<<  

Акустический журнал, 2022, 68, выпуск 5

   

Агафонов А.А., Коробов А.И., Изосимова М.Ю., Кокшайский А.И., Одина Н.И. «Особенности распространения волн Лэмба в клине из АБС-пластика с параболическим профилем» с. 467-474

Приведены результаты экспериментальных исследований распространения упругих изгибных волн в элементе метаматериала, представляющем собой клин, толщина которого меняется по параболическому закону. Образец изготовлен методом 3D-печати из полимера АБС. Описана экспериментальная установка для генерации и регистрации упругих изгибных волн в изготовленном образце клина. Регистрация и визуализация упругих волн в клине осуществлялась лазерным сканирующим виброметром. Экспериментально исследованы особенности распространения изгибных волн в изготовленном образце клина параллельно и перпендикулярно ребру клина. Анализируются результаты эксперимента. Проведенные исследования показали, что изготовленный в работе клин является волноводом, концентрирующим энергию акустической волны, что является важным при разработке акустических метаматериалов и поглощающих устройств, работающих по принципу “акустической черной дыры”. Ключевые слова: параболический клин, волна Лэмба, лазерная виброметрия, акустическая черная дыра

Акустический журнал, 68, 5, с. 467-474 (2022) | Рубрики: 04.16 06.03 14.04

 

Ерофеев В.И., Колесов Д.А., Мальханов А.О. «Нелинейные локализованные продольные волны в метаматериале, задаваемом как цепочка "масса-в-массе”» с. 475-478

Рассматривается математическая модель акустического (механического) метаматериала, представляющая собой цепочку осцилляторов, состоящую из нелинейно-упругих элементов и масс, каждая из которых содержит внутренний нелинейный осциллятор. Показано, что в длинноволновом приближении полученная система уравнений может быть сведена к нелинейному эволюционному уравнению Бенджамина–Бона–Махони, в рамках которого исследовано взаимодействие трех модулированных квазигармонических волн (волновых пакетов) при выполнении условий фазового синхронизма. Исследовано также формирование связанных трехчастотных солитонов огибающих, т.е. волновых пакетов, сохраняющих свои амплитудно-фазовые профили при распространении в метаматериале благодаря компенсирующему действию нелинейных эффектов. Отмечено, что кроме решений, описывающих квазигармонические процессы, полученное эволюционное уравнение имеет точное аналитическое решение в виде уединенной стационарной волны (солитона). Выявлены различия свойств этого солитона и классического солитона Кортевега–де Вриза. Ключевые слова: математическое моделирование, нелинейные волны, акустический метаматериал, цепочка “масса-в-массе”, одномерная система

Акустический журнал, 68, 5, с. 475-478 (2022) | Рубрики: 05.02 06.15

 

Алоян Г.А., Коваленко Н.В., Грищенко И.В., Коняшкин А.В., Рябушкин О.А. «Акусто-резонансная спектроскопия пьезоэлектрических кристаллов при неоднородном разогреве» с. 479-487

Представлены экспериментальные результаты исследования эквивалентной температуры кристаллов кварца при наличии контролируемого линейного градиента термодинамической температуры. В условиях неоднородного разогрева эквивалентная температура кристаллов определялась по измерению частот собственных мод акустических резонансов на основании предварительной калибровки резонансных частот при однородном разогреве. Показано, что эквивалентная температура, определяемая таким образом, характеризует усредненную термодинамическую температуру кристалла. Проведено математическое моделирование неоднородного разогрева кристалла, в том числе лазерным излучением. Ключевые слова: пьезоэлектрический резонанс, эквивалентная температура, акустические моды, градиент температуры, кристалл кварца

Акустический журнал, 68, 5, с. 479-487 (2022) | Рубрика: 06.14

 

Антонов С.Н., Резвов Ю.Г. «Внутренние тепловые эффекты в аксиальном акустооптическом дефлекторе на базе парателлурита» с. 488-495

Экспериментально исследована тепловая угловая девиация нулевого и рабочего порядков в аксиальном акустооптическом дефлекторе на базе парателлурита при управляющей мощности до 6.5 Вт в непрерывном режиме. Зональные измерения (у преобразователя, в середине и у поглотителя звука) проведены при вариантах дифракции в +1 и –1 рабочий порядки и показали линейную зависимость угловой девиации от управляющей мощности. Предложено качественное описание девиации рабочего порядка как совместного действия двух факторов: 1) отклонения нулевого порядка при прохождении двух тепловых оптически более плотных призм, прилегающих к преобразователю и поглотителю звука, 2) уменьшения угла дифракции из-за роста скорости звука при нагреве кристалла. При этом неоднородность температурного поля не позволяет однозначно разделить вклады этих факторов в усредненную девиацию рабочего порядка. Показано, что технология жидкостного контакта между тыльной поверхностью пьезопреобразователя и корпусом повышает стабильность параметров дефлектора при прохождении света в зоне, прилегающей к преобразователю. Обнаружено, что при дифракции в +1 порядок между пьезопреобразователем и поглотителем существует зона с минимальной величиной тепловой девиации. Это объясняется взаимной компенсацией девиации нулевого порядка (в поле теплового оптического клина от поглотителя) и фактором увеличения скорости звука. Ключевые слова: анизотропная акустооптическая дифракция, акустооптический дефлектор, аксиальная геометрия, парателлурит, тепловые эффекты

Акустический журнал, 68, 5, с. 488-495 (2022) | Рубрика: 06.17

 

Зайцев Б.Д., Теплых А.А., Семёнов А.П., Бородина И.А. «Влияние аммиака на резонансные свойства структуры "пьезоэлектрический резонатор с поперечным электрическим полем–пленка хитозана”» с. 496-500

Исследованы параметры резонатора с поперечным электрическим полем с тонкой пленкой хитозана–ацетата и хитозана–ликолата в смеси “воздух–аммиак”. Показано, что с ростом концентрации аммиака максимальное значение реальной части импеданса и резонансная частота резонансных пиков существенно уменьшаются, а на воздухе восстанавливаются. Установлено, что эти эффекты связаны с ростом поверхностной проводимости пленок в присутствии аммиака. При этом времена отклика и релаксации для указанных пленок хитозана существенно различаются. Ключевые слова: пьезоэлектрический резонатор, поперечное возбуждающее электрическое поле, пленки хитозана, аммиак, проводимость пленок, электрический импеданс, резонансная частота

Акустический журнал, 68, 5, с. 496-500 (2022) | Рубрика: 06.17

 

Юсупов В.И., Семилетов И.П., Черных Д.В., Саломатин А.С. «Активная высокочастотная акустическая термометрия мерзлых водонасыщенных сред» с. 501-509

Обсуждается перспективный метод активной высокочастотной акустической термометрии, основанный на измерении длительности сигнала обратного рассеяния ультразвуковых импульсов Δt в верхнем слое водонасыщенных пород или донных осадков. Предложена акустическая модель, объясняющая возникновение сильной зависимости длительности этого сигнала от температуры в области нулевых и отрицательных температур. Показано, что Δt при уменьшении температуры возрастает как из-за увеличения коэффициента отражения ультразвуковых волн от слоистой структуры, так и благодаря уменьшению коэффициента поглощения в водонасыщенной среде. Натурные исследования, выполненные на обширном участке арктического шельфа, подтвердили наличие такой зависимости. Предложенный подход может оказаться эффективным для осуществления дистанционного наблюдения за температурными изменениями в мерзлых водонасыщенных породах на суше и верхнем слое донных осадков на мелководном арктическом шельфе, что необходимо для оценки различных, в том числе, экологических рисков, связанных с глобальным потеплением. Ключевые слова: обратное рассеяние, акустический сигнал, мерзлота, арктический шельф

Акустический журнал, 68, 5, с. 501-509 (2022) | Рубрики: 06.18 07.17

 

Луньков А.А., Шерменева М.А. «Взаимодействие мод на сосредоточенной неоднородности в мелководном акустическом волноводе в широкой полосе частот» с. 510-519

Аналитически и в рамках численного моделирования рассматривается влияние сосредоточенной неоднородности на широкополосное (50–250 Гц) звуковое поле, формируемое в мелководном (40 м) волноводе на стационарной трассе на расстоянии до 5 км. Аналитические оценки проводятся в рамках теории взаимодействующих мод, а численное моделирование проводится методом широкоугольного параболического уравнения. Предполагается, что источником звука является одиночный ненаправленный излучатель, а прием ведется на вертикальную антенну, перегораживающую весь волновод по глубине. В качестве неоднородности выбирается локальный скачок толщины водного слоя или солитон внутренних волн, присутствие которых вызывает взаимодействие между модами. Показано, что при наличии сосредоточенной неоднородности на акустической трассе частотная зависимость амплитуд мод приобретает характерную модуляцию, период которой в частотной области уменьшается при увеличении расстояния от источника звука до неоднородности. Данный признак может быть использован для определения положения сосредоточенной неоднородности на стационарной трассе. Ключевые слова: мелководный акустический волновод, широкополосный сигнал, межмодовое взаимодействие, сосредоточенная неоднородность, вертикальная антенна

Акустический журнал, 68, 5, с. 510-519 (2022) | Рубрики: 04.09 07.02

 

Михайлов С.Г. «Применение векторно-скалярного приемника для анализа направленных свойств поля» с. 520-529

Исследуется возможность изучения направленных свойств поля с помощью одиночного комбинированного векторно-скалярного приемника. Рассматривается математическая модель поля на основе пуассоновского процесса. Аналитически показана связь математического ожидания углового распределения модуля вектора Умова и плотности вероятности его аргумента (фазы) с угловой плотностью и угловой плотностью вероятности акустического поля в предельных случаях редких импульсов и гауссова приближения. На основе численного расчета анализируется эволюция указанных функций при изменении ширины частотной полосы анализа. Ключевые слова: векторно-скалярный приемник, векторно-фазовые методы, угловая плотность поля, плотность вероятности модуля и фазы вектора Умова

Акустический журнал, 68, 5, с. 520-529 (2022) | Рубрики: 07.04 10.02

 

Лебедев А.В. «Сравнение теории с результатами измерений шума фильтрации флюида в пористой среде» с. 530-542

Рассматривается один из методов дистанционных исследований структурно-неоднородных сред – изучение шума фильтрации. Дано краткое описание предложенной ранее модели возникновения шума фильтрации. Приводятся результаты вычислений, отмечаются особенности внутренней структуры природных пористых материалов, обуславливающие генерацию акустического излучения. Результаты расчета сопоставлены с недавно опубликованными в Акустическом журнале экспериментальными данными. Показано, что имеется удовлетворительное согласие между предсказанием в рамках предложенной теоретической модели и результатами измерений. Это открывает возможности для определения параметров пористых сред и скорости флюида по измерению шума фильтрации. Ключевые слова: акустика пористых сред, дистанционная акустическая диагностика

Акустический журнал, 68, 5, с. 530-542 (2022) | Рубрики: 04.15 14.04

 

Морозова К.Г., Остапчук А.А. «Связь состояния сдвиговой трещины в гранулированном материале и акустоэмиссионнных и деформационных данных» с. 543-549

Фрикционное скольжение по разломам и крупным трещинам является преобладающим механизмом коровых землетрясений. Лабораторные эксперименты в постановке слайдер-модели являются действенным инструментом получения информации о закономерностях зарождения лабораторных землетрясений. Представлены результаты акустоэмиссионных (АЭ) лабораторных экспериментов, направленных на исследование различных режимов фрикционного скольжения модельной трещины и установление единого эволюционного закона подготовки актов быстрого и медленного проскальзывания на основании синхронной непрерывной регистрации АЭ и кумулятивного смещения блоков. Введен новый параметр состояния трещины – обобщенный дефицит, позволяющий с высокой точностью контролировать стадию цикла ее нагружения. Обобщенный дефицит учитывает вариации излученного потока энергии АЭ и перемещения берегов трещины, тем самым учитывает процессы, протекающие на микро- и макроуровне, соответственно. Скорость изменения обобщенного дефицита имеет единую картину эволюции при всех реализованных режимах скольжения и может быть использована как индикатор перехода трещины в предельное состояние. В ходе экспериментов установлена функциональная зависимость между фрикционной прочностью трещины, скоростью ее деформирования и потоком излучаемой энергии АЭ, что указывает на связность процессов, протекающих на микро- и макроуровнях. Ключевые слова: акустическая эмиссия, гранулированная среда, разлом, лабораторный эксперимент

Акустический журнал, 68, 5, с. 543-549 (2022) | Рубрики: 09.02 09.05

 

Римская-Корсакова Л.К., Пятаков П.А., Шуляпов С.А. «Оценки раздражающего действия шума» с. 550-561

Шум определяют как слышимый звук, который нарушает тишину и вызывает раздражение. Такое раздражение традиционно оценивают по А-взвешенному уровню звукового давления шума, примерно соответствующему уровню воспринимаемой громкости. Однако А-взвешенная шкала неприменима для анализа тональных, импульсных и преимущественно низкочастотных шумов, поэтому были разработаны методы расчетов громкости шумов в линейных единицах – сонах, учитывающие не только слуховую чувствительность, но и свойства маскировки и слуховые временные эффекты. Существование пределов снижения уровней шумов и их информационная значимость привели к появлению других методов оценки шумового раздражения. За раздражение, помимо громкости, отвечают такие субъективные качества шума, как резкость, хриплость, сила колебаний, тональность и др. Для них определены единицы измерений и разработаны методы расчетов. С учетом таких качеств была предложена метрика краткосрочного психоакустического раздражения, справедливая для многих видов шумов. Другой способ оценки психоакустического раздражения включает в себя проведение слуховой экспертизы и построение математической модели, связывающей ранг слухового раздражения с измеренными субъективными качествами шумов. Полученная модель помогает: выявлять причины раздражения (раздражающие субъективные качества); разрабатывать планы работ, направленных на шумоподавление, на формирование приятных шумов машин и механизмов; контролировать изменения ранга раздражения в ходе реализации таких планов. В данной работе сопоставляются разные методы оценки раздражения, вызванного шумами, зарегистрированными в вагонах московского метро. Ключевые слова: субъективные качества, громкость, резкость, хриплость, психоакустическое раздражение, шумы вагонов метро

Акустический журнал, 68, 5, с. 550-561 (2022) | Рубрики: 10.01 10.04 13.01

 

Аносов А.А. «Одномерная обратная задача пассивной акустической термометрии с использованием уравнения теплопроводности: компьютерное и физическое моделирование» с. 562-570

Предложен и экспериментально опробован на модели алгоритм восстановления меняющегося во времени одномерного распределения глубинной температуры тела человека при локальном нагреве. В алгоритм заложено требование, что температура подчиняется уравнению теплопроводности, интегрирование которого с весом, учитывающим поглощение в объекте, позволяет получить временную зависимость акустояркостной температуры (измеряемого сигнала), которая, в свою очередь, определяется параметрами уравнения. Искомая температура получается при решении уравнения теплопроводности с найденными параметрами. В алгоритме восстанавливаются два параметра: кровоток и амплитуда источника нагрева, которые не определяются каждый раз заново, а лишь уточняются. При этом увеличивается время интегрирования, но не страдает временное разрешение – получать новые результаты можно через любой промежуток времени. После двухминутного нагрева можно восстановить температуру и размер нагретой области с точностью, приемлемой для медицинских приложений: 0.5°С и 0.5 мм соответственно. Ключевые слова: пассивная акустическая термометрия, тепловое акустическое излучение, восстановление глубинной температуры

Акустический журнал, 68, 5, с. 562-570 (2022) | Рубрики: 06.18 12.01

 

Шарфарец Б.П., Дмитриев С.П., Курочкин В.Е., Сергеев В.А. «О методе акустоэлектрического преобразования на основе электрокинетических явлений» с. 571-578

Предложена математическая модель функционирования акустоэлектрического преобразователя, основанного на использовании электрокинетического явления – потенциала течения. Теоретически показано, что потенциал течения растет пропорционально величине напряженности постоянного электрического поля накачки. Это утверждение экспериментально подтверждено. Показано, что описываемый преобразователь обладает переменной чувствительностью. Экспериментально выявлено наличие насыщения в этом процессе, обусловленное физикой процесса – его нелинейностью, а также возникновением режима турбулентного движения жидкости в теле преобразователя. Теория акустоэлектрического преобразователя, основанная на электрокинетическом явлении потенциал течения, идентична теории электроакустического преобразования, основанной на обратном потенциалу течения электрокинетическом явлении электроосмоса. Измеренная чувствительность преобразователя превосходит чувствительность аналогов. Полученные в работе результаты могут быть использованы в теории и практике конструирования обратимых электроакустических и акустоэлектрических преобразователей. Ключевые слова: акустоэлектрическое преобразование, электрокинетические явления, потенциал течения, гидродинамика потенциала течения, нелинейный режим течения жидкости, накачка энергии, чувствительность электрокинетического микрофона

Акустический журнал, 68, 5, с. 571-578 (2022) | Рубрика: 06.14

 

«Памяти Андрея Викторовича Гапонова-Грехова (07.06.1926–02.06.2022)» с. 579-580

2 июня 2022 г. на 96-м году жизни скончался выдающийся ученый и организатор отечественной науки, Герой Социалистического Труда, дважды лауреат Государственной премии СССР, лауреат Государственной премии РФ, лауреат Демидовской премии и Большой золотой медали им. М.В. Ломоносова РАН, почетный гражданин города Нижнего Новгорода академик Андрей Викторович Гапонов-Грехов.

Акустический журнал, 68, 5, с. 579-580 (2022) | Рубрика: 03