Дмитриев К.В. «Корреляционный итерационный метод акустической томографии с некогерентными источниками поля» с. 143-155

Предложен метод восстановления акустических параметров среды с помощью итерационной обработки матриц когерентности акустического поля случайных источников, для части из которых известна их плотность мощности. Обсуждаются возможности повышения устойчивости и ускорения сходимости метода. Проводится сравнение результатов восстановления с функционально-аналитическим подходом, основанным на обработке амплитуды рассеяния.

Мокряков В.В. «Внутренние симметричные волны Лэмба для больших фазовых скоростей» с. 156-166

Рассмотрены симметричные волны Лэмба с фазовой скоростью, превышающей скорость волн расширения в бесконечной среде. Доказано, что в этом диапазоне фазовых скоростей возможны внутренние волны, т.е. решения волнового уравнения, которые имеют нулевые значения компонент деформаций и напряжений на поверхности и при этом ненулевые их значения внутри пластины. Вычислены параметры внутренних волн (фазовая скорость, частота, длина волны), а также доказано, что частоты внутренних волн одной фазовой скорости образуют арифметическую прогрессию. Рассмотрены несколько внутренних волн, представлены сечения соответствующих деформированных пластин, распределения максимальных величин растяжения и сдвига.

Володарский А.Б., Кокшайский А.И., Одина Н.И., Коробов А.И., Михалев Е.С. «Влияние 3D-печати на упругие свойства нитевидных образцов полимера ABS» с. 167-173

Приведены результаты экспериментального исследования влияния 3D-печати при 100%заполнении на линейные и нелинейные упругие свойства образцов полимера ABS, выполненных в виде тонких нитей. Исследования исходного и 3D-напечатанного образцов полимера ABS проводились статическим методом и методом Терстона–Браггера. Были определены значения линейных и нелинейных модулей Юнга, а также упругих нелинейных параметров второго порядка для нескольких циклов нагрузки-разгрузки образца. Показано, что выбранный режим 3D-печати почти не изменяет прочностные характеристики полимера АBS, а пластические характеристики даже несколько улучшаются. Обнаружено, что механическое нагружение оказывает различное воздействие на нелинейный параметр исходного и 3D-напечатанного образцов. Для 3D-напечатанного образца обнаружено уменьшение нелинейного параметра по мере роста нагрузки.

Гималтдинов И.К., Столповский М.В., Кочанова Е.Ю. «Акустическая диагностика подводных выбросов, распространяющихся в виде многофазной струи» с. 174-179

Численно исследовано взаимодействие импульса давления с газожидкостной зоной, являющейся сечением затопленной многофазной струи, состоящей из смеси воды и нефти и содержащей пузырьковое ядро из метана. Показана возможность определения степени расширения струи, объемного содержания нефти и газа в струе по отраженным сигналам.

Никитов С.А., Таранов А.В., Хазанов Е.Н., Чарная Е.В., Лихолетова М.В., Шевченко Е.В. «Теплоемкость и особенности фононного спектра монокристаллов твердых растворов иттрий-лютециевых алюмогранатов» с. 180-185

Измерены температурные зависимости теплоемкости и исследованы общие закономерности формирования фононного спектра монокристаллов твердых растворов иттрий-лютециевых алюмогранатов Y_3–xLu_xAl₅O₁₂ при 0≤x≤3 в интервале температур от 1.9 до 220 K. По данным, полученным ниже 10 K, рассчитаны температуры Дебая. Особенности фононного спектра в промежуточной температурной области интерпретированы как суперпозиция оптических мод для иттриевого и лютециевого гранатов. Показано, что низкие значения теплоемкости, обусловленной вкладом акустических фононов, для Y_2.25Lu_0.75Al₅O₁₂ коррелируют с аномалиями на концентрационных зависимостях фононного транспорта, поглощения акустических волн и формы линии ЯМР алюминия.

Поликарпова Н.В., Пожар В.Э. «Исследование частотного диапазона работы пьезоэлектрического преобразователя акустооптического фильтра электрическим и оптическим методами» с. 186-192

Теоретически и экспериментально исследованы акустооптические характеристики кристалла парателлурита с углом среза α=10.2°. Кристалл использован в акустооптическом фильтре для обработки оптических изображений в видимом и инфракрасном свете. Экспериментально определен электрический диапазон перестройки фильтра на основе частотной зависимости мощности, поглощаемой пьезоэлектрическим преобразователем фильтра. Сделаны оценки диапазона настройки фильтра по оптическим длинам волн. На длинах волн света λ=1.15 и λ=0.63 мкм рассчитаны зависимости брэгговского угла падения от частоты ультразвука. При измерении эффективности дифракции в режиме работы дефлектора обнаружено, что диапазон перестройки фильтра по оптическим длинам волн оказывается отличным от предсказанного в результате измерения электрических характеристик преобразователя и становится уже.

Чупова Д.Д., Росницкий П.Б., Солонцов О.В., Гаврилов Л.Р., Синицын В.Е., Мершина Е.А., Сапожников О.А., Хохлова В.А. «Компенсация аберраций при фокусировке ультразвука через череп на основе данных КТ и МРТ» с. 193-205

Проведено сравнение возможностей использования трехмерных акустических моделей головы человека, построенных на основе данных магнитно-резонансной томографии (МРТ) и компьютерной томографии (КТ) для расчета фокусировки ультразвукового пучка при прохождении через кости черепа и компенсации аберраций, вызванных их присутствием. Рассматривался набор КТ и МРТ данных одного пациента. По данным МРТ были восстановлены однородные по внутренней структуре сегменты головы человека (кожа, череп и мозг). Наиболее реалистичная модель КТ учитывала внутренние неоднородности костей черепа и мягких тканей. Расчеты поля и компенсация аберраций проводились на основе интеграла Рэлея и псевдоспектрального метода решения волнового уравнения в неоднородной среде, реализованного с помощью программного пакета k-Wave. В качестве излучателя рассматривалась фазированная решетка с частотой 1 МГц и абсолютно плотным заполнением поверхности 256 элементами, радиусом кривизны и апертурой 200 мм. Показано, что при компенсации аберраций на основе неоднородной модели КТ и однородной модели МРТ, амплитуда давления в фокусе и эффективность фокусировки отличались не более чем на 10%. Таким образом, однородная модель МРТ может быть использована для предоперационной оценки возможности проведения транскраниальной ультразвуковой терапии. При проведении операции учет внутренней структуры костей черепа по данным КТ предпочтителен.

Глебова Г.М., Жбанков Г.А., Кузнецов Г.Н. «Оценка координат подвижных морских роботов с использованием векторно-скалярных антенн, стационарно установленных в глубоком море» с. 206-216

Выполнена экспериментальная проверка возможности оценки координат подвижного малошумного робота с использованием разнесенных в пространстве малогабаритных векторно-скалярных антенн, широкополосного излучателя, размещенного на борту робота, и удаленного полигармонического стационарно установленного излучателя – “маяка”, который применяется для устранения смещений пеленгов, вызванных вращением приемных антенн под действием подводных течений. Показано, что применение установленных в волноводе технических средств позволяет решить задачу триангуляции и определить горизонтальные координаты робота, а учет лучевой структуры обеспечивает оценку глубины.

Лободин И.Е., Машошин А.И. «Определение дистанции до подводного источника в условиях дальних зон акустической освещенности» с. 217-224

Обоснован алгоритм определения дистанции до шумящих источников в пассивном режиме работы шумопеленгаторной станции в условиях дальних зон акустической освещенности (ДЗАО), которые наблюдаются в большинстве глубоководных районов Мирового океана. Алгоритм базируется на известной закономерности формирования в условиях ДЗАО лучевой структуры акустического поля сигнала источника на входе приемной антенны. Эта закономерность состоит в том, что при вхождении источника в ДЗАО путем пересечения ее ближней границы максимум энергии его сигнала приходит на антенну по лучам с отрицательными углами скольжения, а при вхождении источника в ДЗАО путем пересечения ее дальней границы – по лучам с положительными углами скольжения. Оценена точность определения дистанции с использованием предложенного алгоритма в случае обнаружения надводного и подводного источника.

Петухов Ю.В., Бородина Е.Л. «Влияние слаборасходящегося акустического пучка на формирование пространственно-временной структуры импульсных сигналов в подводном звуковом канале» с. 225-231

На примере типичного для Филиппинского моря подводного звукового канала численным моделированием с использованием модовой теории установлено, что при экспериментальных исследованиях распространения взрывных сигналов Р.А. Вадовым впервые наблюдалось проявление слаборасходящегося пучка в пространственно-временной структуре акустического поля, состоящее в регистрации при определенных расположениях корреспондирующих точек в океаническом волноводе наряду с классическими четверками импульсов дополнительных акустических сигналов с малыми временными задержками по отношению к ним.

Раевский М.А., Бурдуковская В.Г. «Моделирование коэффициента усиления вертикальной антенны в мелководном волноводе со взволнованной поверхностью» с. 232-243

Аналитически и численно исследуется влияние развитого ветрового волнения на коэффициент усиления вертикальной антенны в мелководных океанических волноводах. Предложен алгоритм расчета модельной корреляционной матрицы сигнала на апертуре вертикальной антенной решетки, учитывающий интерференционную структуру акустического поля в звуковом канале. Коэффициент усиления антенны анализируется для трех методов пространственной обработки: стандартного метода ФАР (фазированной антенной решетки), метода оптимальной линейной обработки и метода оптимальной квадратичной обработки. Приведены результаты численного моделирования для гидрологических условий Баренцева моря в зимний период. Основное внимание уделяется зависимости от скорости ветра и характеристик донного грунта значений коэффициента усиления антенной решетки, “сглаженных” на масштабе интерференционной структуры акустического поля в волноводе. Подробно анализируется влияние межмодовых корреляций на результаты моделирования коэффициента усиления при различных способах обработки сигнала. Показано, что игнорирование межмодовых корреляций в случае вертикальной антенны приводит к принципиально ошибочным результатам при оптимальных методах обработки.

Кудашев Е.Б., Яблоник Л.Р. «Характеристики скалярного частотно-волнового спектра пристеночных пульсаций давления в безградиентном турбулентном пограничном слое» с. 244-252

Выполнен анализ основных свойств скалярного частотно-волнового спектра турбулентных давлений, представляющего суммарную энергию волновых компонент поля турбулентных давлений с заданным модулем волнового вектора. Рассмотрение скалярного спектра, обладающего самостоятельным прикладным значением, позволяет наглядно представить распределение энергии турбулентных давлений в широком диапазоне частот и волновых чисел. На основании известных моделей векторного волнового поля предложены соотношения для оценки приведенного скалярного спектра. Определены степень и характер параметрического влияния чисел Маха и Рейнольдса.

Лебедев А.В., Манаков С.А. «Экспериментальное исследование медленной релаксации скорости звука в карбонатной породе» с. 253-272

Представлены результаты комплексных исследований явления медленной релаксации скорости звука в структурно-неоднородных материалах после вибрационного воздействия конечной амплитуды деформаций. Результаты получены на созданной для этих исследований экспериментальной установке, обеспечившей высокую точность измерений линейных и нелинейных акустических характеристик различных материалов. Приведены результаты экспериментального исследования релаксации в карбонатной горной породе, представляющей собой структурно-неоднородный материал со сложной системой внутренних связей. Измерения позволили определить зависимости параметров релаксации от амплитуды и времени возбуждения, а также эффекты, обусловленные конечной амплитудой зондирующей волны. Дана интерпретация полученных результатов и отмечены эффекты, не получившие исчерпывающего объяснения.

Казаков В.В., Мухин И.Б., Курников А.А., Субочев П.В. «Исследование качества термодиффузионной сварки кристаллов в дисковом оптическом элементе оптоакустическим методом» с. 273-282

Оптоакустическим методом исследована возможность оценки качества термодиффузионной сварки двух кристаллов иттрий алюминиевого граната в композитном оптическом диске. Для получения акустических изображений термодиффузионной сварки использовалось сканирование над поверхностью диска оптоакустического датчика, соединенного с импульсным лазером (длина волны 532 нм, длительность импульса 10 нс) оптоволокном. Синхронно с перемещением датчика на площади 16×16 мм с шагом 0.1 мм происходила регистрация ультразвуковых импульсов в диапазоне частот до 80 МГц. Использовалось два режима ультразвуковой локации: на отражение и на просвет. Проведена диагностика двух композитных дисков диаметром 15 мм с различным качеством термодиффузионной сварки. Обсуждается возможность количественного определения качества диффузионного слоя оптоакустическим методом для объективного сравнения дисков. Полученные данные подтверждены результатами измерений методом оптических проекций.

Зверев В.А., Малеханов А.И. «К вопросу о звучании речи и фортепиано» с. 283-288

Рассмотрен вопрос слухового восприятия звуков речи и фортепиано, имеющих относительно слабый уровень основного тона на фоне высоких гармоник (формант голосовых связок и обертонов струны, соответственно). Показано, что слышимый спектр этих звуков является спектром огибающей интерференции колебаний соответствующих гармоник. Этот спектр содержит основной тон как доминирующий звук, который хорошо слышен в речи и в музыке, в то время как форманты и обертоны, изначально доминирующие в спектре звука речи и музыки, влияют преимущественно на тембр основного тона. На уровне гипотезы указано, что огибающая интерференции колебаний выделяется (детектируется) при этом в результате распространения звуковых волн в нелинейной среде жидкости улитки внутреннего уха.

Горшков А.Б., Шамаев В.Г. «Система цикло-пролонгированного информационного обеспечения в области акустики» с. 289-296

Информационное обслуживание акустики, которое обеспечивается порталом “Акустика. Русскоязычные источники”, состоит из трех частей – журнальной, сигнальной и поисковой. Важной частью портала, журнальной, служит полнотекстовый архив “Акустического журнала” за все годы его существования, начиная с 1955 г. Архив выложен в открытом доступе на сайте http://www.akzh.ru уже более 10 лет. Приводится актуальное состояние Архива по многим параметрам: структуре, статистическим данным по наполнению, авторам, пользователям и многое другое.

«Памяти Виталия Анатольевича Зверева (03.11.1924–06.03.2024)» с. 297-298

Акустическое сообщество страны понесло тяжелую утрату: 6 марта 2024 г. ушел из жизни выдающийся ученый, член-корреспондент РАН Виталий Анатольевич Зверев. В.А. Зверев _– автор более 200 публикаций, в числе которых пять монографий и 30 изобретений. Более 80 своих статей он опубликовал на страницах “Акустического журнала”, став одним из наиболее продуктивных его авторов. Многие его работы стали классикой современной акустики и ее приложений.

Bagade S.H., Saudagar P.A. «Variation of Nonlinearity Parameter and Acoustic Attenuation with Temperature in Few Semiconductors» pp. 229-235

Acoustic attenuation coefficient per unit frequency square has been calculated for pure semiconductors like silicon and germanium, as well as for mixed semiconductors like gallium arsenide (III–V group) and tin telluride (IV–VI group), for longitudinal waves travelling along the ‹100› crystallographic axis, within the temperature range 80–300 K. Second-order elastic constants of the materials are used to calculate the average Gruneisen parameter ‹γ^j_i›, using which the nonlinearity parameter DL has been calculated for different temperatures. The knowledge of D_L is used for calculation of acoustic attenuation coefficient per unit frequency square due to phonon–phonon interaction [α/f²]_L and thermoelastic losses [α/f²]_th]. Acoustic attenuations are found to be temperature dependent and increases with it. The magnitude of acoustic attenuation per unit frequency square due to phonon–phonon interactions is greater than that due to thermoelastic losses. The magnitude of acoustic attenuation for the investigated semiconductors is in the order Si

Acoustical Physics, 70, 2, pp. 229-235 (2024) | Рубрики: 05.01 06.03 06.07

Guessoum A., Bouderbala I.Y. «Generation of an Optical Spatial Array Oscillating According to Tunable Trajectories and Velocities» pp. 248-258

Beside the numerous applications obtained by the interaction of a laser beam with acoustic waves, another application have recently emerged that allows generating an optical dynamic spatial array (ODSA) using two orthogonal acoustic waves. In this paper, we demonstrate theoretically and illustrate numerically the possibility of generating an ODSA composed of many diffracted orders. The obtained results show that each diffracted order navigates in space according to its own trajectory and its own velocity. These trajectories are sometimes linear with sinusoidal velocities, sometimes circular with constant velocities and often elliptical with variable velocities. Moreover, the high diffracted orders of this ODSA, which are characterized by a high velocity and a large scanned area, can be controlled by varying the Raman–Nath parameter. The outstanding point is that all these diffracted orders navigate in space with the same sweep frequency despite the diversity of trajectories and velocities. The borrowing of Poincare and Bloch spheres allows enumerating all these trajectories and presenting them in an elegant and attractive method. This technique can be used in metrology for rotation measurements based on Doppler effect. In addition, we can used it to develop a spatial display allows tracing Lissajous trajectories rather than using an oscilloscope.

Shen F., Deng J., Zhu Y. «Flexibly Steering of Self-Collimation Beam in Two-Dimensional Sonic Crystals» pp. 270-277

Almost no diffraction broadening of self-collimation beams and their easy crossing with low crosstalk offer new opportunities for acoustic wave manipulation. Here, we flexibly steer the self-collimation beam based on the total internal reflection of an airborne square lattice sonic crystal. The properly designed crystal/air interface may serve well as a total internal reflection mirror of the self-collimation beam, with which we are able to achieve the highly controllable beam reversal, snaking and crossing. Our scheme can be extended to more interesting beam steering, and have potential applications in constructing high-density integrated acoustic circuits.

Ullah Ihtisham, Khan Maaz Ali, Abo Dahab S.M., Dar Adiya, Rafiq Sial M., Albalwi Mohamed Daher, Jahangir Adnan «Study on Impact of Variable Thermal Conductivity or Laser Pulse on Reflected Elastic Waves in a Semiconductor Medium» pp. 278-287

The article focuses on studying the effect of variable thermal conductivity on the reflection of waves propagating through a medium. Considered solid is half space with semiconductor properties. Additionally, we have also introduced the concept of non-local thermoelasticity to develop a stress-strain relation. Using the Helmholtz decomposition principal, we have determined that three longitudinal waves and one transverse wave propagate through the medium after reflection. To account for the thermal signals generated by the elastic vibration, we have used a three-phase lag (3PL) heat conduction model. The numerical computation of the theoretical results is presented graphically for a specific medium. The study of elastic waves passing through the human body is used for diagnosis and treatment. Nature and characteristics of the materials can also be detected by evaluating the behavior of waves reflected and transmitted through them.

Chowdhury A.D., Bhattacharya S.K., Vendhan C.P. «An Analytical Ocean Propagation Model using Piecewise Linear Sound Speed Profile» pp. 299-313

The normal mode method is widely employed for addressing depth-dependent acoustic wave propagation, with its accuracy contingent upon the precision of the propagating wavenumbers and depth mode shapes. Typically, finite-difference and finite-element methods are utilized for such solutions. Recently, a new approach has been proposed for heterogeneous depth-dependent waveguides, utilizing the classical Rayleigh–Ritz (RR) method. This method demonstrates high accuracy from low-frequency to high-frequency ranges. However, the matrices involved for solving the eigenvalue problems necessitate numerical integrations for evaluating each element, resulting in increased computational costs. To mitigate this, a similar method (RRF) is proposed, where sound speed profiles are expressed as a sum of Fourier series. This allows for the analytical computation of each entry of the RR matrices but compromises the accuracy of the wavenumbers. This paper presents a novel technique aimed at enhancing the precision of determining wavenumbers and mode shapes, while simultaneously minimizing the computational effort without compromising the accuracy. The method involves discretizing sound speed profiles using piecewise linear functions and deriving closed-form solutions for RR matrix elements, while also accounting for sound speed attenuation. Various examples are examined to evaluate the proposed method, demonstrating its capability to compute propagating radial wavenumbers with significantly improved accuracy and reduced computational cost, often achieving improvements of one or two orders of magnitude. Additionally, comparisons of transmission losses at fixed depth indicate accuracy comparable to existing solutions, without any noticeable visual discrepancies.

Jamshidi S. «Analysis of Variations of Acoustical Structure and Physical Components in Seawater Column in the Southern Deep Basin of the Caspian Sea» pp. 325-336

Variations of physical properties of seawater (sound speed, temperature, salinity, and density) over the southern shelf of the Caspian Sea were assessed. Furthermore, the effect of monthly changes in physical structure and layering procedure was evaluated on water characteristics. The influence of the thermal structure and stability of the water column in warm months on the sound speed was greater than that of the salinity parameter. Due to the high correlation between sound speed and temperature in the Caspian Sea water, their vertical structures are mostly correlated. The range of surface layer water changes was within 9–30°C during different months of the year. The water salinity in the areas away from the coast was measured around 12 to 12.5 PSU. The range of measured sound speed data in February was about 1450–1463 m/s, while the values recorded in June–July were between 1501–1451 m/s. The results indicated formation of a deep acoustic channel in the middle and deep areas of the seawater column. The analysis revealed that the axis of the sound channel occurs at a depth of 140–150 m (intermediate layer) in warm months. The axis of the sound channel was located in upper layers in the warm months.

Sankararaman S. «Complex Network: A Potential Tool for Uncloaking Tone Quality of Musical Instruments» pp. 387-396

The paper unwraps the potential application of graph features through complex network analysis in assessing the tone quality of a musical note by analysing the two notes, C and G, at different octaves played by the wind instruments, flute and trumpet, as examples. The musical note sound signals are subjected to fast Fourier transform and wavelet analyses to understand harmonic content and its sustainability. The complex network generated from the temporal data helps in understanding the airflow dynamics through the graph features – edge count, graph density and transitivity. The study reveals that the greater the value of network features, the lesser the overtones present in the musical note, suggesting its application in assessing the musical tone quality or timbre.