Максимов А.О. «Особенности рэлеевского рассеяния на частице, расположенной вблизи межфазной поверхности» с. 3-10

Выявлены особенности рэлеевского рассеяния на твердой частице, расположенной на малом по сравнению с длиной волны расстоянии от непроницаемой плоской границы. Выбор функции Грина в интегральном представлении уравнения Гельмгольца позволяет свести задачу к интегрированию только по поверхности частицы и исключить вклад межфазной поверхности. При разложении по малому волновому параметру используется известный подход, позволяющий представить решение данного порядка в виде суммы потенциальной функции и компоненты, выраженной через приближения низших порядков. Найдена потенциальная составляющая, которая выражается через пространственные иррегулярные гармоники, центрированные на частице и ее зеркальном изображении. Определена колебательная скорость центра частицы и амплитуда рассеяния. В низшем порядке по волновому числу амплитуда рассеяния выражается через монопольную и дипольную составляющие.

Башкатов В.В., Остриков Н.Н. «Исследование влияния нелинейного режима работы сотовых ЗПК при высоких уровнях звукового давления на распространение звуковых волн в цилиндрическом канале с потоком» с. 11-20

Рассмотрена задача о распространении звука в цилиндрическом канале с однородным потоком при наличии нелинейных импедансных граничных условий, проистекающих из зависимости импеданса сотовых звукопоглощающих конструкций (ЗПК) от уровня звукового давления. Построена итерационная процедура решения указанной задачи, в которой распространение звука описывается асимптотическим решением задачи о распространении звуковых мод в цилиндрическом канале с однородным потоком при плавно-неоднородном импедансе стенок в осевом направлении, а нелинейный режим работы ЗПК – на основе полуэмпирической модели двухслойной сотовой ЗПК. Показано, что построенный итерационный алгоритм сходится в рамках границ применимости асимптотического решения и расходится за их пределами. Показано, что при тех параметрах, при которых проводились расчеты, нелинейный эффект работы ЗПК приводит к увеличению затухания звука по сравнению с линейным решением аналогичной задачи, причем этот эффект оказывается более сильным при распространении звука по потоку, чем при распространении против потока.

Аносов А.А., Грановский Н.В., Беляев Р.В., Ерофеев А.В., Санин А.Г., Мансфельд А.Д. «Корреляционные измерения теплового акустического излучения решеткой датчиков» с. 21-28

Для корреляционного измерения теплового акустического излучения использована решетка, состоящая из трех датчиков. Впервые получены все кросс-корреляционные функции для каждой пары датчиков. Измерения проведены при двух положениях источника (нагретого узкого тефлонового цилиндра), расстояние между которыми было равно половине пространственного периода кросс-корреляционной функции соседних датчиков. Измеренные корреляционные функции находились в противофазе, что соответствует рассчитанным корреляционным функциям теплового акустического излучения. Для перехода от корреляционных функций к температурному распределению суммированы пространственные кросс-корреляционные функции для соседних и для крайних датчиков в решетке. Корреляционный прием позволяет существенно повысить пространственное разрешение метода.

Гладков С.О. «О скорости звука в многофазных системах» с. 29-34

Вычислена общая зависимость скорости звука c_s в двухфазной системе типа: “жидкость+газ” и “газ+жидкость” в виде функции от концентрации x добавочной фазы и термодинамических параметров смеси. Показано, что в предельных случаях, когда концентрация стремится к нулю или к единице, получаются формулы, численные значения которых хорошо согласуются с известными значениями для скорости звука в воде и воздухе. Дано обобщение этой формулы на многокомпонентные системы. Графически проиллюстрирована найденная функциональная зависимость c_s(x) для случая двухфазной среды и показано ее качественное и количественное соответствие с результатами других авторов.

Дембелова Т.С., Макарова Д.Н., Бадмаев Б.Б. «Низкочастотная сдвиговая упругость гомологического ряда нормальных углеводородов» с. 35-39

Акустическим резонансным методом исследована низкочастотная (74 кГц) сдвиговая упругость гомологического ряда нормальных углеводородов (алканов). Измерены модуль сдвига, тангенс угла механических потерь, рассчитаны частота релаксации и эффективная вязкость. Установлены зависимости этих параметров от вязкости гомолога. Показано, что тангенс угла механических потерь у всех исследованных жидкостей меньше 1. Это показывает, что частота релаксации лежит ниже частоты эксперимента.

Казаков Л.И. «О звукопоглощающем покрытии в виде слоя вязкой жидкости с пузырьками» с. 40-48

Рассмотрена возможность создания широкополосного звукопоглощающего покрытия для гидроакустических измерительных бассейнов и камер с инерционными, либо звуконепроницаемыми стенками, состоящего из слоя вязкой жидкости с газовыми пузырьками. Расчет покрытий основан на известной теории распространения звука в жидкой среде с пузырьками, а также на использовании интегральных дисперсионных уравнений Крамерса–Кронига. Показано, что объемная функция распределения пузырьков по размерам должна быть постоянной во всем диапазоне их размеров. Назначение вязкой жидкости – увеличить затухание пузырьков до оптимальной для покрытий величины порядка единицы путем добавления к малым термическим потерям вязких потерь в окружающей жидкости. В покрытиях для звуконепроницаемых стенок использованы низкочастотные компенсирующие резонаторы. Приведено несколько примеров расчета акустических характеристик покрытий.

Курашкин К.В., Кириллов А.Г., Гончар А.В. «Использование головных волн для определения остаточных и температурных напряжений в рельсах» с. 49-56

Исследована возможность акустической тензометрии продольных остаточных и температурных напряжений в рельсах с помощью головных волн. Проведен теоретический анализ влияния напряжения и температуры на скорость распространения упругих волн в рельсовой стали. Приведен алгоритм определения продольного напряжения в рельсе на основе измерений времени распространения головных волн. Описан принцип работы и представлены основные параметры экспериментального образца акустического тензометра, в котором реализована дифференциальная схема измерения времени распространения головных волн. Излучение и прием головных волн, распространяющихся вдоль рельса, осуществляется с поверхности катания головки рельса с помощью контактных пьезоэлектрических преобразователей, расположенных на призмах из полиметилметакрилата. Представлены результаты акустомеханических испытаний и температурных тестов. Выполнен расчет погрешностей измерений. Приведены результаты оценки уровня остаточных сварочных напряжений в головке нового рельса. Экспериментальные результаты сравниваются с теоретическими оценками напряжений, которые возникают в рельсе под воздействием температуры, а также с имеющимися в литературе данными по остаточным напряжениям в рельсах.

Мансфельд А.Д., Беляев Р.В., Волков Г.П., Кузьмин А.А., Санин А.Г., Шайкин А.А. «Мониторинг внутренней температуры активных элементов мощных лазеров методом ультразвуковой локации» с. 57-64

Контроль внутренней температуры активных элементов (АЭ) мощных лазеров необходим для их безопасной работы. В статье описана методика и устройство для мониторинга внутренней температуры АЭ лазеров. Измерения основаны на импульсном ультразвуковом (УЗ) зондировании и зависимости от температуры скорости звука в материале АЭ. Изменение скорости звука приводит к изменению фазы УЗ сигнала, прошедшего через объект, которое регистрируется описываемым устройством. Представлены результаты мониторинга температуры АЭ с помощью ультразвукового зондирования в процессе работы действующей лазерной установки.

Аксенов С.П., Кузнецов Г.Н. «Интерференционные инварианты в максимумах гидроакустического поля в глубоком море» с. 65-76

Интерференционный инвариант (ИИ) Чупрова хорошо описывает свойства звукового поля в мелком море. Но вопрос – насколько концепция ИИ Чупрова применима к глубокому морю, где закономерности спадания звукового поля с расстоянием более сложны, – изучен недостаточно. В связи с этим в статье изучены свойства ИИ в ближней и дальней зонах акустической освещенности, а также в зоне тени. Предложено и исследовано новое определение инварианта, проведено сравнение его характеристик с ИИ Чупрова в зависимости от расстояния, глубин приема и излучения, летних или зимних условий распространения. Новый инвариант назван фазо-энергетическим (ФЭИ), поскольку для описания распределения звуковой энергии в пространстве используются ортогональные компоненты градиента фазы. Показаны устойчивость нового инварианта, его независимость от различных влияющих факторов и закономерное изменение с расстоянием в пределах от нуля до единицы. Установлено, что при зимних условиях практически на всех расстояниях ФЭИ равен единице, а ИИ не имеет стабильных значений и изменяется скачками в очень широких пределах. При летних условиях в зоне тени ФЭИ при увеличении расстояния возрастает, как и ИИ, от значений, близких к нулю, до единицы. В ближней и дальней зонах акустической освещенности ФЭИ примерно равен единице, а ИИ в этих зонах как летом, так и зимой характеризуется неограниченными осцилляциями, к которым приводит деление на величину, близкую к нулю. Показано, что определение ФЭИ справедливо и в одномодовых волноводах, и в свободном неограниченном пространстве с диспергирующей средой.

Бычков О.П., Фараносов Г.А. «Оценка пульсаций давления в ближнем поле струи при наличии спутного потока на основе результатов термоанемометрических измерений» с. 77-91

Показано, что спектры пульсаций скорости, измеренные с помощью термоанемометра в области потенциальной части ближнего поля турбулентной струи при наличии спутного потока, могут быть пересчитаны в спектры пульсаций давления. Предложенный метод пересчета основан на том факте, что волны неустойчивости, которые вносят определяющий вклад в пульсации ближнего поля, близки по структуре к однородным продольным волнам. Это позволяет локально связать пульсации давления и продольной компоненты скорости, измеряемой термоанемометром.

Бакушинский А.Б., Леонов А.С. «Моделирование решения акустической обратной задачи рассеяния для трехмерной нестационарной среды» с. 92-103

Рассматривается обратная задача акустического зондирования трехмерной нестационарной среды, основанная на задаче Коши для волнового уравнения с коэффициентом скорости звука, зависящим от пространственных координат и времени. Данными в обратной задаче являются измерения акустического давления, зависящего от времени, в некоторой пространственной области. По этим данным необходимо определить меняющиеся со временем положения локальных акустических неоднородностей (пространственных распределений скорости звука). Используется специальная идеализированная модель зондирования, в которой, в частности, предполагается, что пространственное распределение скорости звука мало меняется в промежутке между временными импульсами источника. В рамках такой модели обратная задача сводится к решению для каждого временного отрезка зондирования трехмерных линейных интегральных уравнений Фредгольма. По этим решениям вычисляются пространственные распределения скорости звука на каждом временном интервале зондирования. При включении в схему зондирования специальной (плоскослойной) геометрической схемы расположения областей наблюдения и зондирования, оказывается, что обратную задачу можно свести к решению систем одномерных линейных интегральных уравнений Фредгольма, для решения которых используются известные методы регуляризации некорректных задач. Это позволяет решать трехмерную обратную задачу определения нестационарного распределения скорости звука в зондируемой среде на персональном компьютере средней производительности для достаточно подробных пространственных сеток за несколько минут. Эффективность соответствующего алгоритма решения трехмерной нестационарной обратной задачи зондирования в случае движущихся локальных акустических неоднородностей иллюстрируется решением ряда модельных задач.

Куражова А.В. «Речь взрослых в разных эмоциональных состояниях: временные и спектральные характеристики» с. 104-112

Работа направлена на определение индивидуальных особенностей речи взрослых в разных эмоциональных состояниях. Изучены акустические характеристики речи 12 взрослых носителей русского языка. Проведена аудиозапись речи информантов при произнесении текста-бессмыслицы в эмоциональных состояниях: радость, гнев, печаль, страх, нейтральное. Временные и спектральные характеристики речи анализировали в звуковом редакторе Cool Edit Pro. В речи мужчин максимальный диапазон частоты основного тона выявлен в высказываниях, произнесенных в нейтральном состоянии и состоянии радости, минимальный – в состоянии печали. Для женской речи – максимальный диапазон частоты основного тона в состоянии радости и в состоянии гнева, наименьший – в состоянии печали и в нейтральном состоянии. Диапазон частоты основного тона в женской речи больше, по сравнению с мужской. Для 7 информантов показано, что длительность высказываний в состоянии печали была больше по сравнению с другими состояниями, а в состоянии радости – минимальна. Как мужские, так и женские высказывания в состоянии радости характеризовались максимальными значениями диапазона частоты основного тона, в состоянии печали, наоборот минимальными, паузы между словами в высказываниях в состоянии печали выявлены как у мужчин, так и у женщин. Таким образом, выявлены различия во временных и спектральных характеристиках высказываний в разных эмоциональных состояниях. Определены индивидуальные особенности проявления эмоционального состояния в речи взрослых.

Макаров И.С., Осипов Д.С. «Распознавание личности по голосу на базе параметров спектральной модели голосового источника» с. 113-119

Исследована информативность параметров спектральной модели голосового источника в задаче автоматического распознавания личности по голосу. Для голосовых параметров ошибка распознавания личности составила 20.8%; совместное использование этих параметров с периодом основного тона понизило ошибку до 13.8%. Наконец, совместное использование параметров спектральной модели с периодом основного тона и мелчастотными кепстральными коэффициентами обеспечило наивысшую точность (ошибка распознавания составила 1.2%).

Вьюгинова А.А., Вьюгинов С.Н., Новик А.А. «Моделирование ультразвуковых инструментов для раскроя сотовых панелей из алюминия и арамида (кевлара)» с. 120-125

Сотовые панели из алюминия и композиционных материалов – арамида, или кевлара, широко используются в авиационной, космической, автомобильной и других областях, благодаря своим уникальным характеристикам. Высокой прочности и жесткости, низкой плотности и хорошим теплоизоляционным свойствам. При этом механическая обработка изделий из сотовых материалов сопряжена с рядом трудностей, и одной из технологий, позволяющих эффективно решать задачи раскроя изделий из сотовых материалов, является ультразвуковая резка. В данной работе с помощью метода конечных элементов исследуются необходимые для проектирования частотные свойства инструментов для ультразвуковой резки изделий из сотовых материалов с рабочими частотами около 20 кГц с различными геометрическими параметрами для реализации раскроя различных вариантов сотовых конструкций. Приведены результаты анализа зависимостей волновых размеров специализированных треугольных и дисковых ультразвуковых инструментов от особенностей геометрии, представлены экспериментальные результаты для ряда разработанных вариантов.

Субботкин А.О. «Анализ колебательного процесса внутри акустической интерференционной антенны с помощью метода реверберационной матрицы» с. 126-140

Представленное в настоящей статье теоретическое исследование процесса формирования звукового поля в акустической интерференционной антенне мотивировано анализом физического принципа работы остронаправленного интерференционного микрофона. Одной из задач работы является определение звукового давления, воздействующего на мембрану микрофона внутри антенны. Анализ звукового поля внутри интерференционной антенны проводится с помощью матричного метода, схожего с методом реверберационной матрицы. Решение формально представляется в виде ряда Шварцшильда. Результат расчета по представленному методу хорошо совпадает с экспериментальными данными.

Liu S., Li M., Zhao R. «The Sound Source Location Based on Phase Conjugation and Acoustic Superlens» pp. 58-67

In order to break through the diffraction limit of traditional sound sources, an idea of far-field super-resolution imaging based on acoustic superlens is proposed, that is, acoustic super-lens is used to transmit near-field sound field information to the far-field, and far-field super-resolution imaging is realized by combining phase conjugate algorithm. In this paper, the sound source localization effect of the two-dimensional honeycomb acoustic superlens of water/mercury material is systematically studied, and the sub-wavelength imaging with a resolution of 0.22λ is obtained by simulating the point sound source imaging through numerical simulation, and the imaging principle of the refractive index n=–1 configuration is explained by combining the imaging principle of flat lens imaging and the law of refraction. A multi-lens was designed for far-field localization of point sound sources, and sub-wavelength imaging with a resolution of 0.19λ was obtained.

Raza M., Ahsan M., Wee M.F.M.R., Baqir M.A. «Investigation of Open Cloaking of Acoustic Fields via Transformation Optics» pp. 76-81

The conventional cloak has been studied in vast space while the open cloaking is explored in a few articles and there is a dire need for further investigations in this field. The open cloaks provide a way to exchange information data from the cloaked region to outside and vice versa. In this work, we have investigated the open cloaking phenomenon in acoustic fields at an audible frequency. This study will be helpful in developing a Multiphysics open cloaking platform and cloaked will enable to transfer or prohibition of the exchange of material from one region to another.

Tsysar S.A., Rosnitskiy P.B., Asfandiyarov S.A., Petrosyan S.A., Khokhlova V.A., Sapozhnikov O.A. «Phase Correction of the Channels of a Fully Populated Randomized Multielement Therapeutic Array Using the Acoustic Holography Method» pp. 82-89

The acoustic holography method was used to characterize a therapeutic focused fully populated 256-element ultrasonic transducer array. Elements of the array with the shape of equal area polygons are densely arranged in an irregular pattern on a spherically concave surface with a radius of curvature of 150 mm and a diameter of 200 mm. The array has a central frequency of 1.2 MHz and is designed to operate in water. The performance of individual array elements was studied based on the holographically reconstructed normal velocity distribution over the array surface. It was shown that with the same electrical signals applied to the elements, their acoustic responses had a phase deviation relative to the nominal values, which can be caused either by the asphericity of the array surface, or by the introduction of additional phase delays by the electrical matching network. To compensate for the detected parasitic phase shifts of the elements and restore the effective sphericity of the radiating surface, the Verasonics V-1 control system was used. The hologram measured after making the correction, as well as the shape of the focal region and acoustic pressure magnitude at the focus, separately measured by a hydrophone, showed that the proposed method reconstructed the nominal operating parameters of the array with high accuracy.

Wang Y., Chen C. «Traveling Surface Acoustic Wave Induced Removal of NSB Proteins from the Acoustic Biosensor» pp. 90-104

One challenge of current biosensors is to remove non-specifically bound (NSB). Surface acoustic wave (SAW) technology, because of its non-contact and non-marker characteristics, becomes one of the hot research fields and shows great prospects. In this paper, SAW is used to remove NSB. Firstly, the effect of the cut of the piezoelectric material on the removal force is determined based on the dispersion equation of the acoustic wave and the properties of the piezoelectric material. Secondly, the effects of channel height, excitation voltage and fluid medium temperature on the removal process are verified through theoretical calculations. The results show that the SAW force, lift force and drag force induce by the SAW can effectively remove the NSB, among which, SAW force mainly removes the nonspecifically bound from sensor surface, while the lift force and drag force mainly prevent the re-deposition of the removed NSB. Finally, the optimal region where NSB can be removed effectively by SAW is determined by comparing the SAW force and van der Waals force. When the sensing region is located in the optimal region, not only can the NSB be effectively removed, but also the performance of the sensor is guaranteed.

Bai Yunshan, Liu Yuanxue, Gao Guangjian, Cui Dandan, Chen Han «Estimating the Azimuth of Acoustic Emission Source in Concrete Plate-Like Structures using a Non-Contact Sensor Unit» pp. 130-142

Location of damage sources is an important aspect of structural health monitoring research. Acoustic emission (AE) technology is broadly concerned due to its potential advantages in damage monitoring and source localization. However, the traditional positioning method is based on the arrival of Pwave, and the non-uniformity of concrete materials is not considered, resulting in poor accuracy at large distances. This paper describes a non-contact AE localization method using leaky Rayleigh waves via a new air-coupled MEMS microphones array unit. Compared with traditional contact detection, this method is convenient for rapid setup and monitoring in a wider range. The feasibility of the non-contact AE localization method was verified by numerical simulation and experiments. Azimuth (direction of arrival) of AE source is a key source parameter for damage location. The research shows that this method can determine the azimuth of AE source at different positions, the results are close to the actual coordinates. Non-contact monitoring method proposed in this paper is the basis for further research on the failure prediction of concrete plate-like structures such as tunnel lining and bridge deck.

Zhang E.L., Peng Z.L., Li Z.J., Lin Y.B., Zhuo J.M. «Four-Channel Active Noise Control Modeling and Offline Simulation for Electric Bus Sound Quality Based on Two FxLMS Algorithms» pp. 143-152

Aiming at the consensus problem of slow convergence for the active noise control (ANC) model based on standard FxLMS algorithm that leads to performance degradation, this paper takes the error signal and its variation as the inputs of fuzzy logic control, and proposes an improved FxLMS algorithm by fuzzy control mechanism with two-input-two-output TSK fuzzy rules (TSK-FxLMS); In addition, the four-channel ANC models based on standard FxLMS and TSK-FxLMS are constructed using the noise signals from four measuring points inside an electric bus under uniform and variable speed conditions, respectively. Ultimately, the offline simulation and acoustic parameter calculation results indicate that the A-weighted sound pressure level (ASPL) and loudness of the two FxLMS models within the low and middle frequencies are significantly reduced, whereas the TSK-FxLMS model has faster convergence rate, higher average reduction percentage of ASPL and loudness, which proves that the established four-channel TSK-FxLMS model has a better sound quality improvement effect than the standard FxLMS.