ее положения относительно гидрофонов, через 22, 46, 46.5 и 47 ч после рождения. Результаты анализа записей свидетельствуют, что новорожденная продуцировала 20 серий, содержащих 1640 эхолокационных щелчков. При этом она изменяла длительность серий в диапазоне 0.8–7 с, число щелчков в серии от 20 до 280 и межимпульсные интервалы от 6 до 220 мс. При движении вдоль бассейна она смещала положение максимума направленности излучения щелчков в пространстве, и каждый следующий щелчок продуцировала после получения эхо от предыдущего и временной задержки (десятки мс) на обработку эхо. Спектральные и временные характеристики ее щелчков незначительно отличаются от взрослых дельфинов. Видимый уровень источника щелчков (ASL) на расстоянии 1 м от новорожденной составлял 188–164 дБ отн. 1 мкПа. Следовательно, способности новорожденной афалины (Tursiops truncatus) эхолоцировать, впервые для зубатых китов рассмотренные в настоящей работе, – врожденные, в то время как физиологические, социальные и когнитивные аспекты эхолокации, по-видимому, ей еще предстоит развивать.

Изучена эффективность применения акустико-эмиссионной диагностики совместно с вибродиагностикой и видеосъемкой для оценки несущей способности композитного образца, а также идентификации механизмов эволюции его разрушения при сжатии. Образец из многослойного высокопрочного углепластика перед испытанием на сжатие подвергался в центральной части ударному воздействию с энергией 90 Дж. До возникновения развивающихся макроповреждений в структуре материала амплитудные спектры, регистрируемые при проведении вибродиагностики, оставались практически постоянными. Картина резко изменялась при возникновении и развитии макроповреждений, что отражала скалограмма регистрируемых выбросов вибросигнала на характерных стадиях эволюции разрушения слоистого углепластика. Изучена динамика изменения пиковых частот локальных максимумов спектров амплитуд вибросигналов, генерируемых процессами смятия торцов образца, его расслаивания, локального выпучивания при прогибе, слома слоев при повышении сжимающей нагрузки до потери несущей способности углепластика. Применение вибродиагностики совместно с видеосъемкой позволило не только верифицировать результаты акустико-эмиссионной диагностики по оценке уровня несущей способности слоистого углепластика, но и отслеживать кинетику макро-повреждений в его структуре.