Сумбатян М.А., Мартынова Т.С., Мусатова Н.К. «К дифракции точечного источника звука на бесконечном клине» с. 351-360

Рассматривается двумерная задача дифракции гармонической звуковой волны, исходящей из точечного источника звука, который расположен вблизи острого угла бесконечного клина несимметрично относительно его граней. Граница считается акустически жесткой. В рамках метода граничных интегральных уравнений при несимметричном расположении источника звука задача сводится к системе из двух интегральных уравнений Фредгольма второго рода. Поведение решения при приближении к окрестности угловой точки определяется условием Мейкснера. В явном виде находится значение давления на конце клина в вершине угла. Производится асимптотическая оценка поведения функции давления на бесконечности. Дискретизация сводит систему основных граничных интегральных уравнений к системе линейных алгебраических уравнений. Предлагается “улучшенная” схема дискретизации с тремя интервалами различной плотности на каждой грани. Построено давление в рассеянном поле. Ключевые слова: звуковое поле, метод граничных интегральных уравнений, уравнение Фредгольма, функция Грина

Шанин А.В., Корольков А.И., Князева К.С. «Об интегральных представлениях импульсного сигнала в волноводе» с. 361-372

Рассматривается задача импульсного возбуждения акустического волновода постоянного сечения. Поглощение не учитывается. В качестве наиболее общей модели такого волновода рассматривается матричное уравнение Клейна–Гордона (волноводный метод конечных элементов). Для волновода, описываемого такой моделью, строятся несколько представлений поля: в виде двойного интеграла по ω и k, в виде суммы интегралов по k и в виде суммы интегралов по ω. Вводятся римановы поверхности комплексных многозначных функций k(ω) и ω(k), заданных неявно с помощью дисперсионного уравнения. Интегрирование в представлениях поля в виде контурных интегралов происходит по листам этих римановых поверхностей. С помощью деформации контуров интегрирования доказывается эквивалентность указанных представлений. Ключевые слова: матричное уравнение Клейна–Гордона, волноводный метод конечных элементов, waveguide FEM, комплексная дисперсионная диаграмма, деформация контуров интегрирования на дисперсионной диаграмме, задача импульсного возбуждения волновода

Буланов В.А., Соседко Е.В. «Особенности нестационарного и нелинейного рассеяния звука на пузырьках и возможности их спектроскопии» с. 373-384

Показана возможность использования нестационарного и нелинейного рассеяния звука для диагностики пузырьков в жидкости. Нестационарное рассеяние звука возникает вследствие переходных процессов раскачки пузырьков под действием акустических импульсов. Ранее оно использовалось для спектроскопии пузырьков в морской воде с применением параметрических излучателей. Переходные процессы являются основой когерентной раскачки собственных колебаний пузырьков высокочастотными фазоманипулированными импульсами, которая реализуется при определенных соотношениях между величинами высокой и низкой, резонансной для пузырька, частоты, задаваемой фазовой манипуляцией в импульсе. Показано, что нелинейное рассеяние высокочастотных импульсов на разностных частотах при монотонной функции распределения пузырьков по размерам g(R) определяется в основном пузырьками, резонансными на накачке, а не на разностной частоте, вне зависимости от длительности импульса. Применение нестационарного нелинейного рассеяния оправдано в случае немонотонного распределения пузырьков по размерам. Нестационарная нелинейная спектроскопия пузырьков возможна при условии, что частота накачки соответствует пузырькам на ниспадающей ветви g(R) при малых размерах, а разностная частота соответствует большим пузырькам по другую сторону от максимума функции g(R). Показано, что применение нелинейного нестационарного рассеяния на встречных пучках позволит проводить дистанционную спектроскопию пузырьков в жидкости, образующихся в природных и технологических процессах, и проводить корректные оценки газосодержания в пузырьковых структурах. Ключевые слова: нелинейное, нестационарное, рассеяние звука, пузырьки

Савицкий О.А. «Резонатор с управляемой прозрачностью границ» с. 385-390

Рассматривается возможность управления акустической прозрачностью границ резонатора с использованием пьезоактивных материалов. Решена стационарная электроакустическая задача о колебаниях пьезоактивной структуры с граничными условиями специального вида в плосковолновом приближении. Рассмотрен переходной режим излучения резонатора с накачкой. Сформулированы предложения по применению резонаторов с управляемыми границами в гидроакустике и ультразвуковой эхоскопии. Ключевые слова: акустический резонатор, уравнения пьезоэффекта, колебания пьезоактивной структуры, управление акустической прозрачностью

Гончаров В.В., Курьянов Б.Ф., Серебряный А.Н. «Акустическая диагностика внутренних волн на шельфе Черного моря по данным томографического эксперимента» с. 391-399

На северо-восточном шельфе Черного моря в 2010 г. был проведен томографический эксперимент по встречному распространению фазоманипулированных акустических сигналов. В течение суток велось измерение временных откликов среды при излучении и приеме высокочастотных сложных фазоманипулированных сигналов от трех донных приемно-излучающих преобразователей, расположенных в углах равностороннего треугольника со сторонами около 1100 м. Трансиверы находились на удалении более 2 км от Голубой бухты при глубине места около 40 м. Вблизи от них была установлена заякоренная гирлянда термодатчиков для регистрации внутренних волн. По данным о временной изменчивости откликов среды на акустические сигналы при помощи метода согласо-анных временных откликов была восстановлена информация о присутствовавших на акватории внутренних волнах. Была получена временная реализация вертикальных смещений термоклина, в которой обнаружены короткопериодные волны высотой 0.5–1 м и периодом от 5 до 15–20 мин. Сопоставление акустических измерений с независимыми контактными измерениями внутренних волн выявило их хорошее взаимное совпадение. В целом результаты проведенного акустического эксперимента показали возможность успешного использования метода акустической томографии для исследования динамики вод для условий мелкого моря. Ключевые слова: акустическая томография, внутренние волны, шельф, Черное море

Луньков А.А., Петников В.Г., Сидоров Д.Д. «Использование линейных приемных антенн для наблюдения горизонтальной рефракции низкочастотного звука в мелком море с сильно неоднородным водоподобным дном» с. 400-408

В рамках численного моделирования исследованы особенности формирования низкочастотного (55 и 137 Гц) акустического поля и его регистрации с помощью линейных горизонтальных и вертикальных антенн в мелководном волноводе глубиной ≃30 м с неоднородным дном. Рассматривается область, где скорость звука в дне близка к скорости звука в воде. Для проведения расчетов использовано пространственное распределение скорости звука в дне Карского моря, полученное при инженерной сейсморазведке, а также данные пробного бурения. Продемонстрировано, что неоднородное дно не только влияет на средние по глубине потери при распространении звука, которые можно зарегистрировать вертикальной антенной, но и приводит к горизонтальной рефракции акустических волн, которая проявляется при сканировании диаграммы направленности протяженной горизонтальной антенны. Максимальные эффекты наблюдаются для низкой частоты (55 Гц): снижение потерь при распространении достигает 5 дБ, а смещение максимума отклика антенны – 3.4°. Ключевые слова: акустика мелкого моря, распространение звука на арктическом шельфе, акустика морских осадков

Ярина М.В., Луньков А.А., Годин О.А., Кацнельсон Б.Г. «Определение дисперсионных зависимостей волноводных мод на основе измерения шумов судна с помощью двух синхронизированных антенн» с. 409-414

Предложен подход к оценке дисперсионных характеристик волноводных мод на основе анализа шума корабля, зарегистрированного двумя близкорасположенными и синхронизированными вертикальными антеннами. С помощью предложенного подхода осуществлено экспериментальное исследование модовой структуры низкочастотного звукового поля в мелководном волноводе с газонасыщенным дном в широкой полосе частот (от 20 до 250 Гц). Эксперимент был проведен в озере Кинерет (Израиль), известном высоким содержанием метановых пузырьков в осадочном слое (∼1%) и, следовательно, низкой скоростью звука в этом слое (∼100 м/с). Максимальная глубина в области проведения эксперимента – 40.4 м. Приемной системой являлись две 27-метровые вертикальные антенны, расположенные на расстоянии 40 м друг от друга и перекрывающие часть волновода ниже термоклина. Источник шума – исследовательское судно “Хермона” – двигалось вдоль прямой линии, соединяющей антенны, на расстояниях до 1 км от них. Предложенный подход позволил выделить частотные зависимости фазовых скоростей для первых 12 мод, причем эти зависимости оказались близки аналогичным зависимостям для волновода с абсолютно мягким дном за исключением области частот, находящейся вблизи частоты отсечки. Обсуждаются ограничения и возможное развитие предложенной методики. Ключевые слова: акустика мелкого моря, вертикальные приемные антенны, шум корабля, газонасыщенные осадки

Бычков О.П., Копьев В.Ф., Фараносов Г.А. «Азимутальная декомпозиция шума струи, истекающей из двухконтурного сопла» с. 415-426

С помощью метода азимутальной декомпозиции исследован азимутальный состав шума струи, истекающей из двухконтурного сопла с раздельным смешением потоков внешнего и внутреннего контуров. Рассмотрены различные сочетания скоростей истечения внутренней и внешней струй. Проанализированы особенности, наблюдаемые в спектральных характеристиках и в формах направленностей отдельных азимутальных мод, в частности, превышение шума соосной струи над шумом эквивалентной полностью перемешанной струи при существенном различии скоростей в каналах внешнего и внутреннего контуров. Показано также, что различие между ними имеет место во всех трех азимутальных модах, а главную проблему для моделирования шума составляет переходная область соосной струи. Ключевые слова: турбулентная струя, волны неустойчивости, активное управление, управление шумом

Малеханов А.И., Смирнов И.П. «Пространственная обработка акустических сигналов в каналах мелкого моря в условиях априорной неопределенности: оценки потерь эффективности» с. 427-439

Цель работы – сравнительный анализ эффективности методов согласованной и оптимальной пространственной обработки сигналов в звуковом канале мелкого моря в условиях неточного знания его параметров. Предполагается, что сигнал удаленного локализованного источника принимается вертикальной антенной решеткой (АР) на фоне интенсивной помехи, также создаваемой локализованным источником, при этом вертикальный профиль скорости звука и глубина канала, скорость звука в донных породах и их плотность известны с произвольными отклонениями от реальных значений в пределах заданных интервалов. Эффективность обработки характеризуется коэффициентом усиления АР по величине отношения сигнал/(шум + помеха), нормированным на число элементов АР. Методом стохастического моделирования показано, что с ростом априорной неопределенности в оценке указанных параметров потери эффективности для этих двух методов обработки имеют не только существенно различные величины, но могут обнаруживать немонотонный характер соответствующих зависимостей. Определены допустимые уровни ошибок в оценке параметров канала, при которых потери усиления не превышают заданный уровень (3 дБ) для каждого из методов. Результаты представляются важными с точки зрения количественной оценки требований к средствам оперативной океанографии, обеспечивающих функционирование приемных антенных систем в реальных морских условиях. Ключевые слова: звуковой канал мелкого моря, вертикальная антенная решетка, многомодовый сигнал, пространственная обработка сигналов, коэффициент усиления (выигрыш) антенной решетки, рассогласование модели канала

Рудницкий А.Г. «Итерационная схема коррекции изображений в оптоакустической томографии» с. 440-448

Предлагается итеративный алгоритм улучшения качества оптоакустических изображений, основанный на теореме Банаха о неподвижной точке. Проведено численное моделирование распространения волн ультразвукового диапазона и восстановления изображений в средах, приближенных к мягким биологическим тканям. Проблема устранения искажений и артефактов на оптоакустических изображениях промоделирована для четырех итеративных схем. Показана эффективность подхода уже при использовании незначительного количества итераций. Ключевые слова: оптоакустика, численное моделирование, k-Wave Matlab toolbox

Канев Н.Г. «Оптимизация затухания звука в прямоугольном канале с импедансными стенками» с. 449-453

Приведено решение задачи об оптимальном импедансе стенок бесконечного канала прямоугольного сечения, при котором затухание некоторой моды является максимальным. Показано, что при соответствующем подборе импеданса четыре простые моды сливаются, образуя четверную моду, имеющую наибольшее затухание. Найдены импедансы, при которых достигается оптимум затухания, в зависимости от номера моды и размеров сечения канала. Для этого стенки канала неквадратного сечения должны иметь разные импедансы. Ключевые слова: импеданс, волновод, канал, поглощение звука, звуковые моды, оптимальное затухание

Соколовская Ю.Г., Подымова Н.Б., Карабутов А.А. «Лазерный оптико-акустический метод для обнаружения нарушений периодичности структуры углепластиков» с. 454-461

Продемонстрировано использование широкополосной акустической спектроскопии с лазерным источником зондирующих импульсов для обнаружения нарушения периодичности структуры углепластиков, вызванного зазорами между волокнами в слоях углеродной ткани. Получены частотные зависимости коэффициента затухания продольных акустических волн в диапазоне 1–11 МГц для участка углепластиковой стрингерной панели. Показано, что в областях с нарушением периодичности структуры наблюдается локальный минимум внутри резонансного максимума коэффициента затухания. Получены ультразвуковые изображения зазоров. Ключевые слова: оптико-акустический метод, широкополосная акустическая спектроскопия, коэффициент затухания, углепластики, слоистая структура, периодическая структура

«Памяти Виктора Анатольевича Акуличева (31.01.1939–26.02.2022)» с. 462-464

26 февраля 2022 г. ушел из жизни Виктор Анатольевич Акуличев, академик РАН, доктор физ.-мат. наук, профессор, директор (1995–2015) и научный руководитель ТОИ ДВО РАН. В.А. Акуличев был авторитетным ученым в таких областях, как океанология, гидрофизика и акустика. Он являлся автором или соавтором более 250 научных работ, в том числе 5 монографий.

Wan Ruonan, Li Yong «Transmission Properties of One-Dimensional Galois Phononic Crystals» pp. 343-347

A one-dimensional phononic crystal model based on Galois structure is proposed. The transmission coefficients of the elastic waves are numerically calculated and compared with those of the periodical structure. Band gaps are found and the results show that if the number of medium layers is small, the frequency range of the band gap in the Galois structure and periodic structure is basically the same. However, with the increase of the number of medium layers, the frequency range of the band gap in the Galois structure increases, and the localized resonant modes appear in the band gap. The study of transmission properties of Galois structures is helpful to understand the propagation properties of classical elastic waves in aperiodic composite structures. https://doi.org/10.1134/S1063771022040121