«Предисловие [к дополнительному выпуску "Акустического журнала" № 5S 2024 года]» с. 2

В данном выпуске представлены аннотации докладов Всероссийской научной конференции “XXXVI сессии Российского акустического общества”. Всероссийская политематическая научная конференция “XXХVI сессия Российского акустического общества” с успехом состоялась в Москве в октябре 2024 г. На конференции были рассмотрены современные проблемы развития акустики, в частности в области физической акустики, нелинейной акустики, оптоакустики, акустики океана, геоакустики, акустических метаматериалов, архитектурной и строительной акустики, атмосферной акустики, биоакустики и медицинских приложений акустических методов, акустики речи, ультразвуковых технологий, при распространении и дифракции волн, аэроакустики, акустоэлектроники, музыкальной акустики и шумов и вибраций. В научную программу конференции были включены более 180 докладов и приняли участие более 150 ученых, которые представили свои доклады во всех областях акустики. В конференции приняли участие ученые и специалисты из более 50 научных учреждений, предприятий и университетов из более чем 15 городов России. Представленные в докладах результаты относятся как к фундаментальным, так и к прикладным исследованиям и техническим разработкам, связаны с развитием акустических технологий. Многие доклады представлены на конференции как ведущими российскими специалистами, так и значительная часть результатов получена с участием молодых ученых, более 70 докладов представлено на конференции молодыми специалистами и аспирантами. Активное участие научной молодежи в конференции указывает на перспективы дальнейшего развития представленных исследований и разработок. В сборник трудов конференции включены 180 докладов. Разнообразие тематики и высокий научный уровень представленных материалов свидетельствуют о том, что работы отечественных специалистов в области акустики развиваются весьма успешно и по многим из направлений они сохраняют передовые позиции.

Есипов И.Б. «Новые методы акустического зондирования неоднородной морской среды на принципах нелинейной акустики» с. 3

Приводятся сведения о дальнем распространении акустического сигнала параметрической антенны на дистанциях до 1000 км. Обсуждается выбор оптимальных характеристик параметрической антенны, при которых достигается максимальная эффективность преобразования излучения высокочастотной накачки в низкочастотный сигнал. Приводятся данные эксперимента об особенностях распространения широкополосного сигнала параметрической антенны в мелководном морском волноводе. Показано, что частотная дисперсия скорости распространения звука в морском волноводе приводит к компрессии широкополосного одномодового сигнала. Такая компрессия приводит к росту эффективности зондирования морской среды на протяженных трассах. Обсуждается возможность ветвистого распространения направленного акустического излучения в неоднородной среде. Показано, что роль нелинейных методов в акустике возрастает при дальнем распространении низкочастотных сигналов.

Хохлова В.А. «Высокоинтенсивный фокусированный ультразвук в медицине: новые физические подходы и клинические приложения» с. 3

В последние два десятилетия одним из наиболее успешных приложений физической акустики стало использование мощного ультразвука в терапии и неинвазивной хирургии. Согласно данным Фонда фокусированного ультразвука (https://www.fusfoundation.org), в настоящее время акустические волны высокой интенсивности используются более чем в 160 клинических приложениях; свыше 100 компаний производят соответствующее медицинское оборудование; с использованием ультразвуковых методов пролечивается более 100 тысяч пациентов в год. Фокусированный ультразвук высокой интенсивности (HIFU – High Intensity Focused Ultrasound) используется как для терапевтического воздействия, так и для разрушения нежелательных биологических тканей. Представлен обзор современных клинических приложений HIFU в нейрохирургии, урологии, кардиологии, гастроэнтерологии, офтальмологии и иммунологии. Приводятся примеры разработанных излучателей с параметрами, оптимизированными к конкретным приложениям, рассматриваются новые подходы к метрологии полей HIFU-установок, особенности планирования облучения и акустической визуализации области воздействия. Обсуждаются методы компенсации аберраций в таких приложениях HIFU как облучение абдоминальных органов и нейрохирургия через невскрытый череп. Отмечается быстрое развитие методов механического разрушения тканей (гистотрипсии) с использованием нелинейных импульсно-периодических режимов HIFU-облучения, позволяющих создавать ударно-волновые поля в фокусе. Помимо разрушения биотканей, указанные режимы способны вызывать дополнительные полезные биоэффекты, например, усиление выделения специфических биомаркеров и повышение иммунного отклика при онкологических заболеваниях.

Егерев С.В. «Акустические проекты в формате citizen science. Новые тенденции» с. 4

Наука граждан (англ. citizen science, CS) – организационная форма научных исследований с привлечением учеными-профессионалами добровольцев-любителей (неспециалистов), поставляющих, обрабатывающих или интерпретирующих массивы данных. Участие широкой общественности в децентрализованных или распределенных исследовательских проектах становится все более распространенным. Дается сравнительный анализ организационных характеристик, а также технических средств наиболее известных акустических CS проектов: SONYC, Noise Maps (шумометрия в городских условиях); eBird (мониторинг пения птиц); Bat Detective (звуколокация у летучих мышей); Whale FM, Project CETI (коммуникация морских млекопитающих) и других. Быстрое развитие CS проектов cвязано с всё возрастающей ролью информационно-коммуникационных технологий. Так, CS проекты с “акустическим содержанием” часто пересекаются с проектами кооперативного зондирования. В свою очередь, эти проекты предполагают использование добровольцами смартфонов и других технических средств для регистрации и обработки акустических сигналов. Приводится обзор программной оснащенности проектов, в частности, анализируются образцы соответствующего мобильного программного обеспечения: SPLnFFT, Decibel X, Noise Hunter, Sound Meter, Noise Meter и других. Показано современное место акустических CS проектов среди распределенных проектов в других направлениях, дается прогноз распространения практики добровольческих исследований в современных условиях.

Закиров М.Н., Куличков С.Н., Семенов В.А., Чуличков А.И., Мишенин А.А., Попов О.Е., Чунчузов И.П., Цыбульская Н.Д. «Методы распознавания образов и нейросети для классификации источников акустических сигналов» с. 4

Предложена и обучена нейронная сеть для классификации типов источников инфразвука на десять классов. Модель успешно справляется с классификацией данных на тестовом наборе данных. Приведены графики функции потерь и точности от номера эпохи обучения нейросети для обучающей, валидационной и тестовой выборок. Построен график F1-меры как объективного показателя качества работы при несбалансированной выборке. Показана матрица неточностей для тестовой выборки. Обучение модели с использованием графических процессоров выполняется достаточно быстро. Модель можно масштабировать для распознавания любого количества объектов и применить в системах оперативного акустического мониторинга территорий.

Диденкулов И.Н., Коротин П.И., Лучинин А.Г., Малеханов А.И. «Феномен Виталия Анатольевича Зверева (к 100-летию со дня рождения)» с. 4

Виталию Анатольевичу Звереву – выдающемуся ученому в области акустики и радиофизики, члену-корреспонденту РАН, лауреату Государственной премии СССР в области науки и техники, 3 ноября 2024 г. исполнилось бы 100 лет. Он ушел из жизни 6 марта 2024 года, немного не дожив до этой знаменательной даты. Наиболее характерной чертой научного стиля Виталия Анатольевича был его нестандартный изобретательский подход в решении тех задач, которые в разные годы оказывались среди наиболее актуальных и важных с практической точки зрения.

Максимов Г.А., Корольков З.А., Коновалов В.Н., Ларичев В.А., Лесонен Д.Н., Смирнов В.А. «Интегрированная навигационная система для морской 3D сейсморазведки с использованием буксируемых сейсмокос» с. 5

При разведке, обустройстве и эксплуатации шельфовых месторождений широко применяются сейсмоакустические исследования, в настоящее время не имеющие альтернативы по точности результатов и производительности работ данными методами. Последние десятилетия развития в этом направлении привели к созданию (зарубежных) высокоэффективных систем, основанных на использовании буксируемых сейсмокос, пневмопушек, параванов и концевых буев, акустических систем позиционирования, навесных модулей управления по глубине и латерали, систем спутниковой навигации и радиосвязи. Все эти системы должны работать в единой связке под управлением интегрированной навигационной системы, чтобы обеспечить эффективное применение комплекса морской 3D сейсморазведки на основе буксируемых сейсмокос. Представлена информация о разрабатываемой в АО “АКИН” интегрированной навигационной системы “Инавсис”, а также о комплексе акустического оборудования, применяемого для позиционирования и управления системой наблюдения в виде параллельно буксируемых сейсмокос, которая используется в морских 3D сейсмических работах на шельфе.

Переселков С.А., Кузькин В.М., Матвиенко Ю.В., Ткаченко С.А., Косенко И.М. «Голографический метод обработки высокочастотных гидроакустических сигналов в мелком море (теория и эксперимент)» с. 5-6

Разработан метод голографической обработки сигналов для одного векторно-скалярного приёмника в высокочастотном диапазоне в мелком море. Цель данной статьи – представить результаты теоретического анализа, численного моделирования и экспериментальной проверки голографической обработки сигналов с использованием векторно-скалярного приемника для источника шума. Разработанный метод основан на формировании 2D-интерферограмм и 2D-голограмм источника шума в мелководном волноводе. В работе рассмотрены 2D-интерферограммы и 2D-голограммы для различных каналов векторно-скалярного приемника: звукового давления P и колебательной скорости V_x и V_y. Показано, что 2D-интерферограмма для сигналов векторно-скалярного приемника представляет собой совокупность квазипараллельных интерференционных полос, соответствующих интерференционным минимумам и максимумам звукового поля. При движении источника шума интерференционные полосы наклоняются в зависимости от направления движения источника. В результате 2D-голограмма содержит фокальные пятна, расположенные на прямой линии, а угловое распределение голограммы имеет ярко выраженное экстремальное значение. В статье показано, что голографическая обработка сигналов векторно-скалярного приемника позволяет обнаруживать источник, оценивать пеленг источника и отфильтровывать полезный сигнал от шума акватории, увеличивая выходное отношение сигнал/шум. Результаты обнаружения источника, оценки направления источника и фильтрации шума представлены в рамках обработки экспериментальных данных и численного моделирования. В работе представлены результаты высокочастотного эксперимента по обнаружению и определению пеленга малогабаритного шумового подводного источника звука – автономного необитаемого подводного аппарата (АНПА). Эксперимент проводился в мелководной акватории. Прием шумоизлучения источника осуществлялся тремя одиночными векторно-скалярными приемниками, расположенными на дне. С применением голографической обработки выполнены обнаружение и определение пеленга движущегося подводного источника.

Григорьев В.А. «Флуктуации звука, вызванные движением солитонов внутренних волн в эксперименте ASIAEX» с. 6

Рассматривается один из эпизодов эксперимента ASIAEX 2001 (Южно-Китайское море), в котором на стационарной акустической трассе длиной 32 км в течение 6 часов двигался солитон внутренних волн и наблюдались связанные с этим флуктуации интенсивности низкочастотного (224 Гц) звука. По мере движения солитона вдоль трассы монотонно менялись глубина моря (от 350 до 120 м), скорость солитона (от 2 до 1 м/с) и его амплитуда (от 120 до 55 м), но доминирующая частота флуктуаций оставалась приблизительно постоянной и равной 1.5 ц/ч. В работе анализируются причины данного явления. Для этого солитон рассматривается в рамках двухслойной модели водной среды, а распространение звука – в рамках модовой и лучевой теорий. Согласно лучевой теории, доминирующая частота флуктуаций определяется отношением скорости солитона к циклу луча, ответственному за доминирующие флуктуации. В модовой теории получено аналогичное выражение, где роль цикла луча играет комбинация пространственных периодов биения нескольких пар мод. Показано, что при изменении глубины моря скорость солитона и цикл луча изменяются практически пропорционально, в результате чего доминирующая частота флуктуаций остается постоянной. Описанное явление может иметь универсальный характер и не ограничиваться акваторией ASIAEX. Постоянство доминирующей частоты позволяет определить переменную скорость солитона как функцию времени или расстояния, что успешно продемонстрировано в работе и может быть использовано для акустического мониторинга солитонов

Луньков А.А., Григорьев В.А., Сидоров Д.Д., Шерменева М.А. «Модовая структура широкополосного звукового поля в неоднородных мелководных волноводах» с. 6-7

Рассмотрена модовая структура низкочастотного звукового поля в широкой полосе частот в волноводах с сосредоточенными и распределенными неоднородностями. Под сосредоточенными понимаются неоднородности, вызывающие взаимодействие мод, под распределенными – адиабатические изменения. В приближении однократного рассеяния получено аналитическое выражение, описывающие частотную зависимость амплитуды первой волноводной моды в таких волноводах. Оно представляет собой суперпозицию плавной функции, обусловленной частотной зависимостью коэффициента затухания моды и адиабатическими возмущениями, и набора осциллирующих функций частоты. Каждая осциллирующая функция отвечает взаимодействию конкретной пары мод (первой моды со второй, третьей и т.д.) на одной сосредоточенной неоднородности. Важно, что период осцилляций в частотной области оказывается обратно пропорциональным расстоянию от источника звука до неоднородности. Проведено прямое численное моделирование широкополосных звуковых полей в волноводах с различными возмущениями: локально поднятие дна, солитон внутренних волн, ледовый киль, водоподобный участок дна, искусственный объект, которое продемонстрировало осциллирующий характер модовых амплитуд после прохождения неоднородной области. Предложен метод оценки положения сосредоточенных неоднородностей на акустической трассе по периоду осцилляций, основанный на кепстральной обработке амплитуды первой моды с предварительной деформацией частотной оси. Проведен анализ помехоустойчивости предлагаемого метода и возможности его реализации с помощью одиночных приемников и развитых вертикальных антенн.

Сидоров Д.Д., Боджона С.Д., Луньков А.А., Петников В.Г. «Формирование акустических полей локальными и распределенными источниками шума в мелком море с неоднородным дном» с. 7

В рамках численных экспериментов изучены характеристики акустических полей, создаваемых как распределенными, так и локальными приповерхностными шумовыми источниками в мелководных акваториях с трехмерно неоднородной структурой дна, включающей водоподобные области. Предполагалось, что источники первого типа связаны с шумами ветрового волнения, источник второго типа – с шумом судна. Условия распространения звука соответствовали одному из районов Карского моря со средней глубиной около 30 м. Методом широкоугольного параболического уравнения проведены модельные статистические оценки следующих характеристик шума ветрового волнения и их пространственной изменчивости: вертикальное распределение интенсивности, модовый состав, направленность в вертикальной и горизонтальной плоскости. Для шума судна получены зависимости от расстояния и азимутального угла в различных точках акватории. Показано, что шумовое поле судна является гораздо более чувствительным к неоднородностям дна, чем шум ветрового волнения, что наиболее ярко проявляется в области водоподобных осадков. Обнаружено, что на низких частотах (ниже 100 Гц) уровень шума судна, фиксируемый на некотором расстоянии, линейно зависит от протяженности водоподобной области. Предложена методика локализации и оценки протяженности водоподобных участков дна по шуму движущегося судна, записываемого на стационарную вертикальную антенну.

Петров П.С., Захаренко А.Д., Гудименко А.И., Заворохин Г.Л., Мацковский А.А. «Модовая структура в волноводе Пекериса–Эйри и его обобщениях» с. 7

Рассматривается распространение звука в мелком море, верхний слой дна в котором представляет собой среду Эйри, т.е. характеризуется линейно возрастающим с глубиной квадратом показателя преломления. Обсуждается зависимость коэффициента отражения от такого дна от угла скольжения луча для различных частот. Исследована модовая структура в таком волноводе, предложен эффективный метод интегрирования дисперсионных уравнений, а также рассмотрена возможность применения данного метода при решении задач геоакустической инверсии. Также обсуждается формирование головной волны интерференционного типа в таком волноводе, также известной как головная волна Булдырева.

Щуров В.А. «Структура простого вихря акустической интенсивности» с. 8

Фазовый сдвиг, вызванный дислокацией фазового фронта, составляет величину ±2πn, где n – целое число. При n=1 вихрь, возникающий в когерентном акустическом поле, называем простым. Исследуется структура простого вихря движущегося источника на частоте 88 Гц в мелком море. Экспериментально показано, вихрь возникает при росте интенсивности когерентного поля и является механизмом передачи акустической энергии между двумя областями когерентного поля, причем плотность потенциальной энергии на выходе вихря выше, чем плотность на его входе. Внутри вихря результирующий волновой фронт обращается вокруг центра. В области между центром и седлом движение энергии направлено на источник. Замкнутых линий тока энергии внутри вихря нет. Топологическая устойчивость вихря основана на вращательном моменте импульса, возникающим в результате вращения вектора колебательной скорости частиц среды.

Веденев А.И., Кочетов О.Ю., Луньков А.А., Шуруп А.С., Дмитриев К.В., Преснов Д.А. «Измерения воздушного, гидро и сейсмоакустического шума при движении судна на воздушной подушке по реке Урал в летних и зимних условиях» с. 8

Представлены результаты измерения характеристик воздушного, подводного и сейсмического шума судна на воздушной подушке (СВП) “Каспиан Фалькон” в русле реки Урал. Измерения проводились в период гнездования птиц и хода рыб на нерест весной, в летний период и период зимовки рыб в рыбозимовальных ямах подо льдом. Измерения проводились в экологически чувствительной зоне с обширной орнито- и ихтиофауной в дельте р. Урал. Отличительной особенностью исследований подводного шума было использование приемника колебательной скорости (ПКС) градиентного типа разработки ИОРАН, а также сейсмометров для записи вибраций и сейсмического шума. Необходимость оценки колебательной скорости и вибраций определяется тем, что слух значительной части рыб воспринимает звук не по давлению, а по колебанию частиц среды. Измерения показали, что в весенне-летний период уровни подводного шума СВП заметно ниже, а воздушного существенно выше уровней шума судов с традиционными движителями. В ледовых условиях зарегистрированы вибрации на льду и дне, а также заметный уровень гидроакустического шума из-за растрескивания льда под СВП. Для смягчения воздействия шума СВП на ихтиофауну рекомендован обход рыбозимовальных ям путем частичного смещения трассы СВП на берег вблизи мест зимовки рыб. Также даны рекомендации по оптимальной скорости движения СВП в окрестности мест гнездования птиц.

Горовой С.В. «Сравнительный анализ характеристик сигналов, зарегистрированных с использованием векторного приемника и гидрофонов давления на мелководье» с. 8-9

Описаны результаты сравнительного анализа характеристик низкочастотных гидроакустических шумовых сигналов, одновременно зарегистрированных в прибрежной морской акватории с использованием размещенных вблизи дна ненаправленных приемников и комбинированного приемника, в состав которого входят трехкомпонентный приемник градиента давления инерционного (соколеблющегося) типа и гидрофон давления. Глубина места в районе исследований составляет 6 м, донный грунт – ил, песок. Приведены результаты оценивания динамики изменения со временем взаимных корреляционных функций, огибающих и гистограмм мгновенных значений зарегистрированных сигналов, в том числе при проходе моторной лодки.

Ларичев В.А., Максимов Г.А., Вселенский А.А., Лесонен Д.Н. «Велосиметр для системы акустического позиционирования буксируемых сейсмокос» с. 9

В морской сейсморазведке 3D на шельфе с использованием параллельно буксируемых сейсмокос (сейсмоакустических антенн) необходимым элементом является система акустического позиционирования этих сейсмокос. Она состоит из навесных акустических транспондеров, установленных вдоль сейсмокос, а также из транспондеров, установленных на судне, на начальных и концевых буях, которые, в свою очередь, позиционируются с помощью антенн ГНСС. Акустические измерения совокупности дистанций между узлами сети транспондеров, с привязкой отдельных узлов сети к их пространственному положению позволяют восстановить текущее пространственное положение всех датчиков буксируемых сейсмокос, и тем самым сформировать систему наблюдений. Однако для определения дистанций между транспондерами по задержкам приходов акустических сигналов должна быть известна с необходимой точностью скорость звука в среде распространения, которая в реальных морских условиях обладает существенной изменчивостью. В этой связи в комплект системы акустического позиционирования буксируемых сейсмокос должны быть включены измерители скорости звука (велосиметры), специально разработанные для таких условий применения. Представлена информация о характеристиках велосиметра, разработанного в АО “АКИН” для системы акустического позиционирования буксируемых сейсмокос, и результатах его тестирования.

Смирнов В.А., Максимов Г.А., Григорьев А.Г., Корольков З.А., Коновалов В.Н., Ларичев В.А., Лесонен Д.Н. «Гидроакустическая система навигации судов в акватории порта» с. 9

В АО “АКИН” разработана система гидроакустического позиционирования судов в акватории порта, которая является дублирующей в дополнение к системам спутниковой, радио- и видео-навигации. Система позиционирования состоит из маяков-ответчиков, устанавливаемых на дне акватории, двух судовых антенн, а также судового блока с системой сбора, обработки данных и позиционирования. Работа системы протестирована в акватории порта г. Новороссийск в ходе опытной эксплуатации оборудования в период с июня по декабрь 2023 г. Показано, что полученная точность позиционирования с остаточной невязкой порядка 1 м является достаточной для дублирующей системы гидроакустического позиционирования судов при заходе в порт. Данные позиционирования судна (положение, курс, скорость, эллипс ошибок и пр.) передаются в судовую навигационную систему.

Соловьев В.А. «Автономный многочастотный измеритель обратного акустического рассеяния для исследования звукорассеивающих слоев в морской среде» с. 10

Описывается архитектура нового прибора Aquasound для регистрации обратного акустического рассеяния в водных слоях до глубины 300 м на высоких частотах от 300 кГц до 4 МГц. Приводятся результаты его испытаний, сравниваются данные по обратному акустического рассеянию с термохалинной структурой. Исследование звукорассеивающих слоев методом регистрации высокочастотного обратного акустического рассеяния позволяет исследовать поведение мелких морских организмов, концентрацию твердых взвесей, мелкомасштабную изменчивость морской среды. Aquasound является универсальным прибором с возможностью программирования размера измерительной ячейки и частоты импульсов в широких пределах. Прибор позволяет излучать ультразвуковые импульсы различных частот в воду и записывать амплитуду отраженного сигнала. Функциональная схема Aquasound содержит микроконтроллерный блок управления с АЦП, генератор сигналов, передатчик, коммутатор и блоки согласования сопротивлений преобразователей, пьезоэлектрические преобразователи (трансдюсеры), приемник, детектор. Испытания прибора были проведены в октябре 2022 и 2023 годов в Южном отделении ИО РАН г. Геленджик. Регистрация сигнала производилась Aquasound на частотах 410 кГц и 2 МГц и c помощью прибора Nortek Aquadopp на частоте 2 МГц. По результатам зондирований до глубины 200 м установлено, что Aquasound получал резкое увеличение амплитуды сигнала на двух частотах на глубине соответствующей изопикне 15.6. На этой изопикне регистрируется слой увеличенной концентрации зоопланктона в дневное время. Сигнал с частотой 2МГц, полученный Aquasound, коррелирует с сигналом Nortek Aquadopp.

Львов К.П., Цыбин В.С. «Сравнение формул расчета глубины по давлению и широте» с. 10

Рассмотрены формулы Международного состояния морской воды TEOS-10 (2009 г.), UNESCO (1983 г.), (1981 г.), Leroy (1968, 1998, 2007 гг.). Выводы. Результаты сравнения для мелководья с учетом точности датчиков давления, свидетельствуют, что практически расчеты по разным формулам дают равные результаты.

Клячин Б.И. «Направленность придонного шума океана» с. 11

Низкочастотный шум океана собирается с большой акватории. Его свойства зависят от большого числа особенностей этой акватории. Тем не менее, приповерхностный шум, более всего зависит от особенностей поверхности океана, шум в подводном звуковом канале – от параметров канала. Придонный шум более всего зависит от дна. При этом если первые два (приповерхностный и шум канала) удостоились многолетним и многочисленным исследованиям, – придонный шум почти не обсуждался в научной литературе. Приводятся расчеты направленности придонного шума в большом частотном диапазоне для двух районов глубокого океана. Обсуждаемые направленности сильно зависят от частоты и имеют три характерные особенности. При высоких частотах максимумы направленности вертикальны. При низких частотах максимумы горизонтальны. На средних частотах – максимумы близки направлениям угла полного внутреннего отражения от дна (такое отражение может быть в случае дна без затухания. Но в данной работе рассматривается дно с затуханием.). Подобные качественные особенности придонных шумов наблюдаются и в мелком море. (Естественно, при переходе от глубокого моря к мелкому, частоты, при которых имеются максимумы изменятся.) В наших расчетах – скорость звука в дне больше, чем в океане. Но приводятся и оценки для случая, когда скорость звука в дне меньше, чем в океане.

Вировлянский А.Л., Казарова А.Ю. «Оценка коэффициента отражения звука от дна по изменениям пространственно угловой структуры поля в волноводе с дистанцией» с. 11

Обсуждается метод оценки коэффициента отражения звука от дна подводного волновода по данным измерений поля источника, движущегося в горизонтальном направлении, с помощью неподвижной вертикальной антенны. Для анализа пространственно-угловой структуры регистрируемого антенной поля применяется заимствованный из квантовой теории метод когерентных состояний. Разложение по когерентным состояниям устанавливает связь между лучевым и волновым представлениями поля в волноводе. Оно задает распределение комплексной амплитуды поля тонального источника в плоскости глубина–угол и поля импульсного источника в пространстве глубина–угол–время. Использование данного разложения позволяет построить фильтр для выделения компоненты поля, представляющей вклад заданного узкого пучка лучей. Отношение амплитуд такой компоненты поля до и после отражения от дна дает искомую оценку коэффициента отражения. Эффективность этого подхода протестирована на данных численного моделирования. Приведены результаты его применения для обработки данных озерного эксперимента.

Раевский М.А., Бурдуковская В.Г. «Когерентность и эффективность пространственной обработки низкочастотных акустических сигналов в мелком море с флуктуирующими параметрами» с. 11-12

Исследуется совместное влияние случайных внутренних волн и развитого ветрового волнения на когерентность и эффективность пространственной обработки узкополосных акустических сигналов в мелком море. Предложена теоретическая модель для корреляционной матрицы многомодового сигнала на апертуре горизонтальной антенной решетки (АР), использующая различие пространственно-временных масштабов флуктуаций акустического поля, обусловленных ветровыми и внутренними волнами. Приведены результаты численного моделирования для волновода летнего типа, закрытого к поверхности. Коэффициент усиления антенны анализируется для трех методов пространственной обработки: метода ФАР, метода оптимальной линейной обработки и метода оптимальной квадратичной обработки. Основное внимание уделяется зависимости коэффициента усиления АР от интенсивности ветрового волнения и расстояния R между источником и антенной. Показано, что несмотря на гидрологию летнего типа, ветровое волнение может оказывать существенное влияние на коэффициент усиления горизонтальной антенны в широком диапазоне расстояний R∼10–100 км. Полученные для горизонтального масштаба корреляции акустического поля результаты соответствуют универсальному значению 30λ, предложенному Carey при обобщении экспериментальных данных в мелком море.

Назаренко Ю.В., Сидоров Д.Д., Петников В.Г., Писарев С.В., Луньков А.А. «Об оценках точности определения расстояния при подводной акустической навигации в Карском море» с. 12-13

На основе гидрологических данных океанологической базы “World Ocean Database” получены оценки точности определения расстояния между подводными источником и приемником звука на расстояниях до 5 км в мелководной части Карского моря. Предполагалось, что основной причиной погрешностей в измерениях дистанции является отсутствие точных данных о пространственно-временном распределении вертикального профиля скорости звука. Анализировались ситуации, характерные для начала и конца осени, когда в первом случае наблюдается ярко выраженный термоклин и открытая поверхность воды, а во втором случае температура воды практически не изменяется по глубине и морская поверхность покрыта льдом. Установлено, что в обоих случаях существуют заметные флуктуации скорости звука в приповерхностном перемешанном слое, однако физические причины подобных вариаций разные. Моделирование распространения акустических волн показало, что различия во времени распространения звуковых сигналов δt для указанных выше случаев невелики. Однако имеет место уменьшение величины δt (почти на порядок) при расположении источника и приемника вблизи дна. При таком расположении точность оценки расстояния максимальна.

Малеханов А.И., Смирнов А.В. «Сравнительный анализ методов пространственной обработки акустических сигналов в мелком море в условиях априорной неопределенности канала распространения. 1. Сценарий приема когерентных сигналов» с. 13

Обсуждаются результаты численного моделирования эффективности ряда методов пространственной обработки сигналов, принимаемых вертикальной антенной решеткой в канале мелкого моря, в предположении, что параметры канала известны не точно, но с некоторым уровнем неопределенности. Цель работы – получение количественных оценок потерь эффективности в таких условиях, которые ожидаемо оказываются существенно различными для разных методов обработки. Моделирование выполнено в рамках модового формализма описания сигналов отдельных источников в сезонных каналах, типичных для Баренцева моря, в предположении, что сигналы являются полностью когерентными (детерминированными), что отвечает диапазону низких частот и не слишком большим дистанциям (∼10 км).

Малеханов А.И., Смирнов А.В. «Сравнительный анализ методов пространственной обработки акустических сигналов в мелком море в условиях априорной неопределенности канала распространения. 2. Сценарий приема частично когерентных сигналов» с. 13

Проводится сравнительный анализ устойчивости методов пространственной обработки частично-когерентных многомодовых сигналов удаленных источников к априори неточному знанию параметров подводного звукового канала. Численное моделирование выполнено для случая вертикального положения антенной решетки в сезонных (летнем и зимнем) каналах Баренцева моря в предположении, что полезный сигнал является частично-когерентным в результате ослабления взаимных корреляций модовых амплитуд и принимается на фоне интенсивного морского шума ветрового происхождения. Рассматривается ряд известных методов пространственной обработки, в различной степени учитывающих специфику данного сценария приема сигналов, включая метод оптимальной обработки частично-когерентных сигналов. Показано, что, в отличие от сценария приема полностью когерентных многомодовых сигналов, потери усиления (антенного выигрыша) в результате рассогласования численной модели с реальным каналом имеют меньшие величины, что ослабляет требования к точности априорной информации относительно параметров канала.

Малеханов А.И., Лисин А.А., Хилько А.И. «Влияние случайных вариаций параметров неоднородного океанического волновода на гидроакустическое поле, возбуждаемое вертикальной решеткой узкополосных излучателей» с. 14

Разработка акустических систем подводного наблюдения требует учета влияющих на эффективность их работы факторов: геофизические параметры среды распространения звука, статистика изменений гидросферы и атмосферы. Параметры среды варьируются от времени года, течений, ветровых явлений и иных факторов, влияющих на температуру и соленость слоев водной толщи. Учет указанных факторов позволяет выбрать оптимальные параметры системы. Основным критерием качества системы наблюдения служит обычно обеспечиваемое в ней отношение “полезный сигнал/шум”, повышение которого является главной задачей оптимизации. Учет факторов в реальном времени не всегда возможен, поэтому влияние отклонений параметров среды от условий, для которых подобраны оптимальные параметры системы, представляет интерес. В работе рассмотрено влияние изменения условий распространения акустического сигнала как случайные вариации профиля скорости звука относительно эталонного в рамках заданного рукава минимально и максимально возможных скоростей звука. Влияние оценивалось по отклонению положения точки фокусировки антенной решетки узкополосных излучателей с фиксированными параметрами оптимизации, примененными к случайным вариациям профиля скорости звука.

Шкрамада С.С., Моргунов Ю.Н., Буренин А.В. «Исследование структуры акустического поля на основе гидроакустического эксперемента в Японском море» с. 14

В августе 2023 года был проведен тестовый гидроакустический эксперимент для обоснования применимости способа позиционирования подводных объектов при их функционировании на глубинах, существенно превышающих глубину оси подводного звукового канала (ПЗК). Приводятся результаты экспериментальных исследований и численного анализа распространения акустической энергии на шельфе и переходе ее в глубоководные (до 1000 м) слои Японского моря для летне-осенних гидрологических условий. Эксперимент по приему широкополосных импульсных сигналов с центральной частотой 400 Гц проводился на удалении 141 км от источника навигационных сигналов (ИНС), свешенного с борта судна при глубине 42 м у побережья вблизи мыса Лихачева (залив Петра Великого). Для приема сигнальной информации была использована система с распределенными по глубине гидрофонами, с возможностью длительной регистрации сигналов на фиксированных глубинах или в процессе погружения. Результаты эксперимента позволили исследовать импульсные характеристики акустического волновода, рассчитать эффективную скорость распространения навигационных сигналов, принимаемых на различных глубинах, а также сделать выводы о возможности решения задач позиционирования автономных подводных аппаратов (АПА) на глубинах до 1000 метров и при удалении от ИНС до 141 км. Выполнено математическое моделирование распространения акустических сигналов в модельном волноводе, воспроизводящем условия эксперимента.

Переселков С.А., Кузькин В.М., Ткаченко С.А., Косенко И.М. «Применение голографической обработки для разрешения сигналов в нерегулярном океаническом волноводе» с. 15

Рассмотрена возможность применения метода голографической обработки для разрешения шумовых сигналов различной интенсивности на фоне изотропной помехи в океаническом волноводе. Предложенный метод основан на двукратном преобразовании Фурье интерферограммы, формируемой движущимся источником шума. Представлены результаты численного эксперимента по разрешению нескольких шумовых сигналов на фоне изотропной помехи. Вычислительный эксперимент выполнен с использованием голографического метода локализации источника и одиночного приемника. Выполнен сравнительный анализ точности определения координат источника, включая пеленг, радиальную скорость, удаленность и глубину. Разрешающая способность рассматривается как возможность отдельного обнаружения и идентификации каждого источника. В качестве критерия разрешающей способности принимается точность, с которой определяются координаты каждого источника на фоне других источников и помехи. В работе описана голографическая обработка шумовых сигналов нескольких источников в условиях пространственно-временной нестабильности океанической среды. Представлен алгоритм, позволяющий восстанавливать неискаженные сигналы на фоне неоднородностей среды. Обсуждена ширина фокусировки спектральной плотности сигналов на голограмме. Сформулирован критерий разрешающей способности, который позволяет разделять сигналы с помощью одиночного приемника и линейной антенны. Приведены результаты численного моделирования разрешения нескольких сигналов на фоне интенсивных внутренних волн, вызывающих взаимодействие мод и горизонтальную рефракцию звуковых полей источников.

Щербатюк А.Ф., Переселков С.А., Кузькин В.М., Ладыкин Н.В., Ткаченко С.А. «Метод групповой навигации необитаемых подводных аппаратов с лидером» с. 15

В настоящее время для выполнения задач, связанных с подводными миссиями, большое значение придается использованию групп автономных необитаемых подводных аппаратов. Ценность информации, получаемой такой группой, значительно зависит от точности их навигационной привязки. Традиционные подходы к навигации единичного автономного необитаемого подводного аппарата не обеспечивают оперативную навигацию для группы таких аппаратов. В работе описан один из приоритетных способов навигационного обеспечения группы специализированных подводных аппаратов. Он основан на использовании в группе одного автономного необитаемого подводного аппарата-лидера с высокоточными средствами навигации для определения местоположения, угловой ориентации, скорости и глубины. Группа автономных необитаемых подводных аппаратов выполняет общую миссию в мелководной акватории. Деятельность всех аппаратов синхронизирована и предполагает информационное взаимодействие между ними. Определение координат каждого аппарата основывается на измерении дальностей между ними и аппаратом-лидером. Рассмотрен алгоритм оценки местоположения отдельных аппаратов. Приведены результаты численного моделирования, подтверждающие работоспособность и требуемую точность рассмотренного алгоритма.

Папкова Ю.И., Папкова А.С., Шукало Д.М. «Об аналитическом представлении рефракционного члена скорости звука в Черном море» с. 16

Акустические свойства морской среды во многом определятся неоднородным рефракционным членом профиля скорости звука. Для численного моделирования звуковых полей в морской среде (лучевой метод, метод конечных элементов, метод конечных разностей и др.) достаточно знать данную величину в некоторой системе узловых точек, в то время как для модового анализа существенным является ее аналитическое описание. Аппроксимация профиля скорости звука функциями, с помощью которых строится аналитическое решение уравнения Гельмгольца, является одной из необходимых процедур при решении прямых и обратных задачах распространения звука в морской среде. Как известно, точные значения скорости звука можно получить по измеренным данным входных параметров, в качестве которых в уравнениях скорости звука для морской воды в основном используется температура in situ, глубина измерений и соленость. В представленной работе получен и проанализирован массив данных входных параметров в акватории г. Севастополя с 2015 по 2022 гг. По измеренным значениям параметров рассчитываются соответствующие им значения скорости звука с помощью известных формул. Полученный массив данных для скорости звука анализируется и аппроксимируется отрезками кривых, допускающих аналитическое решение вертикального волнового уравнения в гипергеометрических функциях. Таким образом, найдены формулы для профилей скорости звука в акватории г. Севастополя в зависимости от сезонной изменчивости, позволяющие получить аналитические решения уравнения Гельмгольца.

Кравчун П.Н. «О некоторых особенностях органов, важных для акустического и архитектурного проектирования концертных залов» с. 17

Рассматриваются основные особенности органов, имеющие важное значение для выбора архитектурно-планировочного и акустического решений концертных залов. Среди них – число регистров и мануалов (Werk’ов) инструмента, стиль инструмента, влияющие на пространственную схему инструмента, высотность “базовых” регистров, которая определяет общие габариты органа, зависящие также от предполагаемых объема и вместимости зала, расположение инструмента в зале, а также расположение пульта органиста относительно комплекса труб органа, оркестра и хора, коэффициент звукопоглощения проспекта органа и др. Приводятся примеры удачных и неудачных пространственных решений органов и концертных залов с органами.

Лившиц А.Я., Нечаев А.А., Юренко А.Ю., Ширгина Н.В. «Акустические условия нового концертного зала на 1650 мест в Геленджике» с. 17

В Геленджике введен в эксплуатацию зрительный зал многофункционального назначения со звукоусилением на 1650 мест. По технологическим соображениям план зала был принят в виде полукруга со сценой по его линейной стороне. Для исключения негативных акустических эффектов было предложено разместить на стенах зала звукорассеивающие и звукопоглощающие элементы, что и было реализовано. Проведенные акустические измерения показали эффективность этих решений. В зале удалось избежать фокусировок звука в зоне сцены. Кроме того, удалось получить звуковое поле с высокой степенью равномерности. Измеренное время реверберации сопоставлено со значениями, полученными в результате компьютерного моделирования. Проанализированы расчетные и измеренные значения акустических параметров. В работе приведены объемно-планировочные решения зала, результаты акустического моделирования со звукорассеивающими элементами на стенах и без них.

Шевцов С.Е. «Оптимизация акустических параметров во время проведения симфонических концертов на сцене театра "Новая опера"» с. 17-18

В залах, предназначенных для исполнения оперы нередко проводятся симфонические концерты. В этом случае оркестр располагается не в оркестровой яме, а на сцене. Условия звукового поля на театральной сцене в этом случае далеки от оптимальных. С целью оптимизации акустических параметров в театре “Новая опера” используется система отражающих щитов, которая была разработана специально для нового спектакля, но оказалась полезной для концертов симфонической музыки. Для оценки эффективности этой системы были проведены акустические исследования. Сравнительный анализ параметров, входящих в международный стандарт ISO3382, показал явное преимущество ее использования. В частности проявляется сбалансированность показателей параметра С-80дБ между музыкальными инструментами, располагаемыми на авансцене и в глубине сцены. Сама система отражающих щитов имеет площадь, существенно меньшую, чем применяется в известных “акустических ракушках”, и в этом заключается ее преимущество. Элементы системы таким образом по объему соответствуют небольшим театральным декорациям и более легко монтируются и демонтируются.

Канев Н.Г. «Голосники храма Святых Жен-Мироносиц во Пскове» с. 18

Представлены сведения о голосниках, встроенных в стены храма в честь святых Жен-Мироносиц во Пскове. Общее количество голосников в церкви составляет 374, что является наибольшим количеством для Псковских церквей, а, возможно, и мировым рекордом по количеству голосников в одном помещении. Описаны геометрические размеры голосников, приведены измерения отклика резонатора на внешнее акустическое воздействие. Геометрия голосников значительно отличается от ожидаемой, по имеющимся сведениям, а характерные резонансные частоты голосников составляют 100±10 Гц, что также ниже ожидаемых значений.

Субботкин А.О., Алешкин В.М., Стукало А.А., Числов Д.С. «Особенности акустического проектирования учебных помещений небольшого объема» с. 18

Изложены некоторые особенности акустического проектирования учебных помещений небольшого объема (до 300 м³). Представлен обзор нормативных и рекомендательных документов различных стран мира в области шумового режима, акустики и звукоизоляции ограждающих конструкций в учебных помещениях школ. Описаны предлагаемые решения по акустическому оформлению учебных классов и аудиторий небольшого объема.

Волченкова И.С., Канев Н.Г., Перетокин А.В., Фадеев А.С. «Коррекция акустики спортивных арен после введения их в эксплуатацию» с. 18-19

Общественные помещения большой вместимости без специальной звукопоглощающей отделки обладают низкими акустическими качествами, обусловленные, главным образом, значительным объемом и избыточной гулкостью, что полной мере проявляется после начала эксплуатации таких объектов. Для улучшения акустического комфорта требуются специальные мероприятия по корректировке комплекса внутренней отделки с применением материалов с высоким коэффициентом звукопоглощения. Однако, на действующих объектах, как правило, существует множество ограничений, не позволяющих достичь оптимальных условий. В работе представлены практические примеры по коррекции акустики пяти спортивных арен, описаны выполненные мероприятия, приведены результаты измерения времени реверберации до и после коррекции. Обсуждаются проблемы, связанные с задачами улучшения акустических условий в больших помещениях после введения их в эксплуатацию. Рассмотрены основные мероприятия по улучшению акустики спортивных арен. Приведены результаты измерения времени реверберации в пяти спортивных аренах до и после реализации коррекции их акустики. Сделан вывод, что устройство звукопоглощающих конструкций помогает достичь оптимальных акустических параметров в таких сооружениях.

Перетокин А.В., Щиржецкий Х.А. «Новый свод правил 415.1325800.2023 по акустическому проектированию спортивно зрелищных сооружений» с. 19

Свод правил 415.1325800.2018 "Здания общественные Правила акустического проектирования", который был выпущен в 2018 году и действовал до начала 2024 года, содержит методы акустического проектирования крытых спортивно-зрелищных сооружений вместимостью до 25 тыс. человек, воздушный объем которых ограничен значением 50 тыс. м³. Однако за последние 10 лет в России началось массовое строительство крупных спортивных арен вместимостью более 50 тыс. человек воздушным объемом более 500 тыс. м³. Кроме того, все современные спортивные объекты проектируются и строятся как многофункциональные площадки, на которых, помимо спортивных соревнований, могут проводиться и концертно-развлекательные мероприятия. Таким образом, подходы и методы акустического проектирования, изложенные в Своде правил 2018 года, в настоящее время не отвечают особенностям современных спортивных арен большой вместимости и большого воздушного объема, в которых важно обеспечить высокий уровень акустического комфорта. Рассмотрен новый Свод правил 415.1325800.2023 "Здания общественные Правила акустического проектирования", в котором предложены современные подходы к определению оптимального времени реверберации в зависимости от воздушного объема помещения. Рассмотрен дополнительный параметр нормирования акустического комфорта – индекс фанатской поддержки FSI. Актуализированы данные по звукопоглощающим характеристикам современных материалов, применяемых в отделке арен. Предложены простые аналитические алгоритмы оценки времени реверберации на аренах открытого, полуоткрытого и закрытого типов.

Канев Н.Г., Фадеев А.С. «Распространение звука в длинных заглушенных помещениях» с. 19

Представлены результаты натурных измерений распространения звука в двух помещениях длиной 55 и 300 м прямоугольного поперечного сечения, стены которых покрыты звукопоглощающими материалами. В коротком помещении наблюдается экспоненциальное затухание звука вдоль всего помещения, определены коэффициенты затухания. В длинном помещении на низких частотах картина затухания аналогичная, а на средних существенно отличается: на расстояниях несколько десятков метров от источника звук затухает сравнительно быстро, а на больших расстояниях (100 м от источника и далее) затухание звука происходит крайне медленно. Предоставлены результаты конечно-элементного моделирования, качественно совпадающие с натурным экспериментом. Даны рекомендации по акустической отделке стен для увеличения коэффициента затухания.

Чунчузов И.П., Куличков С.Н., Попов О.Е., Перепёлкин В.Г. «Трансформация сигнала атмосферного давления при распространении от вулкана Хунга-Тонга-Хунга-Хаапай» с. 20

Показано, что основной вклад в сигналы давления от извержения вулкана Хунга-Тонга-Хунга-Хаапай, зарегистрированные на барографах станций международной системы инфразвукового мониторинга, дает суперпозиция моды Лэмба и акустических мод. На основе решения линеаризованного уравнения Кортевега–де Вриза дано объяснение закономерностям в изменении формы наблюдаемого сигнала давления с ростом расстояния от вулкана. Вклад акустических мод рассчитывался методом псевдодифференциального параболического уравнения для реальных вертикальных профилей эффективной скорости звука в атмосфере по всей трассе распространения сигнала. Была получена оценка энергии извержения вулкана по амплитуде давления и характерной длительности сигнала Она дает значения, значительно превышающие энергию, выделившуюся при взрыве ядерной бомбы в 58 Мт ТНТ.

Сорокин А.Г., Добрынин В.А. «Некоторые результаты атмосферных колебаний по данным акустической станции ИСЗФ СО РАН» с. 20

обсуждаются вопросы наблюдения и регистрации на акустической станции ИСЗФ СО РАН низкочастотных атмосферных акустических колебаний. Колебания на частотах ниже частоты Брента–Вяйсяля связаны, предположительно, с ветровыми пульсациями и возбуждаются конвективными движениями в атмосфере в условиях горной местности и долины, распространяясь, соответственно, со скоростью ветра. Для интерпретации наблюдаемых колебаний используются данные высотного профиля температуры на основе сервиса ERA5 в районе наблюдений, оцениваются частоты Брента–Вяйсяля и возможные области высот возбуждения искомых колебаний. Предлагается способ оценки параметров наблюдаемых колебаний на основе развития в атмосфере конвективной неустойчивости.

Красненко Н.П., Потекаев А.И., Шаманаева Л.Г. «Успехи акустического зондирования в исследованиях структуры и динамики атмосферного пограничного слоя» с. 21

Представлен обзор современных достижений по дистанционному акустическому зондированию атмосферы. Рассматриваются также гибридные радиоакустические и оптико-акустические наземные системы измерения высотных профилей метеорологических параметров: скорости и направления ветра, температуры, влажности (паров воды), а также гидрометеоров. Совместное использование таких систем позволяет существенно расширить набор измеряемых параметров и их пространственно-временной диапазон, одновременно обеспечивая синергетический эффект. Приводятся характеристики существующих систем зондирования и области их применения. Обсуждаются преимущества и недостатки различных систем, а также вопросы их совместного использования в виде гибридных систем и с наземными измерительными комплексами и дронами.

Попов О.Е., Чунчузов И.П., Куличков С.Н., Закиров М.Н., Мишенин А.А., Лесик Н.П. «Детальные измерения характеристик волны Лэмба при извержении вулкана Хунга-Тонга-Хунга-Хаапай» с. 21

В результате извержения вулкана Хунга-Тонга-Хунга-Хаапай практически на всех станциях международной системы инфразвукового мониторинга была зарегистрирована волна Лэмба. В зависимости от помеховой обстановки волну Лэмба удалось наблюдать на барографах после того, как волна несколько раз обогнула Землю. В частотном диапазоне 0.00015–0.00065 Гц рассматриваются энергетические и скоростные характеристики волны Лэмба. Оценивается зависимость энергии и времени распространения волны Лэмба от направления и расстояния от вулкана до барографов. Проводится сравнение экспериментальных оценок с аналитическими и модельными расчетами. По данным регистрации сигнала давления на барографе, находящемся в 64 км от вулкана и на других расстояниях от него, и результатам сравнения с изменением давления на ближних расстояниях при других мощных извержениях вулканов, обсуждается возможный механизм возбуждения волны Лэмба.

Красненко Н.П., Рыбаков И.А., Раков А.С. «Акустическое обнаружение низколетящих дронов» с. 21

Рассматривается проблема обнаружения беспилотных летательных аппаратов (БПЛА). Дан обзор имеющихся материалов по анализу возможностей обнаружения БПЛА средствами акустической разведки. Представлены результаты экспериментов по исследованию демаскирующих акустических признаков при полете квадракоптеров. Рассматриваются возможности пассивного и активного обнаружения.

Беляев И.В., Бычков О.П., Копьев В.Ф., Фараносов Г.А. «Особенности излучения шума нагретой турбулентной струи» с. 22

Шум турбулентной струи остается одним из значимых источников шума самолета на местности. Чем меньше степень двухконтурности двигателя, тем больший вклад вносит реактивная струя внутреннего контура в общие уровни шума самолета. Кроме того, необходимо учитывать тот факт, что струя внутреннего контура, вообще говоря, является нагретой. Известно, что при фиксированном перепаде давления нагрев струи приводит к увеличению шума в дальнем поле, что связано с большей фактической скоростью ее истечения. Если же фиксировать скорость истечения и сравнивать особенности излучения шума для холодной и нагретой струй, то можно наблюдать различные эффекты, в зависимости от скорости струи. Так, для скоростей истечения струи, близких к звуковым (местное число Маха M≥0.7), нагретая струя будет тише холодной во всей области частот, а в случае малых скоростей истечения (M<0.5) нагретая струя в низких и средних частотах (число Струхаля St≤1) будет заметно громче. Если меньший шум нагретой струи можно объяснить ее меньшей плотностью по отношению к внешней среде, то больший шум объясняется наличием дополнительного энтропийного источника шума. Ранее в зарубежной литературе было предсказано, что такой источник шума в отличие от мелкомасштабной турбулентности имеет не квадрупольную, а дипольную структуру, которую обычно связывают с наличием пульсаций силы. На настоящий момент в модернизированной заглушенной камере АК-2 ЦАГИ реализована возможность исследования шума нагреваемых струй. Исследованы особенности азимутальной структуры горячих до- и сверхзвуковых струй. Наряду с обозначенными выше особенностями излучения шума впервые при помощи метода азимутальной декомпозиции было в явном виде продемонстрировано наличие дополнительного дипольного источника шума нагретой струи.

Крашенинников С.Ю. «Анализ механизма шумообразования в турбулентных струях» с. 22

Анализируются известные экспериментальные данные о пульсационном движении и эволюции турбулентности в слое смешения турбулентной струи и результаты вычислительного моделирования течения в турбулентной струе, полученные на основе численного решения уравнений Навье–Cтокса с использованием LES-технологии и Фурье-анализа. Анализ показывает, что общие свойства и структура течения, а также и процесс шумообразования обусловлены динамическким воздействием нестационарного движения в слое турбулентного смешения на внешнюю среду. Измерительные и вычислительные эксперименты, в которых исследовалась структура течения в турбулентных струях, показывают, что в слое смешения струи наблюдаются области пониженного давления, индуцирующие втекание внешней среды. Причиной шумообразования являются квазипериодические пульсации на периферии слоя смешения, создаваемые чередующимся продольным движением этих областей, в которых имеет место и пониженное и повышенное давление. Такое движение вызывает близкие к периодическим перемещения потоков массы вовлекаемых в турбулентный слой смешения. Наличие периодической составляющей и определенной скореллированности в этом пульсационном движении обуславливает появление звуковых волн. Характерные частоты этих пульсаций соответствуют известным результатам измерений распределения частоты акустического излучения вдоль слоя смешения турбулентной струи.

Бычков О.П., Миронюк И.Ю., Фараносов Г.А. «Исследование шума высокоскоростных струй на основе данных численного моделирования» с. 23

Актуальность задачи исследования механизмов генерации шума высокоскоростных струй, в том числе сверхзвуковых, обуславливается развитием гражданских сверхзвуковых самолетов нового поколения и необходимостью снижения их уровня шума. Ряд теоретических и экспериментальных исследований показал, что генерация шума в высокоскоростных струях может быть связана с различными физическими механизмами. Развитие численных методов позволяет провести достаточно точное моделирование звукового поля сверхзвуковой струи с целью более глубокого анализа его структуры и особенностей соответствующих источников шума. В работе выполнено численное моделирование аэроакустических характеристик нескольких высокоскоростных струй. Расчеты проведены методом моделирования крупных вихрей (LES), реализованным на базе схемы CABARET. Получены характеристики среднего течения, пульсаций в ближнем поле струи и шума в дальнем акустическом поле, в том числе его азимутальный состав. Сопоставление данных, полученных из расчета, с имеющимися экспериментальными данными показало их хорошее соответствие как для спектров пульсаций скорости в струе, так и для спектров и направленности шума. Проведен анализ излучения отдельных азимутальных компонент шума струи в дальнем поле и показано, что в зависимости от угла наблюдения и режима истечения струи в звуковом сигнале могут доминировать вклады источников шума различной природы.

Беляев И.В., Бычков О.П., Кажан А.В., Фараносов Г.А. «Сравнение акустических характеристик нагретой сверхзвуковой струи для сопел различной геометрии» с. 23

При создании перспективного сверхзвукового пассажирского самолета одной из ключевых проблем является снижение его воздействия на окружающую среду, в частности, шума на местности. Основным источником шума такого самолета является реактивная струя высокой скорости, истекающая из сопел двигателя малой степени двухконтурности. Снижение шума турбулентной струи – достаточно затруднительный процесс, и до сих пор основной прогресс в данном направлении был достигнут за счет снижения скорости истечения струи (закон восьмой степени Лайтхилла). Определенный прогресс в снижении шума струи достигался ранее и за счет изменения геометрии сопла (например, гофрированные и шевронные сопла), выраженный в основном в виде снижения шума в низкочастотной области и его повышение в области высоких частот. На основе результатов испытаний с ненагретыми струями в заглушенной камере АК-2 ЦАГИ было продемонстрировано, что использование плоского сопла с эжектором и экранами при наличии спутного потока интегрально может привести к снижению шума на местности в метрике EPNL. В модернизированной заглушенной камере АК-2 ЦАГИ с возможностью исследования нагреваемых потоков были проведены акустические измерения характеристик нагретых турбулентных струй, истекающих из плоского сопла с элементами шумоглушения и из эквивалентного круглого сопла в статических условиях. Результат экспериментального исследования изменения шума нагретой струи при использовании плоского сопла специальной геометрии показал, что снижение шума имеет противоречивый характер. На некоторых углах наблюдения и в отдельных областях частот наблюдается снижение шума, при этом на других углах и частотах шум, наоборот, увеличивается. Причем без спутного потока эффект усиления шума является доминирующим и не изменяется принципиально при нагреве струи. Поэтому целесообразность использования такого сопла для снижения шума самолета в метрике EPNL требует дополнительных исследований, в том числе с моделированием полетных условий.

Остриков Н.Н., Ипатов М.С., Денисов С.Л., Яковец М.А. «Особенности акустических характеристик щелевых ЗПК» с. 24

Работа посвящена исследованию акустических характеристик, так называемых, щелевых звукопоглощающих конструкций (ЗПК), которые состоят из лицевой панели, перфорированной щелевыми отверстиями, густой сетки и сотоблока с относительно небольшим размером грани ячейки. Проводились измерения импеданса щелевых ЗПК с помощью интерферометра нормального падения и на установке “Интерферометр с потоком” в зависимости от воздухопроницаемости сетки и скорости скользящего потока, а также при наличии и отсутствии дренажа в сотоблоке. Показано, что щелевые ЗПК реализуют большое значение реальной части импеданса в широкой полосе частот, которое, тем больше, чем меньше воздухопродуваемость сетки, в то время как мнимая часть импеданса в большей мере определяется высотой сотоблока. Показано, что фактически отсутствует зависимость импеданса щелевых ЗПК от уровня звукового давления на лицевой панели. Показано, что до частоты 4 кГц импеданс щелевых ЗПК не зависит от наличия дренажных отверстий в сотоблоке, размер которых характерен для ЗПК, устанавливаемых на современных авиадвигателях, и дано объяснение этого эффекта. Показано, что импеданс щелевых ЗПК достаточно сильно зависит от скорости скользящего потока. В целом, исследования показали, что щелевые ЗПК обеспечивают в широком диапазоне частот значения импеданса близкие к оптимальным значениям для облицовки стенок канала воздухозаборника авиадвигателя с высокой степенью двухконтурности.

Башкатов В.В., Остриков Н.Н. «Особенности распространения звука в неоднородных каналах с потоком: сравнение аналитического и численного решений» с. 24

Для настройки параметров звукопоглощающих конструкций (ЗПК), устанавливаемых в авиационных двигателях, на максимальное снижение шума на местности, необходимо проводить расчеты распространения тысяч звуковых мод в неоднородных облицованных каналах силовых установок. При этом в силу ограниченности современных вычислительных возможностей затруднительно провести полный цикл расчетов, необходимых для решения оптимизационной задачи по подбору параметров ЗПК, с помощью только численных методов. Именно поэтому сохраняется необходимость использования математических моделей, основанных на аналитических решениях задачи распространении звука в неоднородных облицованных каналах с потоком. В настоящей работе проведено сравнение аналитического решения, основанного на использовании адиабатического инварианта, реализующегося в главном члене асимптотического разложения по малому параметру, описывающему неоднородность канала, с решением, полученным с использованием численного метода конечных элементов (МКЭ). Показано, что исследуемая аналитическая модель при тех параметрах, при которых проводились расчеты, не описывает звуковое поле в канале в полной мере. В частности, в исследованном аналитическом решении не учитываются эффекты отражения звука в зонах относительно сильной неоднородности геометрии канала, но имеющие место в численном решении задачи. В целом, результаты проведенных исследований показывают необходимость разработки принципиально новых аналитического подходов для решения задач о распространении звука в неоднородных каналах с потоком.

Копьев В.Ф., Чернышев С.А. «О границе неустойчивости кругового вихря со сглаженным профилем завихренности в сжимаемом газе» с. 25

Известно, что локализованный вихрь обладает двумя специфическими механизмами взаимодействия с окружающим потоком. Первый связан с генерацией вихревыми возмущениями акустического излучения, а второй представляет собой майлсовский механизм взаимодействия колебаний вихревого ядра с возмущениями в окрестности критического слоя. Эти два механизма играют важную роль в устойчивости вихревой системы, оказывая противоположный эффект на колебания дискретного спектра. Поскольку излучение звука сопровождается потерей энергии, уносимой звуковыми волнами на бесконечность, а майлсовский механизм, наоборот, сопровождается положительным потоком энергии из критического слоя, то в зависимости от знака энергии колебаний один из этих механизмов приводит к потере устойчивости, а другой к демпфированию возмущений. В настоящей работе впервые рассмотрено вихревое течение, в котором одновременно реализуются оба конкурирующих механизма, при этом рассмотрены случаи произвольных чисел Маха, которые могут реализовываться в двумерном изоэнтропическом течении. Решена задача о колебаниях 2-мерного течения с круговым вихрем со сглаженным профилем завихренности в сжимаемом газе. Для течений с малым числом Маха получено аналитическое решение задачи и показано, что дискретная мода, соответствующая кельвиновским колебаниям кругового вихря, уходит с верхнего листа римановской поверхности частоты на нефизический лист через разрез, связанный с непрерывным спектром возмущений (майлсовское демпфирование). Однако при учете сжимаемости эта мода может стать неустойчивой в зависимости от параметров системы и реализующегося в течении баланса энергии. Найдена граница области неустойчивости, и получена величина инкремента. Для течений с большим числом Маха, в том числе для сверхзвукового вихря, проведено численное исследование задачи. Получена оценка максимального значения градиента завихренности в критическом слое, для которого реализуется акустическая неустойчивость при больших числах Маха.

Копьев В.Ф., Петров А.Г., Фараносов Г.А., Чернышев С.А. «О возможности появления дипольного источника звука в безграничном течении с градиентом энтропии» с. 25

Рассмотрена динамика распределенного двумерного вихря (вихрь Ранкина) в случаях, когда на его границе существует скачок энтропии. Когда течение несжимаемое, а плотность вихря отличается от плотности внешней среды, получены характеристики собственных колебаний. Собственные моды зависят от отношения плотностей внешней среды и вихря. В классическом случае всюду постоянной плотности решение переходит в решение Кельвина, которое существует для всех n≥2. В случае появления скачка плотности на границе вихря возникает колебательное решение с n=1, которое при учете сжимаемости соответствует дипольному источнику звука.

Замтфорт Б.С., Беляев И.В. «Оценка шума на местности перспективного самолета с распределенной силовой установкой, интегрированной с планером» с. 25-26

Настоящая работа посвящена исследованию акустических характеристик самолета с распределенной силовой установкой (РСУ) на основе опубликованных данных по проекту NASA(SUSAN) регионального самолета на 180 пассажиров с дальностью до 4500 км, РСУ которого состоит из кормового ТРДД (35% тяги и отбор мощности на привод электрогенераторов) и 16 крыльевых винтов с электроприводом (ВЭ) (65% тяги, создающейся на взлетно-посадочном и крейсерском режимах). Поскольку опубликованных данных недостаточно для проведения оценок шума на местности такого самолета, то в настоящей работе был принят следующий метод. В начале подбирается самолет-аналог традиционной схемы с ТРДД для получения взлетно-посадочных характеристик. Далее тяговые характеристики самолета-аналога реализуются в рассматриваемом самолете с указанным распределением тяг между кормовым ТРДД и 16 винтами. Затем определяются основные характеристики ТРДД (степень двухконтурности, температура газа перед турбиной и др.) и параметры ВЭ (число лопастей, шаг, окружная скорость), позволяющие реализовать требуемые тяги на взлетно-посадочных режимах полета. После этого на основе программных комплексов “БАСТОН” и “SOPRANO” проводится расчет матриц уровней звукового давления, которые пересчитываются в контрольные точки самолета и сравниваются как с нормами Главы 14 стандарта ИКАО, так и с шумом на местности современных самолетов с указанной пассажиро-вместимостью и дальностью полета.

Демьянов М.А. «Исследование энергетических свойств акустических полей на ориентируемых и неориентируемых пространствах» с. 26

В аэроакустике рассматриваются задачи определения акустического поля, генерируемого нестационарным течением среды для различных геометрий и краевых условий. Краевые условия периодического типа задают связь между различными точками пространства, и тем самым геометрия конкретной задачи, может быть эквивалентно представлена как связное топологическое пространство. Таким образом, имеет смысл рассмотреть уравнения акустического поля для общего случая метрических пространств. В данной работе приводятся собственные решения уравнения Гельмгольца для ряда различных классов диффеоморфизмов топологических пространств и исследуются их качественные особенности. Приводятся энергетические характеристики собственных мод, а также рассматриваются их термодинамически равновесное распределение, исследуются характеристики тепловых пульсаций поля давления для данного распределения.

Зверев А.Я., Лазарев Л.А. «Звукоизоляция фюзеляжных самолетных конструкций с различным составом резонансных элементов» с. 26

Проблема снижения шума в салоне винтового самолета является актуальной задачей внутренней акустики, так как традиционные звукоизолирующие конструкции не обладают достаточной эффективностью в области низких и средних частот. Одним из перспективных способов ее решения является применение резонансных систем, с помощью которых можно существенно увеличить звукоизоляцию бортовой фюзеляжной конструкции самолета в этом частотном диапазоне. В данной работе экспериментально определено влияние резонансных систем на звукоизолирующую способность плоских и цилиндрических панелей без подкрепления и с подкреплением, моделирующим силовой набор бортовой конструкции самолета, а также определена эффективность облицовки салона пассажирского самолета резонансными системами различного состава. Испытания проводились в звукомерных камерах и на натурном стенде, представляющем собой реальный пассажирский самолет. При облицовке испытываемых конструкций использованы акустические резонаторы различного вида с резонансными элементами, изготовленными с применением фольги, микалентной бумаги и термополиуретана. Показано, что эффективность резонансных систем может достигать 10–20 и более децибел.

Светлов В.В. «Развитие полуаналитических методов прогноза колебаний и акустического излучения тонкой оболочки с формой, отличной от цилиндрической» с. 27

Представление фюзеляжа в виде цилиндрической оболочки во многих случаях является приближенным и может приводить к неточностям расчета, в частности, перспективных компоновок фюзеляжа эллиптической формы. Рассмотрено развитие имеющейся в настоящее время модели расчета применительно для самолетов с фюзеляжами, характеризующимися значительным удлинением по одной оси по сравнению с другой (эллиптический фюзеляж), самолетов, характеризующихся наличием плоских участков фюзеляжа (летающее крыло, конвертоплан), летательных аппаратов двоякой кривизны (вертолеты). На основании уравнений колебаний тонкой упругой оболочки, используя разложение колебаний по базисным функциям с применением метода Бубнова–Галеркина, разработан алгоритм расчета спектра акустического излучения в салон самолета, имеющего форму фюзеляжа, отличную от цилиндрической. Представлено применение данного алгоритма для оболочки в виде эллиптического цилиндра.

Акиньшин Р.В., Воронцов В.И., Копьев В.Ф., Титарев В.А., Фараносов Г.А. «Расчетная оценка тонального шума несущего винта на режиме горизонтального полета» с. 27

Несущий винт является мощным источником тонального и широкополосного шума, который необходимо учитывать при оценке шума вертолета на местности. Если широкополосная компонента обычно измеряется в эксперименте или моделируется с помощью полуэмпирических подходов, то для оценки тональной составляющей шума можно использовать методы численного моделирования. При этом винт является сложной аэродинамической системой, и его обтекание характеризуется рядом особенностей, влияющих, в том числе, на генерацию шума. Эти особенности необходимо учитывать при моделировании шума винта численными методами. Применительно к данной задаче в акустическом отделении ЦАГИ развиваются вычислительные подходы двух типов: (1) Метод среднего уровня, основанный на моделировании обтекания одной вращающейся лопасти в компактной расчетной области. Методы подобного класса позволяют получить достаточно детальную картину обтекания лопасти и могут быть реализованы на современных рабочих станциях как инструмент инженерных исследований при условии, что отработана методика корректной интерпретации получаемых результатов, поскольку вихревая система винта в таком подходе не воспроизводится. (2) Метод высокого уровня, основанный на численном моделировании нестационарного обтекания полного винта. Такой подход позволяет получать прямую оценку тонального шума винта на различных режимах обтекания, но является достаточно затратным по требуемым вычислительным ресурсам по сравнению с методом типа (1).

Юдин М.А., Копьев В.Ф., Чернышев С.А. «О возможности снижения шума вентилятора за счет изменения спектра ударных волн, отходящих от лопаток вентилятора» с. 28

Одним из источников шума современного двигателя является вентилятор. Особенно заметен шум вентилятора при высоких скоростях вращения, когда реализуется сверхзвуковое обтекание концов лопаток и появляется система ударных волн, распространяющаяся вверх по потоку до выхода из канала двигателя. Настоящая работа посвящена исследованию процесса распространения этой системы ударных волн. Нелинейность задачи приводит к тому, что малые изменения ударно-волновой структуры перед венцом вентилятора влекут за собой существенные отличия при удалении от него. Этот механизм может быть использован для перераспределения спектра ударных волн с целью снижения шума от данного источника.

Милешин В.И., Россихин А.А. «Разработка методов модального анализа шума модельных вентиляторных ступеней» с. 28

Для успешного продвижения работ, направленных на снижение тонального шума ТРДД, необходимо понимание механизмов, отвечающих за генерацию тонального шума и за распространение тонального шума по тракту двигателя. Методы измерения модального состава звукового поля в тракте двигателя позволяют разделить вклад различных источников в шум двигателя и тем самым определить основные направления модификации, необходимые для снижения шума. В данной работе рассматриваются методы модального анализа тонального шум, основанные на теории сжатых измерений. Упомянутая теория нашла широкое применение в задачах обработки сигналов, в тех случаях, когда имеются основания полагать, что сигнал может быть разрежен в определенном представлении. В качестве исходных данных для методов используются записанные сигналы микрофонов, неподвижно установленных на корпусе воздухозаборника. Предполагается, что микрофоны распределены тем или иным образом по некоторой области обечайки канала воздухозаборника достаточно большой длины. В рамках рассмотренных методов реализована возможность использовать в качестве исходных данных, как спектры микрофонов, так и матрицы спектральных плотностей для микрофонной решетки. Представлен анализ имеющихся ограничений на разрешающую способность микрофонной решетки, расположенной на обечайке. Выполнено тестирование методов на основании искусственно сгенерированных данных о пульсациях давления в местах расположения микрофонов. Показано, что с их помощью можно, в том случае если модальный состав достаточно разрежен, выявить моды, вносящие наибольший вклад в излучение в воздухозаборнике.

Ерофеев В.И., Павлов И.С. «Неупругое взаимодействие и расщепление солитонов деформации, распространяющихся в стержне, изготовленном из ауксетического материала» с. 29

Проведенное численное исследование встречного и попутного взаимодействия сильно нелинейных солитоноподобных “дозвуковых” и “сверхзвуковых” волн в стержне, изготовленном из ауксетического метаматериала, показало, что в зависимости от значений параметров микроструктуры система может обладать как “жесткой”, так и “мягкой” нелинейностью. В системе с “мягкой” нелинейностью могут существовать “дозвуковые” солитоноподобные волны, которые устойчиво распространяются, начиная с некоторой скорости. “Дозвуковые” солитоны взаимодействуют неупруго, при этом наблюдается их взаимное ускорение, то есть отрицательный сдвиг фазы. В системе с “жесткой” нелинейностью реализуются “сверхзвуковые” солитоноподобные волны, которые также неупруго взаимодействуют, однако сценарий взаимодействия зависит от относительной скорости столкновения. При малой скорости столкновения происходит обменное взаимодействие. При попутном столкновении со сверхзвуковой скоростью могут образоваться один или два пакета квазигармонических волн, распространяющихся в противоположные стороны. Если скорость столкновения превосходит в несколько раз скорость звука, то при встречном и попутном взаимодействиях наблюдается расщепление солитона на ряд вторичных солитонов с образованием пакетов квазигармонических волн.

Павлов И.С., Васильев А.А., Дмитриев С.В. «Акустические волны в градиентной модели метаматериала из сферических частиц» с. 29-30

Методом структурного моделирования построена трехмерная модель метаматериала, представляющая собой простую кубическую решетку из сферических частиц, обладающих тремя трансляционными и тремя ротационными степенями свободы. Найдена аналитическая взаимосвязь между макроконстантами такого материала и параметрами его микроструктуры. В низкочастотном приближении, когда ротационные волны являются нераспространяющимися, а микроповороты частиц среды не являются независимыми и определяются полем смещений, получена градиентная модель исследуемой среды. В рамках этой модели найдены выражения для классических и моментных напряжений в рассматриваемой среде. Граничные условия задаются в виде нулевых нормальных и касательных напряжений на верхней площадке полубесконечной среды. Изучены дисперсионные свойства градиентной модели при распространении волн в различных кристаллографических направлениях. Выявлено влияние микроструктуры среды на такие свойства. Показано существование области значений макропараметров среды, зависящих от параметров микроструктуры, в которой распространяется лишь одна волновая мода. Проведенные исследования могут быть полезными для решения задач о распространении акустических волн в полубесконечной среде с микроструктурой. Роль такой среды могут играть как кристаллические материалы (в частности, фуллериты), так и геосреды (при рассмотрении движения по ее поверхности высокоскоростных объектов).

Карпов И.А. «Особенности использования arma и arx моделей на примере исследования акустических поглотителей метаматериального типа» с. 30

Сообщается об особенностях использования набирающих в последнее время популярность параметрических методов моделирования линейных колебательных систем. Дискретные параметрические модели, такие как ARMA и ARX, способны с высокой точностью идентифицировать модельные параметры системы и оценивать спектральную плотность мощности, не говоря уже о возможности прогнозирования сигналов за пределами временных окон измерения. Однако, у такого подхода есть существенная проблема, которая заключается в определении корректного порядка (количества коэффициентов) используемой модели. Для решения этой проблемы рассматривается предложенный ранее критерий для нахождения адекватной модели, названный энергетическим критерием EC (Energy Criterion). Он определяется как отношение разности спектральных плотностей мощности (PSD) колебаний модели к PSD системы [Акустический журнал. 2023. Т. 69. № 6. С. 665-684]. Приведены примеры использования критерия для моделирования и определения потерь поглотителей звука из метаматериалов.

Бобровницкий Ю.И. «Дискретное моделирование АММ» с. 30

В настоящее время общепринято, что акустические метаматериалы (АММ) могут обладать необычными полезными волновыми свойствами. Однако, их проектирование по заданным волновым свойствам является до сих пор предметом проб-и-ошибок или изобретательства. Предлагается одна из возможных аналитических схем построения таких структур на основе дискретного моделирования АММ. Приведены примеры.

Муравьев Я.А., Бикмухаметов Ф.Р., Васильев Е.О., Глазко Л.А., Поздеев Д.А., Красиков С.Д., Красикова М.В., Павлюк А.С. «Вентилируемая периодическая структура для пассивного шумоподавления в воздуховодах» с. 30

Традиционные системы пассивной шумоизоляции обычно представляют собой громоздкие конструкции, не обеспечивающие вентиляцию воздуха, что имеет решающее значение для многих инженерных применений, в том числе для вентиляционных каналов. Данная работа посвящена разработке шумопоглощающих метаматериалов, состоящих из прямоугольных пластин с переменным расстоянием между ними. Такие структуры представляют собой двумерный аналог так называемых канальных акустических черных дыр, которые обычно представляют собой одномерные структуры. Показано, что разработанные метаматериалы обеспечивают эффективную шумоизоляцию в целевом диапазоне 1000–1500 Гц и при этом не препятствуют распространению потока воздуха. Полученные результаты обладают широкими перспективами в строительной отрасли, в частности, для разработки бесшумных вентиляционных каналов.

Хитров Д.Е., Шлычков С.В. «Влияние акустического резонатора на спектр колебаний струнных музыкальных инструментов» с. 31

Струнные музыкальные инструменты представляют собой связанную упруго-акустическую систему, состоящую из источника колебаний – струн, усилителя колебаний – акустической воздушной полости и излучателя звука, придания ему нужной тембровой окраски – корпуса. Данная работа посвящена численному моделированию корпуса гитары и внутренней акустической полости. С целью проверки достоверности разработанной модели создана конечно-элементная модель тонкостенной конструкции канонической формы Определены ее виброакустические характеристики, результаты сопоставлены с известными данными. Конструкционный материал – древесина рассмотрен на основе модели ортотропного тела. Решена задача на собственные значения для корпуса, для акустической полости и связанной механоакустической системы. Рассмотрены установившиеся колебания конструкции под действием моногармонической вынуждающей силы, приложенной по нормали к поверхности деки в точке расположения подставки для струн. Результаты расчета сопоставлены с данными натурных экспериментов. Построены амплитудно-частотные характеристики для ряда точек на поверхности деки. На основе разработанной модели появляется возможность на стадии проекта управлять и прогнозировать качество струнных музыкальных инструментов.

Давиденкова-Хмара Е.Ш. «Расширенные инструментальные техники в современной исполнительской практике и их тембровое воплощение, опыт классификации» с. 31

Рассмотрены новые приемы звукоизвлечения на оркестровых музыкальных инструменты и предложена система классификации данных приемов, исходя из акустических характеристик и специфики их слухового восприятия. Ведущая тенденция в исполнительской практике заключается в расширении звуковых возможностей инструмента и заимствование приемов звукоизвлечения, органичного для другого типа инструментов (например, известный прием ведение смычком по вибрафону). Ставится вопрос о том, существуют ли определенные закономерности в формировании тех или иных приемов, независимо от типа инструмента.

Давиденкова-Хмара Е.Ш. «Тембровые особенности звучания знаменного пения в аутентичной акустической обстановке» с. 31

В результате сотрудничества автора с лабораторией древнерусского песенного искусства Санкт-Петербургской Консерватории, были организованы две экспедиции в Соловецкий монастырь, где в аутентичных условиях звучания исполнены и записаны образцы знаменного пения. Автора интересовала, прежде всего, психоакустическая картина восприятия пения в рассматриваемом стиле самими исполнителями и слушателями и выявление тембровых особенностей звучания мужского монодического пения в условиях

Шевцов С.Е. «Характеристика направленности излучения русского народного инструмента балалайка» с. 32

Русские музыкальные инструменты являются важной частью культуры России. Тем не менее в отличие от инструментов симфонического оркестра, их акустические параметры, такие как характеристика направленности, атака звука, спектр колебания струн и корпуса не публиковались. В данном исследовании описан эксперимент по определению характеристики направленности излучения балалайки, представлен его метод и полярные диаграммы в горизонтальной и вертикальной плоскости в октавных полосах частот. Полученные данные позволяют учитывать акустические свойства инструмента как отдельно, так и в составе оркестра русских народных инструментов при определении времени реверберации и распределении ранних отражений в концертном зале.

Римская-Корсакова Л.К., Канев Н.Г., Комкин А.И., Марголина И.Л., Калюжная И.Ю. «Сравнение звуковых ландшафтов вблизи двух университетов г. Москвы» с. 33

Под термином “звуковой ландшафт” понимают акустическую среду, которую воспринимает, переживает и/или понимает человек в контексте (ISO/TS 12913-1-3: Acoustics–Soundscape, 2014–2019). Исследования звуковых ландшафтов включают в себя классические измерения объективных характеристик звуковой среды, а также анализ типов и состава слышимых звуков; численную оценку эмоциональных реакций человека на звуковую среду; анализ контекста, т.е. факторов, присущих человеку и среде, влияющих на восприятие звуков человеком. Подход “звуковой ландшафт” нацелен на создание благоприятной для человека звуковой среды в городах и населенных пунктах. В работе сравнивали звуковые ландшафты схожих по типу локаций, расположенных на территориях двух университетов. В аудиовизуальной экспертизе участвовали студенты вузов в количестве 25 человек на территории МГТУ им. Н. Э. Баумана (21.03.2024) и 30 человек на территории МГУ им. М. В. Ломоносова (28.03.2024). Результаты оценки представляли координатами точек на плоскости “Приятность-Событийность”. При схожих уровнях звукового давления, в локациях на территории МГУ значения координат “Приятности” были выше, а значения координат “Событийность” – ниже, чем таковые на территории МГТУ. Оценки громкости среды вблизи МГТУ были выше, чем вблизи МГУ. Также вблизи МГУ эксперты выставили более высокие оценки среде в целом. Ощущения безопасности и уверенности у экспертов вызывали звуковые ландшафты в трех из 4 локаций в окрестности МГУ, и только в одной из 4 локаций вблизи МГТУ. Причины таких различий, полагаем, следует искать в соотношениях типов и состава слышимых звуков в разных локациях, а также аудиовизуальном восприятии самих локаций. Полученные данные выявляют информативность и целостность стандартного метода ISO/TS 12913 оценки звуковых ландшафтов; его доступность и удобство для непрофессиональных экспертов. Метод позволяет выявлять и количественно оценивать (взвешивать) неблагоприятные качества звуковой среды.

Волкова Н.В., Кузьменко П.А., Налимова Т.Г. «Экспериментальное и численное моделирование эксплуатационных воздействий на судовые амортизирующие и виброизолирующие конструкции с упругими элементами, выполненными с использованием эластомерных материалов» с. 34

Рассмотрены основные виды воздействующих эксплуатационных нагрузок на амортизирующие и виброизолирующие конструкции (АВК). Представлены численные модели, используемые при проектировании и усовершенствовании АВК. На примере моделей АВК рассмотрены различные виды статических и динамических воздействий. Полученные характеристики и параметры в результате численного моделирования сопоставлены с характеристиками и параметрами АВК, определенными при экспериментальных исследованиях на стендовом оборудовании.

Кутузов Н.А., Родионов А.А. «Проекционный метод обнаружения аномальных значений на датчиках в виброакустических задачах» с. 34

В задачах виброакустики распространенной проблемой при проведении измерений с использованием набора вибродатчиков является отсутствие точной модели сигнала на приемниках. В определенных сценариях такое рассогласование может приводить к существенной деградации алгоритмов обработки. Так же в процессе эксплуатации измеряемого объекта определенные вибродатчики, например, из-за поломки могут выдавать некорректный результат, ухудшая качество измерений. На практике поиск таких “аномальных” датчиков, сигнал с которых не укладывается в используемую модель, представляет отдельную нетривиальную задачу. В настоящей работе для ее решения предложен оригинальный метод, основанный на использовании проекционных алгоритмов (впервые предложенных в теории адаптивных антенных решеток и оперирующих сигнальными и шумовыми подпространствами принятой выборки сигнала). На модельных и экспериментальных данных показано, что предложенный подход позволяет детектировать и классифицировать такого рода “аномальные” приемники. Особенностью разработанного метода является совмещение численной конечно-элементной модели (КЭМ) исследуемого объекта и экспериментально получаемых данных. Результатами эксперимента и имитационного моделирования продемонстрирована эффективность предложенного метода в задаче локализации виброисточников. Отметим, что предложенный подход может быть полезен и в других приложениях, где при обработке полей решение обратной задачи происходит с использованием численной или аналитической модели.

Субботкин А.О., Тюрин А.С. «Субъективная акустическая заметность бесшумного электротранспорта, оснащенного avas системой» с. 34-35

представлены результаты натурных и лабораторных психоакустических экспериментов по оценке субъективной акустической заметности бесшумных автотранспортных средств и микроэлектротранспорта при включенной и выключенной AVAS системе. Установлены зависимости субъективной заметности от тембральных и динамических характеристик излучаемого AVAS сигнала, а также от характеристик фонового шума окружения. Предложен адаптивный алгоритм работы AVAS системы, обеспечивающий постоянный уровень субъективной акустической заметности, вне зависимости от времени суток, характера фонового шума окружения и скорости движения транспортного средства.

Матасова О.Ю., Комкин А.И., Быков А.И. «Исследование глушителей шума на нелинейном режиме и при наличии скользящего потока» с. 35

Приведены результаты экспериментального исследования акустических характеристик глушителей шума в импедансной трубе методам четырех микрофонов. Рассмотрены особенности проведения акустических измерений и последующей обработки результатов измерений с целью получения потерь передачи TL исследуемых глушителей. Получены зависимости потерь передачи от уровня звукового давления в импедансной трубе и скорости скользящего потока.

Быков А.И., Комкин А.И., Карнаухова Л.С. «Измерение и расчет потерь передачи диссипативных глушителей шума» с. 35

Приведены результаты исследования акустических характеристик диссипативных глушителей шума экспериментальным и расчетным путем. Рассматривались три конфигурации такого рода глушителей разной длины и поперечного сечения, но с одинаковым объемом. Измерение характеристик глушителей осуществлялось в импедансной трубе методом четырех микрофонов и двух нагрузок. Экспериментальные результаты сравнивались с результатами численных расчетов, получаемых на основе конечно-элементного моделирования.

Мусаева Р.Н., Комкин А.И. «Исследование акустического экрана с цилиндрической насадкой на верхней кромке» с. 35

Приведены численные расчеты в программной среде “COMSOL Multiphysics” акустических характеристик экрана с цилиндрической насадкой на верхней кромке. Представлены картины распределения звукового давления в расчетной области вокруг экрана. Получены зависимости вносимых потерь экрана с цилиндрической насадкой от частоты. Проанализировано влияние диаметра насадки, пористости поверхности насадки, наличия внутри нее звукопоглощающего материала, а также плотности этого материала на вносимые потери экрана.

Цукерников И.Е., Невенчанная Т.О., Щурова Н.Е. «Экспериментальные исследования рекомендуемых ИСО 15186 2 критериев выполнения измерений при определении звукоизоляции строительных изделий с помощью интенсиметрии в натурных условиях» с. 36

Приводятся результаты исследований по оценке применяемых в международном стандарте ИСО 15186-2 критериев годности акустических условий измерений. Оценена возможность практического применения требования к показателю звукового поля давление – интенсивность на измерительной поверхности, являющегося одним из критериев годности звукового поля в приемном помещении, а также критерием пригодности для измерений выбранной измерительной поверхности. В области применения стандарта указано, что метод интенсиметрии предназначен для измерений при наличии косвенной передачи звука в приемное помещение. Исследования выполняли, используя в качестве приемного помещения комнату №325 Акустического корпуса НИИСФ РААСН. Определяли звукоизоляцию двери в комнату (клееная фанерная, размер с коробкой 1,1×2,4 м), над которой расположено светопрозрачное окно размером 0,55×1,1 м, являющееся источником косвенной передачи звука. Показано, при наличии косвенной передачи требование, установленное в ISO 15186-2, к показателю звукового поля не выполняется. Вместе с тем, сопоставление значений фактической звукоизоляции двери, определенных по ИСО 15186-2 и ИСО 16283-1, использующего измерения уровней звукового давления, показало, что в ряде 1/3-октавных частотных полос, в которых требование к показателю звукового поля не выполняется, получили незначимое (в пределах 3 дБ) расхождение. Это свидетельствует о необязательности выполнения рассматриваемого требования к показателю звукового поля и связано с математическим свойством интенсиметрического метода: при усреднении нормальной интенсивности звука по измерительной поверхности вклад поля помехи, источники которой расположены вне измерительной поверхности, обнуляется.

Арабаджи В.В. «Волновая тяга локальных излучателей» с. 37

Применительно к малогабаритным (локальным) излучателям с диаграммой направленности типа кардиоиды для звуковых волн, электромагнитных волн и поверхностных гравитационных волн в жидкости рассматривается эффект волновой тяги. Малогабаритность излучателей не принципиальна, но позволяет пренебречь рассеянием их полей друг на друге для упрощения аналитического рассмотрения задачи. Показано, что в направлении максимальной асимметрии (относительно центра диаграммы направленности плотности потока мощности излучения) возникает постоянная во времени сила, противоположная направлению максимума излучения. Элементами односторонне излучающих систем являются пульсирующие сферы (монополи) в акустике, элементы тока для электромагнитных волн, а также и поплавки для гравитационных волн в жидкости, где экспериментально установлены зависимости силы волновой тяги и скорости реактивного течения от частоты и фазы и амплитуды возбуждения вертикальных колебаний поплавков при горизонтальной фиксации системы поплавков. Получена также и оценка скорости поступательного движения системы поплавков как целого под действием радиационной силы (или силы реакции горизонтального течения на поверхности, порожденного вертикальными колебаниями поплавков), когда нет фиксации по горизонтали. Если одностороннее безопорное излучение (на ненулевой частоте) представляет эффект первого порядка, то одностороннее безопорное постоянное давление (или волновая тяга на нулевой частоте) представляет квадратичный эффект по амплитуде волны.

Диденкулов И.Н., Мальцев В.В., Прончатов-Рубцов Н.В. «Распростаранение звука в свободной струе» с. 37

Струи жидкости часто используются в различных технических системах. В последние годы развивается предложенная Лейтоном технология очистки загрязненных поверхностей с использованием озвученной струи с пузырьками. В настоящей работе приводятся результаты экспериментов по распространению звука в свободной струе жидкости, вытекающей из сосуда. Описываются также теоретические и экспериментальные результаты по распространению звука в коническом волноводе с мягкими стенками – модели струи.

Ефимов Д.Ю. «Дифракция цилиндрических звуковых волн упругим цилиндром конечной длины с неоднородным покрытием» с. 38

В настоящее время известно большое количество работ, посвященных дифракции звука на бесконечных идеальных и упругих цилиндрах. Очевидно, что рассеиватель, имеющий форму конечного кругового цилиндра, представляет значительный интерес как самостоятельный объект, так и в качестве эталонного тела. Дифракционные задачи для конечных цилиндрических тел изучены в гораздо меньшей степени. Изучение звукоотражающих свойств цилиндрических тел представляет как самостоятельный интерес, так и служит необходимой ступенью для создания покрытий с программируемыми звукоотражающими характеристиками объектов. Обеспечить требуемые звукоотражающие свойства тел можно с помощью непрерывно-неоднородных упругих покрытий, если подобрать соответствующие законы неоднородности для механических параметров покрытия. В настоящей работе получено аналитическое решение задачи дифракции цилиндрических звуковых волн, излучаемых бесконечно длинным линейным источником, на однородном изотропном упругом цилиндре конечной длины с покрытием в виде изотропной упругой оболочки с непрерывно изменяющимися по толщине физико-механическими характеристиками. Решение основано на использовании интегрального уравнения Гельмгольца–Кирхгофа, справедливого при распространении малых возмущений в рамках линеаризованной модели безвихревого течения идеальной сжимаемой жидкости. Волновые процессы в однородном упругом цилиндре и неоднородном упругом покрытии описываются уравнениями линейной теории упругости. Проведены численные расчеты частотных распределений амплитуды рассеянного акустического поля. Показано, что неоднородное покрытие позволяет эффективно изменять характеристики рассеяния цилиндрического тела.

Косарев О.И., Пузакина А.К. «О решении задачи дифракции звуковой волны на цилиндрической оболочке» с. 38

Проведен анализ наиболее известных решений задачи дифракции звуковых волн на телах произвольной формы, в частности, на цилиндре [1–4]. В ряде работ, в том числе канонических, выявлены неточности в решениях задачи дифракции, имеющие принципиальное значение. В работе [2] неточность связана с определением полного поля на измерительной поверхности, охватывающей тело, и гашение рассеянного поля. В работе [3] – с определением гасящей силы, приложенной к поверхности тела. В работе [4] – с отсутствием падающего поля на поверхности цилиндра в формуле Кирхгофа. Литература: 1. Шендеров Е.Л. Волновые задачи гидроакустики. Л.: Судостроение. 1972. 348 с. 2. Малюжинец Г.Д. Нестационарные задачи дифракции для волнового уравнения с финитной правой частью // Труды акустического института. 1971. Вып. 15. С. 124-139. 3. Бобровницкий Ю.И. Новое решение задачи об акустически прозрачном теле // Акуст. журн. 2004. Т. 50. № 6. С. 751–755. 4. Ильменков С.Л., Клещев А.А., Клименков А.С., Легуша Ф.Ф., Майоров В.С, Чижов В.Ю., Чижов Г.В. Метод функций Грина в задаче дифракции звука на телах неаналитической формы // XXVII сессия РАО, СПб., 2014. С. 1-8.

Миронов М.А., Пятаков П.А., Савицкий О.А., Шуляпов С.А. «Осесимметричные волны в водоподобном цилиндре» с. 39

Представлены результаты теоретических и экспериментальных исследований распространения осесимметричных волн в твердом волноводе круглого сечения со свободной боковой поверхностью (так называемая задача Похгаммера–Кри), выполненном из водоподобной среды. Под водоподобной средой понимается среда, в которой скорость распространения сдвиговых волн существенно меньше скорости распространения продольных волн. Эквивалентным критерием водоподобности среды является близость значения ее коэффициента Пуассона к 0.5. Основной результат сообщения состоит в следующем. Дисперсионное уравнение, связывающее волновое число нормальной волны с частотой для водоподобной среды, мало отличается от дисперсионного уравнения для жидкой, невязкой среды. Соответственно, скорости распространения нормальных волн в водоподобном цилиндрическом волноводе, с большой степенью точности равны скоростям распространения нормальных волн в жидком цилиндре. Вычислена поправка к волновым числам собственных волн жидкого цилиндра, вызванная конечным модулем сдвига. Она стремится к нулю обратно пропорционально частоте. Этот результат радикально отличается от поведения волн в неводоподобных цилиндрах (коэффициент Пуассона меньше 0.4), где скорости распространения нормальных волн на высоких частотах равны, приблизительно, скорости рэлеевской волны на плоской границе. В сообщении анализируется структура поля смещений в нормальных волнах, относительный вклад потенциальной и сдвиговой компонент. Демонстрируются формы импульсов, экспериментально полученные в полиуретановом цилиндре.

Шанин А.В., Князева К.С., Шелест Е.Л. «Описание колебаний тонких пластин с помощью матричного уравнения Клейна–Гордона» с. 39

Мы строим матричное уравнение Клейна–Гордона для пластины, принимая при этом последовательно линейную, квадратичную и кубическую аппроксимации деформации сечения пластины. Показывается, что с помощью линейного приближения не удается получить коэффициент жесткости, известный из теории тонких пластин. Причина невозможности интерполировать пластину линейной функцией связана с явлением shear locking. При такой интерполяции пластина эффективно оказывается более жесткой, чем она есть на самом деле. В свою очередь, квадратичное и кубическое приближения позволяют получить коэффициент, совпадающий с теоретическим.

Юлдашев П.В., Коннова Е.О., Карзова М.М., Хохлова В.А. «Особенности построения модифицированного пропагатора для широкоугольной модели на основе операторного ряда Фурье» с. 40

Исследование особенностей распространения акустических волн в неоднородных средах актуально для многих задач медицинского ультразвука, геофизики и аэроакустики. В численном моделировании подобных задач целесообразно использовать широкоугольное параболическое приближение. Стандартный способ построения трехмерной широкоугольной модели на основе аппроксимаций Паде однонаправленного пропагатора приводит к необходимости решения уравнений в частных производных с двумерным оператором Лапласа, действующим в плоскости, перпендикулярной основному направлению распространения волн. В этом случае пространственные переменные не разделяются, из-за чего приходится использовать громоздкие численные схемы. В качестве альтернативного подхода авторами данной работы ранее было предложено использовать разложение пропагатора в операторный ряд Фурье по поперечному лапласиану, в результате чего построение численных схем существенно упрощается. Для уменьшения амплитуды осцилляций Гиббса необходимо построение модифицированного пропагатора, который является приближенной версией точного пропагатора, сглаженной и периодизованной в заданном окне собственных значений оператора Лапласа. В работе на примере задачи о фокусировке ультразвукового пучка исследуются различные способы построения такого пропагатора. Используется метод двухточечной интерполяции Эрмита, позволяющий строить непрерывное продолжение функции и ее производных. Интерполяция применяется как к комплекснозначной функции пропагатора, так и к его амплитуде и фазе по отдельности. Проводится исследование ошибки аппроксимации пропагатора конечным рядом Фуре в зависимости от заданного углового диапазона широкоугольной модели, шага сетки вдоль оси фокусированного пучка, числа Фурье гармоник, ширины периода, в котором производится разложение, и положений точек сшивки интерполируемых функций.

Коннова Е.О., Хохлова В.А., Юлдашев П.В. «Широкоугольная численная модель для описания дифрагирующих акустических пучков в неоднородных средах» с. 40

Теоретическое описание распространения волн в неоднородных средах является важной частью многих задач волновой физики, например, в области неинвазивной ультразвуковой хирургии с использованием высокоинтенсивных ультразвуковых пучков. Из-за различных акустических свойств биологических тканей и органов тело человека является слабо неоднородной средой, что приводит к нежелательным искажениям поля при фокусировке пучков. В связи с этим возникает необходимость в теоретических и численных моделях, способных количественно точно описывать данные волновые явления. Одним из способов построения волновой модели в неоднородной среде является использование широкоугольного параболического приближения. В данной работе развивается метод разложения однонаправленного пропагатора в операторный ряд Фурье как альтернатива классическому методу дробных шагов Паде, в трехмерных формулировках которого возникают трудности вычислительного характера. В представленном методе вычисления сводятся к расчету действия набора простых экспоненциальных пропагаторов, аналогичных по форме пропагатору стандартного параболического уравнения, на известное поле давления. Ранее была показана работоспособность метода при расчете фокусировки ультразвукового пучка в однородной среде. В данной работе реализуются численные схемы с учетом наличия неоднородностей скорости звука в среде, основанные как на методе конечных разностей, так и с использованием метода расщепления операторов с возможностью расчета пространственных производных в Фурье пространстве. Представлены тестовые расчеты фокусировки пучка в неоднородной среде и приводится сравнение с результатами, полученными в пакете “k-Wave”.

Безручко Д.К., Коробов А.И., Агафонов А.А., Одина Н.И. «Клиновые волны в билинейном клине» с. 41

Представлены результаты моделирования и экспериментальных исследований клиновых волн (КВ) в билинейном (двойном) клине. Образец представляет собой клин, одна из образующих поверхностей которого также является широкоугольным клином. Построены модели треугольного (40 и 60 градусов) и билинейного клина с такими же углами, образованными поверхностями клина. Проводится сравнение АЧХ клиновых волн во всех образцах, полученных методом конечных элементов. Выделены основные моды клиньев, измерены их скорости. Произведен анализ и сравнение областей локализаций клиновых мод в образцах. Визуализация распространения КВ в образце билинейного клина выполняется методом сканирующей лазерной виброметрии. Проводится сравнение полученных результатов моделирования и эксперимента. Ключевые слова: клиновые волны, билинейный клин, моделирование, эксперимент

Субботкин А.О., Шанин А.В. «Дисперсия в акустическом волноводе типа интерференционная антенна» с. 41

Представлены результаты исследования дисперсии при распространении волн в цилиндрическом волноводе с боковыми отверстиями (расположенными равноудаленно друг от друга), а также анализируются направленные приемные свойства такого волновода. Дополнительно представлены рекомендации по оптимизации его направленных и амплитудно-частотных характеристик. Ключевые слова: интерференционный волновод, цилиндрический волновод с боковыми отверстиями, дисперсия в волноводе с боковыми отверстиями, приемные свойства волновода с боковыми отверстиями, остронаправленный микрофон интерференционного типа

Евдокимов А.А., Варелджан М.В., Еремин А.А. «Рассеяние фундаментальных нормальных мод на локализованных изменениях толщины в многослойных изотропных волноводах» с. 41

Обсуждаются результаты компьютерного моделирования рассеяния фундаментальных бегущих упругих волн на единичном локализованном изменении толщины (модель точечной коррозии) в двухслойных алюминиево-стальных материалах, широко используемых в автомобильной промышленности и в строительстве. Реализованная вычислительная схема является обобщением на случай многослойного изотропного волновода подхода, сочетающего конечно-элементные расчеты для ограниченной области, содержащей дефект, с последующей постобработкой результатов на основе соотношений обобщенной ортогональности для нормальных мод, позволяющей выделить вклад каждой нормальной моды в рассеянное дефектом волновое поле (L. Moreau, M. Castaings, Ultrasonics 48 (2008) 357-366). На ее основе исследуется влияние типа набегающей волны, геометрических характеристик дефекта и толщины каждого из слоев на особенности взаимодействия бегущих волн с дефектами рассматриваемого типа. Показано, что для глубоких дефектов с плоским дном вблизи их резонансных частот (почти вещественных комплексных спектральных точек краевой задачи для открытого волновода с препятствием) (E. Glushkov, et. al., J. Sound Vib. 358 (2015) 142-151) наблюдаются значительные изменения в направленности рассеянного волнового поля, определяемые видом соответствующих собственных форм колебаний. Указанный эффект может быть использован, например, для уточнения результатов оценки геометрических характеристик повреждений с использованием распределенной сети пьезодатчиков в рамках ультразвуковой системы мониторинга состояния конструкций, использующей бегущие упругие волны в качестве физической основы.

Койгеров А.С., Реут В.Р. «Современные подходы к моделированию резонаторов, дисперсионных линий задержек и полосовых фильтров на пав с использованием метода конечных элементов» с. 42

Рассмотрены два подхода моделирования устройств на поверхностных акустических волнах (ПАВ) – феноменологический на основе модели связанных мод и численный на основе метода конечных элементов. Показано, что необходимые для модели связанных мод параметры (скорость ПАВ, коэффициент отражения, коэффициент электромеханической связи и др.) можно получить с помощью численного анализа бесконечных тестовых структур в пакете COMSOL Multiphysics. Представлены результаты расчета и измерений коэффициентов передачи для ряда устройств на ПАВ. Приведены результаты разработки двухпортового резонатора на поверхностных поперечных волнах (STW) с ненагруженной добротностью 27000. Представлены измерения двухпортового STW-резонатора, выполненные в составе макета малошумящего автогенератора на 896 МГц, которые демонстрируют уровень фазового шума –135 дБ/Гц при отстройке 1 кГц и –175 дБ/Гц при отстройке 100 кГц от несущей частоты. Представлены характеристики дисперсионных линий задержек на волнах Рэлея с рабочими частотами до 1.5 ГГц, способных обеспечить сжатие сигналов с линейной частотной модуляцией длительностью от 170 нс до 9 мкс с различными значениями девиации частоты. Приведены характеристики резонаторных полосовых фильтров (в том числе и на вытекающих ПАВ) с рабочими частотами до 2.5 ГГц с относительно малым уровнем вносимого затухания.

Семёнов А.П., Зайцев Б.Д., Теплых А.А., Бородина И.А. «Исследование влияния непроводящих жидкостей на эквивалентную схему резонатора с продольным электрическим полем» с. 42-43

Исследовано влияние непроводящих жидкостей с различной диэлектрической проницаемостью на эквивалентную схему пьезоэлектрического резонатора с продольным электрическим полем, полностью погруженного в жидкость. Определены материальные константы таких жидкостей как вода, 71% этанол, изопропиловый спирт, ацетон, уайт-спирит, керосин ТС-1 и вазелиновое масло. Для проведения исследований был использован резонатор, изготовленный из пластины лангасита X-среза, работающий на объемной продольной акустической моде. Этот резонатор с резонансной частотой около 4 МГц был закреплен в основании контейнера объемом 30 мл. В ходе экспериментов контейнер с резонатором заполняли исследуемой жидкостью и измеряли частотные зависимости реальной и мнимой частей электрического импеданса резонатора. Все эксперименты с жидкостями проводились при комнатной температуре 24–25°С. Предложена уточненная эквивалентная электромеханическая схема Мэзона, учитывающая изменение эффективной площади электродов резонатора, связанное с диэлектрической проницаемостью жидкости. Путем подгонки теоретических частотных зависимостей реальной и мнимой частей электрического импеданса резонатора, погруженного в жидкость, к измеренным с использованием метода наименьших квадратов были получены значения продольного модуля упругости, продольного коэффициента вязкости и скорости продольной акустической волны для исследуемых образцов жидкостей. Были также определены значения эффективной емкости резонатора, добавочной краевой емкости и добавочного сопротивления в электрической части эквивалентной схемы. Установлено, что увеличение диэлектрической проницаемости жидкости приводит к увеличению эффективной площади электродов резонатора. При этом с ростом диэлектрической проницаемости жидкости значение краевой добавочной емкости также увеличивается. Сопоставление полученных значений модуля упругости и скорости продольной акустической волны для исследуемых жидкостей с табличными значениями показало их хорошее соответствие.

Агейкин Н.А., Анисимкин В.А., Смирнов А.В., Фионов А.С. «Акустоэлектронный датчик вкуса» с. 43

Экспериментально исследована чувствительность волн Лэмба нулевого и высших порядков к совокупному воздействию физических параметров жидкостной пробы (плотности, вязкости, электропроводности, диэлектрической постоянной), которая наносится между встречно-штыревыми преобразователями на одной из поверхностей пьезоэлектрической пластины 128^оY-LiNbO₃. На примере жидкостей, отвечающих за 5 базовых вкусов (сладкого, соленого, кислого, горького, умами), показано, что изменение поглощения волн при изменении сорта жидкости, ее температуры, номера моды и направления распространения меняется до нескольких раз, а величина максимального отклика превышает 1 дБ/мм. Это позволяет идентифицировать жидкости по нескольким полярным гистограммам, измеренным в разных направлениях распространения, для разных мод и температур, что повышает достоверность идентификации. Методика дает возможность оперативно отличать одну жидкость от другой и определять соответствие тестируемой жидкости заданному стандарту. Объем пробы – порядка 100 мкл, толщина пластины – 500 мкм, период преобразователей – 200 мкм, расстояние между преобразователями – 24 мм.

Теплых А.А., Семёнов А.П., Зайцев Б.Д., Бородина И.А. «Влияние вязкости и проводимости жидкости на характеристики резонатора с радиальным электрическим полем» с. 43-44

Одним из возможных новых применений пьезокерамических резонаторов является создание на их основе датчиков для определения свойств жидкости методом широкополосной акустической спектроскопии. Для этого сначала определяются акустические характеристики свободного акустического резонатора в достаточно широком частотном диапазоне и строится математическая модель резонатора. Затем свободный торец резонатора соприкасается с исследуемой жидкостью и измерения повторяются в том же самом частотном диапазоне. Свойства жидкости можно определить путем решения “обратной задачи” по изменению резонансных частот и уменьшению высоты наблюдаемых резонансных пиков. Чтобы этот метод позволил определить одновременно механические и электрические свойства жидкости, электрическое поле, которое сопровождает акустические колебания в пьезорезонаторе должно свободно проникать в жидкость, т.е. жидкость должна находиться в непосредственном контакте с материалом резонатора, а не с электродом на его поверхности. В данной работе был использован дисковый акустический резонатор с радиальным возбуждающим полем из пьезокерамики ЦТБС-3. Была рассмотрена задача о колебаниях свободного резонатора, а также резонатора, свободный торец которого соприкасался с исследуемой жидкостью. Были найдены зависимости резонансных частот и добротностей различных мод колебаний диска от акустического импеданса, вязкости и электрической проводимости жидкости. Показано, что жидкости с вязкостью от 1 мПа*с до 1000 мПа*с и проводимостью от 0.05 мксм/см до 10000 мксм/см оказывают достаточное влияние на резонатор, что позволяет определить характеристики жидкости.

Горбачев И.А., Смирнов А.В., Колесов В.В., Кузнецова И.Е. «Акустоэлектронный биосенсор метилового спирта на основе пленки Ленгмюра–Блоджетт с иммобилизованным ферментом алкогольоксидазы» с. 44

Сформированы и исследованы сенсорные свойства тонких биопленок фосфолипдных молекул с иммобилизованным ферментом к парам спиртов. Для этого методом Ленгмюра–Блоджетт были сформированы пленочные покрытия из молекул 1,2-дипальмитоил-sn-глицеро-3-фосфоэтаноламина с иммобилизованными молекулами фермента алкогольоксидазы и перенесены на акустические линии задержки из ниобата лития. Иммобилизация фермента в пленке происходила в процессе формирования монослоя. В ходе изучения морфологии полученных пленочных покрытий методом атомно-силовой микроскопии было установлено наличие в них агрегатов молекул фермента. Далее были изучены сенсорные свойства сформированных покрытий к парам метилового, этилового и изопропилового спиртов. Для этого сенсорная пленка была перенесена на акустическую линию задержки на поверхностных акустических волнах с частой 120 МГц. Установлено, что созданные покрытия обладают селективной чувствительностью к парам метилового спирта. Обнаружено, что при взаимодействии изготовленного биосенсора с парами метилового спирта потер на преобразование сигнала, увеличиваются до 2.4 дБ, а фаза сигнала уменьшается на 40°. Созданное сенсорное покрытие может быть использовано для создания акустоэлектронного биосенсора метанола. Увеличение чувствительности подобных биосенсоров можно достичь путем варьирования таких технологических параметров, как количество слоев в пленке, а также количеством иммобилизованного фермента в каждом из слоев.

Даринский А.Н. «Механические колебания в пучках поверхностных акустических волн: теория и эксперимент» с. 44-45

Для ряда применений устройств на ПАВ, например, для управления потоками в малых объемах жидкости, т.е., в микрофлюидике, важно оценить не только распределение амплитуды колебаний по апертуре пучка ПАВ, излучаемого ВШП, но и непосредственно амплитуду колебаний. Обсуждается, в каких случаях и с какой точностью можно найти профиль пучка ПАВ и амплитуду нормальных механических смещений на поверхности подложки, не используя какие-либо экспериментальные данные о механических смещениях, но зная параметры ВШП и измерив его АЧХ. Результаты получены для набора ВШП с разной апертурой и разным числом электродов на подложке 128YX LiNbO₃. Численные расчеты выполнялись методом конечных элементов в плоскости, задаваемой направлением распространения Х и нормалью к поверхности Z. Иными словами, на этом этапе предполагалось, что электроды имеют бесконечную протяженность по оси Y. Амплитуда нормальных колебаний uz(x,y) в плоскости поверхности YX, генерируемых ВШП с конечной апертурой, вычислялась по результатам 2D расчетов тремя способами: 1) параболическое приближение, 2) пространственное спектральное разложение смещений, 3) пространственное спектральное разложение электрического напряжения. Результаты численных расчетов сравниваются с экспериментальными данными, полученными с помощью лазерного доплеровского виброметра. Напряжение на электродах для расчета теоретических значений uz(x,y) находилось определенным образом по напряжению на входе экспериментального образца в процессе работы виброметра, и при этом использовалась заранее измеренная АЧХ ВШП.

Даринский А.Н. «Поверхностные акустические волны в одномерных фононных кристаллах произвольной анизотропии» с. 45

Анализируется существование ПАВ в полуограниченных одномерных непьезоэлектрических и пьезоэлектрических фононных кристаллах, образованных твердыми слоями произвольной анизотропии. Поскольку численные расчеты не позволяют делать какие-либо общие выводы, нами развит аналитический метод, основанный на использовании свойств трансфер-матрицы периода и матрицы (электро)механического импеданса полубесконечной стратифицированной среды. Необходимые свойства устанавливаются исходя из энергетических соотношений для волнового поля и фактов, известных из линейной алгебры. В рамках нашего подхода явные выражения для элементов матриц через материальные константы не нужны; кроме того, такие выражения можно получить лишь для отдельных геометрий распространения, определяемых кристаллографической симметрией. Будут представлены результаты, касающиеся допустимого числа ПАВ в запрещенных зонах блоховского спектра фононного кристалла при различных граничных условиях в общем случае произвольного порядка слоев в периоде и в случае, когда слои расположены симметрично относительно середины периода. Обсуждается связь между существованием ПАВ в двух полуограниченных фононных кристаллах со взаимно обратным порядком слоев в периоде. Рассматриваются также незатухающие ПАВ в разрешенных зонах блоховского спектра, т.е., ПАВ, которые можно отнести, согласно современной терминологии, к классу решений “связанные состояния в континууме”.

Зайцев Б.Д., Теплых А.А., Семёнов А.П., Бородина И.А. «Теоретическое и экспериментальное исследование щелевой моды в структуре, состоящей из двух пьезоэлектрических пластин, разделенных воздушным зазором» с. 45-46

Проведен теоретический анализ щелевой моды в структуре “основная пьезоэлектрическая пластина–воздушный зазор–резонирующая пьезоэлектрическая пластина”. На основной пьезоэлектрической пластине толщиной 0.2 мм из ниобата лития Y–X среза нанесены два встречно – штыревых преобразователя для возбуждения и приема акустической волны с поперечно-горизонтальной поляризацией в диапазоне 2.5–4 МГц. Вторая резонирующая пластина выполнена из ниобата лития Z–X среза толщиной 0.5 мм. При подаче переменного напряжения на входной преобразователь на частотной зависимости полных потерь обнаружены резонансные пики поглощения, свидетельствующие о возбуждении щелевой моды. Анализ показал, что с ростом ширины зазора от 5 до 20 мкм глубина пиков изменяется от 60 до 20 дБ. Изменение толщины резонирующей пластины от 0.6 до 0.55 мм увеличивает глубину пиков от 35 до 50 дБ. Дальнейшее изменение толщины до 0.45 мм уменьшает глубину пиков до 40 дБ. И наконец, увеличение ширины резонирующей пластины от 16 мм до 20 мм при зазоре 10 мкм увеличивает глубину пиков от 25 до 45 дБ. Дальнейший рост ширины пластины до 22 мм уменьшает глубину пиков до 35 дБ. При этом с ростом ширины резонирующей пластины расстояние по частоте между пиками уменьшается. Было проведено экспериментальное исследование щелевой моды с оптимальными геометрическими размерами структуры и результаты эксперимента оказались в хорошем соответствии с теоретическими выводами.

Ползикова Н.И., Алексеев С.Г., Лузанов В.А., Раевский А.О., Никитов С.А. «Исследование акусто магнитной динамики методом акустической и спин холловской спектроскопии» с. 46

Нелинейные магнон-фононные взаимодействия представляют интерес для множества применений, в частности, для создания нейроморфных систем. Ранее был предложен метод возбуждения магнитной динамики в многочастотном композитном резонаторе сдвиговых волн со слоем ферромагнетика (HBAR), и развита теория, описывающая его работу для одного типа акустических мод. Поскольку реальный HBAR возбуждает сразу несколько типов мод, актуальной является задача их идентификации. В работе получены магнито-полевые зависимости комплексного коэффициента отражения S11 и напряжения обратного спинового эффекта Холла (V_ISHE) для HBAR, определены диапазоны линейного и параметрического режимов возбуждения магнитной динамики. Сравнение формы частотных зависимостей (спектра) S₁₁ и V_ISHE позволило идентифицировать пластинчатые (лэмбовские) моды с преобладающей компонентой поляризации вдоль и поперек поля соответственно. Метод может оказаться полезным для изучения работы HBAR, определения механизмов магнон-фононного взаимодействия, уточнения вычислительных моделей, оценки ориентации пьезоэлектрической пленки и параметров материалов резонатора.

Шамсутдинова Е.С., Смирнов А.В., Кузнецова И.Е. «Бесконтактное влияние электропроводности жидкости на характеристики SH₀-волны» с. 46

Исследовано бесконтактное изменение характеристик акустической волны в пластине с встречно-горизонтальной поляризацией (SH0-волна) при приближении жидкости с электропроводностью в диапазоне 0.001–1 см/м. Разработано акустоэлектронное устройство, состоящее из акустической линии задержки на пластине YX-LiNbO3 со следующими параметрами: h/λ=0.25, h=350 мкм, λ=1400 мкм, f=2.847 МГц; векторного анализатора цепей Tektronix, резервуара для жидкости, держателя, 3-х осевого координатного столика и прецизионного микровинта с невращающимся шпинделем. На резервуар для жидкости для поддержания влажности крепилась тонкая пленка толщиной 50 мкм. Показано, что с приближением электропроводной жидкости к пластине ниобата лития на расстояние 1 мм изменяются показания поглощения и фазы SH₀-волны при постоянстве температуры и влажности. Максимальные изменения для разных концентрацией электропроводных растворов составили ΔS₁₂≈0.4 дБ и Δ_f≈10°.

Смирнов А.В., Недоспасов И.А., Кузнецова И.Е. «Влияние постепенного электрического закорачивания на характеристики обратных акустических волн в пьезоэлектрических пластинах» с. 47

В настоящее время активно ведутся исследования обратных акустических волн в пьезоэлектрических пластинах. Этот тип волн характеризуется противоположно направленными фазовыми и групповыми скоростями. Интересным свойством пьезоактивных обратных акустических волн, обнаруженным теоретически, оказалось увеличение их фазовых скоростей при электрическом закорачивании поверхности пластины пьезоэлектрика. Это может быть связано с формализмом математического анализа, поскольку их фазовые и групповые скорости направлены в противоположные стороны. Экспериментальные исследования влияния электрических граничных условий на характеристики обратных пьезоактивных акустических волн ранее не проводились. Поэтому целью работы было изучение влияния расстояния от идеально проводящего экрана до поверхности пьезоэлектрика на характеристики обратной ветви волны А₁. Для исследования был создан экспериментальный стенд, состоящий из прецизионного микровинта с не вращающимся шпинделем и пластины пьезоэлектрика со сформированным на ее поверхности набором ВШП с длиной волны 1.0–2.0 мм с шагом 0.1 мм. Микровинт обеспечивал плоскопараллельное перемещение металлического экрана в диапазоне 0–500 мкм с точностью до 1 мкм. Набор ВШП позволил изучить поведение обратной волны на различных участках обратной ветви волны A₁, в том числе вблизи точки с нулевой групповой скоростью (ZGV). Ближе всего к ZGV-точке находится ВШП с длиной волны 1 мм. Особенность заключается в том, что чем ближе к точке ZGV, тем менее чувствителен пик обратной волны к приближению металла. По мере удаления от точки ZGV влияние металла возрастает как на смещение частоты пика, так и на изменение его амплитуды.

Пупырёв П.Д., Недоспасов И.А. «Процессы нелинейной генерации второго порядка обобщенных акустических мод в пластинах» с. 47

С помощью полуаналитического метода конечных элементов (МКЭ) рассчитаны дисперсионные соотношения для мод обобщенной пластины, в системе, состоящей из двух упругих полупространств в контакте с упругим слоем. Анализируются процессы коллинеарного смешивания акустических волн с помощью нелинейности второго порядка на примере двух собственных мод в обобщенных пластинах. Выявлена тройка мод, удовлетворяющих условию фазового синхронизма для эффективной генерации комбинационной гармоники (процесс нелинейного смешивания). Показана возможность оценки эффективности этих нелинейных процессов через параметр акустической нелинейности (ANP). Для набора мод на выбранных дисперсионных кривых, удовлетворяющих условию фазового синхронизма, рассчитана эффективность нелинейного смешивания. Данный подход был применен также к одномерным краевым волнам в упругой полупластине с жесткими гранями, которые были рассчитаны в рамках метода конечных элементов.

Сорокин Б.П., Асафьев Н.О., Яшин Д.В., Бурков С.И., Кузнецов М.С. «Сверхвысокочастотные волны лэмба, рэлея и sh волны в тонкой алмазной пластине: эксперимент и расчет» с. 48

Целью данной работы является рассмотрение особенностей возбуждения и распространения СВЧ волн Лэмба, Рэлея и SH-волн с частотами до 20 ГГц в мультислойной пьезоэлектрической структуре “Al-ВШП/(Al,Sc)N/(001)[110] алмаз” на основе тонкой алмазной подложки (60 мкм). Будут представлены амплитудно-частотные характеристики в диапазоне 0.5–20 ГГц, изучены дисперсионные характеристики, рассчитаны профили волн и выполнена их идентификация, а также исследовано влияние осаждения пленки Pt на свободную поверхность алмазной подложки

Голованов Е.В., Кашин В.В., Папроцкий С.К., Колесов В.В. «Акустический датчик динамического давления» с. 48

Исследование зависимости давления от времени в ударно-волновом эксперименте имеет большое значение для описания волновых процессов в среде. Пьезоэлектрические датчики достаточно широко используются в практике ударно-волнового эксперимента. В работе описана технология создания датчика динамического давления для исследования профиля акустического пучка и его конструкция. Для изготовления датчиков используется пьезоэлектрическая пленка из полимерного пьезоэлектрического материала – поливинилиденфторида (ПВДФ) толщиной 100 мкм. Металлические электроды наносятся на пленку методом магнетронного напыления через маску, изготовленную с помощью технологии проекционной фотолитографии. Представлены результаты регистрации с помощью акустического датчика динамического давления профилей давления. Приведены технологии изготовления и электрической поляризации датчика динамического давления на основе полимерного пьезоэлектрика поливинилиденфторида (ПВДФ).

Бурков С.И., Плетнев О.Н., Турчин П.П., Турчин В.И. «Дисперсионные зависимости волн лэмба в многослойных пьезоэлектрических структурах при воздействии одноосного механического давления» с. 48

Проведено теоретическое исследование влияния одноосного механического давления на характеристики распространения волн Лэмба и SH-волн в многослойной структуре типа “Al/AlN/diamond” на основе изменения точечной группы симметрии, а также эффективных упругих констант под воздействием одноосного механического давления. Управляющие коэффициенты, описывающие влияние одноосного механического давления на фазовые скорости волн Лэмба и SH-волн, рассчитаны при различных вариантах приложения одноосного механического давления к слоистой структуре. Отмечены условия приложения одноосного механического давления, при которых изменения фазовых скоростей мод волны Лэмба максимальные либо равны нулю, что может иметь большое значение для разработки управляемых акустоэлектронных устройств.

Бритенков А.К., Захаров С.Б., Травин Р.В., Фарфель В.А. «Моделирование управляемого электрического эквивалента мощного гидроакустического излучателя со сложным импедансным спектром на основе гиратора» с. 49

Для испытаний на номинальной мощности и настройки систем возбуждения низкочастотных гидроакустических излучателей широко используются электрические эквиваленты. Пьезоэлектрические преобразователи при излучении звука с акустической мощность в сотни и тысячи Вт предполагают высокие значения напряжения, подаваемого от системы возбуждения на НЧИ, что накладывает специфические требования на расчет и изготовление электрических эквивалентов мощных излучателей. Кроме этого, зависимость резонансной частоты и сопротивления излучению от глубины постановки излучателя может потребоваться перестройка резонансной частоты рабочей полосы частот эквивалента. Таким образом, для настройки системы возбуждения целесообразно использование мощного электрического эквивалента с возможностью изменения параметров во время имитации излучения. В работе показано, что использование в схеме замещения гидроакустического излучателя электронного аналога индуктивности (гиратора) на основе операционного усилителя позволяет моделировать сложные импедансные спектры с возможностью управления параметрами эквивалента непосредственно во время имитации излучения.

Петрусев А.С. «Профилирование акватории перед акустическими испытаниями» с. 50

В прикладных задачах гидроакустики имеет большое значение характер и скорость распространения акустических волн в водной среде. На их распространение влияют: близость слоя скачка (плотности, солености, температуры), акустические каналы, глубина, рельеф и характер дна. Поэтому для понимания общей картины распространения акустических сигналов в акватории необходимо производить профилирование скорости звука перед началом акустических испытаний. Это позволяет выбрать оптимальное расположение и глубину для установки приемоизлучающих трактов и прочего оборудования. В работе рассматриваются методы и процесс измерения профиля скорости звука в открытом водоеме, проводится анализ данных, полученных в разное время года, а также в разное время суток.

Цысарь С.А., Саматов А.А., Сапожников О.А. «Компенсация непостоянства скорости звука при измерении акустической голограммы ультразвукового излучателя методом растрового сканирования в условиях переменной температуры» с. 50

Постановка точного граничного условия для решения задачи излучения важна для ряда практических применений ультразвука, в особенности при использовании мощных полей для воздействия на биологические ткани. Одним из методов, позволяющих экспериментально определить колебательную скорость на поверхности излучателя, является акустическая голография. Она основана на измерении двумерного распределения акустического давления в плоскости перед источником. Полученное распределение выступает в роли голограммы и позволяет рассчитать параметры поля на поверхности излучателя. Запись голограммы осуществляется путем растрового перемещения приемника. Если в процессе такого сканирования (которое может потребовать нескольких часов) изменяется температура среды, из-за непостоянства скорости звука возникают искажения голограммы. Особенно существенны эти искажения для голограмм больших волновых размеров, требующих длительной записи. Для компенсации возникающих ошибок в настоящей работе предложен и апробирован метод, основанный на регистрации температуры в процессе записи голограммы и внесении коррекции в скорость звука при использовании интеграла Рэлея в численном алгоритме переноса измеренной голограммы на поверхность излучателя. Эксперименты проводились в воде для нескольких фокусированных излучателей мегагерцового диапазона частот сантиметровых размеров. С помощью нагревателя температура воды изменялась в процессе записи голограмм в пределах нескольких градусов. Обнаружено, что в случае отклонения температуры до 7 градусов от равновесной, ошибка определения колебательной скорости поверхности источника может превышать 50%. Показано, что при применении предложенного метода компенсации отклонение относительно голограммы, записанной при постоянной температуре, не превышает 10%.

Лапшин Д.Н. «Слуховая система кровососущих комаров» с. 51

Комары воспринимают низкочастотные звуки перистыми антеннами, расположенными на голове насекомого. Вызванные звуковыми волнами вибрации антенн передаются многочисленным механорецепторам и затем преобразуются в электрические потенциалы. Минимальные пороги реакций роящихся комаров на акустические стимулы не превышают 20 дБ или 0.5 μ/с. В то же время, средняя скорость полета комаров в рое порядка 0.5 м/с. Таким образом, скорость потока воздуха, действующего на антенны летящего комара, в миллион раз превышает его минимальный слуховой порог. Пока остаются невыясненными принципы обработки сигналов, обеспечивающие столь высокую помехозащищенность слухового канала у этих насекомых. Положение антенн у комаров согласовано с пространственной ориентацией наиболее чувствительных слуховых рецепторов. Результирующие диаграммы направленности ориентированы в пространстве таким образом, чтобы перед комаром формировалась зона сравнения (зона перекрытия), в которой правая и левая системы могут эффективно воспринимать сигнал от источника звука. Для комаров характерно брачное поведение, основанное на излучении и восприятии акустических сигналов в процессе поиска и сближения с половым партнером. Предположительно, в задачи слуховой системы комаров входит также акустическое обнаружение объектов нападения, в том числе и человека, по шуму движения или вокализации. Это может дать комарам дополнительные преимущество, так как в отличие от обоняния или зрения, восприятие низкочастотных акустических сигналов на небольших дистанциях практически не зависит от направления ветра и наличия экранирующей растительности.

Костив А.Е. «Определение минутного объема дыхания водолаза по шумам под водой» с. 51-52

Традиционно водолазом, даже в любительском погружении, ведется журнал самоконтроля (Diving LogBook), куда заносятся сведения о погружении, о самочувствии. Одним из основных количественных параметров при исследовании легочной вентиляции дыхательной системы является минутный объем дыхания (МОД), оцениваемый как количество литров дыхательной смеси, прошедших через легкие за одну минуту (л/мин). МОД водолаза находится в диапазоне от 7.5 л/мин (при отдыхе) до 60 л/мин (при нагрузке (перемещение со скоростью 1.2 узла). Контроль легочной вентиляции водолаза во время погружения традиционно производится по прибору учета скорости расхода или давления дыхательной смеси, который требуется встраивать в арматуру водолазного оборудования. Рассматриваемый в работе способ оценки легочной вентиляции водолаза не требует вмешательства в конструкцию дыхательной арматуры водолазного снаряжения. Определение минутного объема дыхания водолаза под водой основано на регистрации шумов дыхания водолаза, выделении шумов вдоха, определение продолжительности шумов вдоха за одну минуту и вычисление минутного объема дыхания водолаза под водой как результат суммарной продолжительности шумов вдоха за одну минуту, умноженной на значение скорости непрерывной принудительной подачи дыхательной смеси. Значения скорости непрерывной принудительной подачи дыхательной смеси дыхательного аппарата, как правило, указывается производителем в паспорте к водолазному снаряжению. Способ может быть реализован на любом дыхательном оборудовании использующим сжатую дыхательную смесь и поступающую в дыхательные пути через редуктор высокого давления на каждый вдох.

Ахи А.В. «Влияние пространственной неопределенности прихода шумовых сигналов и временной нестабильности частотной модуляции спектральных составляющих на их восприятие, дифференцировку и классификацию дельфинами (Tursiops truncatus)» с. 52

Исследование способности слуховой системы дельфинов классифицировать шумовые сигналы по заданным инвариантным признакам происходило в условиях пространственной неопределенности одновременного предъявления положительного и отрицательных классов сигналов. Поставленная перед дельфином задача была усложнена введением нестабильности дискретных составляющих спектра сигнала как по частоте, так и по времени. Частотная модуляция спектральных составляющих, как функция от времени, была вариативна в хаотическом, шумоподобном режиме. Оценена эффективность работы животных на разных стадиях усложнения задачи до установления порога сложности, при котором классификация сигналов становится недостоверной.

Беликов Р.А., Волк Г.М., Галутин В.З. «Возможность применения двухканального высокочастотного приемника градиента давления для оценки одновременно лоцирующих млекопитающих в компактной группе» с. 52

На основе полевых записей акустических сигналов беломорских белух, выполненных с использованием донной станции с двухканальным высокочастотным приемником градиента давления, проанализирована возможность оценки стабильности популяции морских млекопитающих по их акустической активности в шельфовой зоне. Предложен алгоритм обработки локационных сигналов белух для определения их количества в акватории по пространственным, временным и частотным характеристикам. Рассмотрены особенности обработки локационных сигналов при совпадении пачек локационных импульсов, при совпадении пеленгов на одновременно лоцирующих особей и при совпадении частоты следования импульсов в наложенных пачках.

Горовой С.В., Катин И.О. «Предварительные данные о спектральных и корреляционных характеристиках гидролокационных сигналов белух Delphinapterus leucas, полученные в приморском океанариуме» с. 53

Гидролокационные сигналы белух Delphinapterus leucas представляют собой последовательности из 10 и более импульсов длительностью до единиц миллисекунд, следующих через регулярные интервалы времени. В Приморском океанариуме, в открытом плавучем вольере прямоугольной формы, находящемся в б. Парис, о. Русский залива Петра Великого Японского моря, содержатся 4 взрослые самки белух. Описаны предварительные результаты анализа гидроакустических сигналов, зарегистрированных в полосе частот до 400 кГц при выполнении экспериментов по локации данными белухами опускаемого в воду за пределами вольера и погружающегося до дна предмета: участвующая в эксперименте белуха находится на глубине порядка 1 м у одной из сторон вольера и выполняет обнаружение и гидролокационное обследование данного предмета, а остальные находятся у противоположной стороны вольера, удерживаются вблизи поверхности тренерами и не создают локационных сигналов. Приведены осциллограммы и спектрограммы зарегистрированных сигналов, на которых видны как локационные, так и отраженные от лоцируемого предмета эхосигналы, а также взаимные корреляционные функции входящих в локационные последовательности импульсов, описана методика проведения экспериментов.

Бибиков Н.Г., Макушевич И.В., Пигарев И.Н. «Вариабельность вариабельности импульсной активности нейронов слуховой коры неанестезированной кошки» с. 53

Фоновая импульсная активность нейронов слуховой коры ненаркотизированных млекопитающих как в состоянии бодрствования, так и во сне представляет собой точечный процесс, характеризуемый высокой пачковостью и выраженными фрактальными свойствами. Обычно этот процесс рассматривают как близкий к стационарному. Между тем ряд экспериментальных данных демонстрирует, что сами свойства фоновой активности одиночного нейрона коры могут существенно и хаотически изменяться во времени. Для изучения такой вариабельности статистических свойств процесса были исследованы основные параметры, характеризующие фрактальные свойства фоновой активности (индекс Хёрста и максимальное значение фактора Фано) в динамике за значительные, но быстро следующие друг за другом интервалы времени. Подтверждены описанные ранее сравнительно медленные и разнообразные временные изменения статистических свойств исследованной фоновой активности. Кроме того, выявлена достоверная корреляция временного течения указанных выше характеристик (индекс Хёрста и фактор Фано). Таким образом, импульсация корковых нейронов может существенно изменять свои особенности с течением времени. Эти изменения иногда оказываются существенно различными даже у близко расположенных нейронов коры.

Егорова М.А., Акимов А.Г. «Частотные эффекты стимул специфической адаптации нейронов первичной слуховой коры бодрствующей мыши (Mus musculus) к последовательностям звуковых импульсов» с. 54

Выполнено нейрофизиологическое исследование частотных эффектов стимул-специфической адаптации нейронов первичной слуховой коры бодрствующих домовых мышей. На фоне адаптации к последовательности из четырех идентичных тональных сигналов, имитирующих временную структуру серий криков дискомфорта мышат, взрослым самкам предъявляли пятый стимул, отличающийся от первых четырех только по частоте. Это приводило к освобождению от адаптации в ответах нейронов на пятый стимул, т.е. величина ответа на пятый стимул превышала ответы на второй – четвертый стимулы.

Лупанова А.С. «Сравнительный анализ вокализаций диких и линейных домовых мышей (Mus musculus)» с. 54

Акустическая коммуникация у таких социальных животных, как домовые мыши (Mus musculus), играет важную роль в регулировании основных биологических функций, таких как поиск половых партнеров, забота о потомстве, установление иерархии и другие социальные взаимодействия. Информация об особи и ее физиологическом состоянии кодируется посредством физических характеристик издаваемого крика, к которым можно отнести длительность, значения основной частоты, ее максимальное и минимальное значения, частотную модуляцию и др. Так как вокализации мышей подвержены изменениям в зависимости от их линейной принадлежности большое количество научных работ посвящены параметрам сигналов у разнообразных линий лабораторных мышей. Однако неизвестно можно ли применять эти данные при исследовании диких популяций домовой мыши. В работе впервые выполнен сравнительный анализ структурно-временных характеристик криков лабораторных (гибридов линий CBA и С57BL\6) и диких мышей. В работе произведена аудио-видео регистрация акустического поведения животных. Выполненный спектрально-временной анализ оборонительного крика самок при половом поведении и ультразвукового крика самок при назо-назальном контакте показал сходство вокального репертуара у лабораторных и диких мышей. Также у них не выявлены отличия в поведенческих маркерах: позах, стойках, последовательности ритуального поведения

Хорунжий Г.Д., Егорова М.А. «Оценка слуховой чувствительности крыс со сниженной экспрессией гена дофаминового транспортера» с. 54-55

Фактором развития таких тяжелых патологий центральной нервной системы, как болезнь Паркинсона и синдром дефицита внимания и гиперактивности (СДВГ), являются нарушения функций дофаминергической системы. Известно, что развитие болезни Паркинсона у человека затрагивает также процессы сенсорного восприятия, включая слуховое (Василенко и др., 2010; Jafari et al., 2020). Таким образом, актуальным направлением медико-биологических исследований остается поиск изменений слуховой чувствительности, отражающих раннее развитие нарушений дофаминергической системы, в том числе, у трансгенных животных, выступающих в качестве экспериментальных моделей таких патологий. В данной работе методом регистрации коротколатентных слуховых вызванных потенциалов (КСВП) выполнена сравнительная оценка характеристик слуха крыс линий Wistar и трансгенной линии DAT-KO со сниженной экспрессией гена Slc6a3, кодирующего транспортер обратного захвата дофамина (DAT). КСВП, зарегистрированные у крыс обеих линий, состояли из 5 волн (пиков) со средним латентным периодом 3 мс (первый пик) – 7 мс (пятый пик). Полученные данные продемонстрировали сходство амплитудных параметров КСВП (соотношение амплитуд волн I–V) крыс линии Wistar и полученной на ее основе линии DAT-KO. С учетом сведений о возрастании латентных периодов волн КСВП у пациентов, страдающих болезнью Паркинсона (Ampar et al., 2020; Jafari et al., 2020), более информативным в отношении поиска коррелят нарушений дофаминергической системы в активности слуховых центров мозга может оказаться анализ временных характеристик КСВП.

Крохмаль А.А. «Экспериментальная оценка точности вычислительного пакета k wave в задачах транскраниального ультразвука» с. 55

Для обеспечения эффективного и безопасного воздействия фокусированным ультразвуком на заданную область мозга, например, в целях нейромодуляции или открытия гематоэнцефалического барьера, предварительно выполняется тщательное планирование с использованием численных расчетов, вопрос о точности которых остается открытым. Основная цель данной работы – оценить точность вычислительного пакета k-Wave в моделировании распространения ультразвукового пучка через костную ткань в линейном режиме в контексте планирования транскраниальной ультразвуковой терапии. Измерения акустического поля внутри черепов методом акустической голографии и численные расчеты были сделаны для набора из четырех ex-vivo человеческих черепов в диапазоне частот от 270 кГц до 1 МГц. Сравнение профилей и пространственного распределения давления показало, что численные расчеты хорошо воспроизводят экспериментальные результаты даже в случае сильных абераций. В большинстве случаев расхождения в положении фокуса находились в пределах 2 мм, расхождения в максимальной амплитуде давления – в пределах 20%, а в фокальном объеме – в пределах 50%. Результаты показывают, что численные расчеты с помощью программного пакета k-Wave обладают высокой точностью и могут адекватно предсказывать положение и объем фокальной зоны и уровень акустического давления, также давать представление о сложной структуре поля внутри черепа.

Чупова Д.Д., Солонцов О.В., Гаврилов Л.Р., Синицын В.Е., Мершина Е.А., Сапожников О.А., Хохлова В.А. «Сравнение возможностей механического и электронного перемещения фокуса многоэлементного излучателя при фокусировке мощного ультразвука через кости черепа» с. 55-56

Метод неинвазивной ультразвуковой нейрохирургии основан на фокусировке ультразвука через невскрытый череп в заданные участки мозга. В клинической практике для проведения таких операций используется система ExAblate Neuro (Insightec Ltd, Israel). Полусферическая геометрия многоэлементного излучателя системы ограничивает возможности механического и электронного перемещения фокуса решетки, так что доступной для неинвазивной ультразвуковой хирургии является только центральная область мозга, примерно ±2.5 см относительно центра головы человека. Важной задачей является расширение возможной области облучения. Целью данной работы является сравнение возможностей механического и электронного перемещения фокуса нового класса решеток, выполненных в виде сегмента сферы с меньшим углом фокусировки. Акустическая модель черепа была построена на основе анонимизированных данных компьютерной томографии. Расчеты с компенсацией аберраций, вызванных костями черепа, проводились в программном пакете k-wave для разработанной в нашей лаборатории модели 256-элементной компактной решетки с рабочей частотой 1 МГц. Фокус излучателя перемещался вдоль его оси. Получено, что электронная фокусировка позволяет перемещать фокус в пределах 2 см вдоль оси решетки относительно ее центра кривизны при уменьшении амплитуды в фокусе менее чем на 10% по сравнению с амплитудой в геометрическом фокусе излучателя. Для механического перемещения аналогичный диапазон составляет 3 см. Для расширения области фокусировки планируется исследовать комбинацию механического и электронного перемещения фокуса.

Пестова П.А., Рыбянец А.Н., Сапожников О.А., Карзова М.М., Юлдашев П.В., Цысарь С.А., Котельникова Л.М., Хохлова В.А., Швецов И.А. «Численное решение задачи ультразвукового объемного нагревания биоткани с поверхностным охлаждением» с. 56

Одним из побочных эффектов неинвазивной терапии с помощью фокусированного ультразвука является нежелательный перегрев и повреждение кожи. Данный эффект может проявляться как при облучении глубоко расположенных, так и подкожных слоев биологической ткани. Для защиты кожи, а также самого фокусирующего излучателя часто используется охлаждение контактной среды, расположенной между кожей и излучателем. Недавно учеными ЮФУ был разработан нефокусированный излучатель для объемного нагревания подкожных слоев ткани, представляющий собой плоскую прямоугольную пьезопластину (15×25×1 мм), наклеенную на алюминиевую пластину (25×40×3 мм), которая охлаждалась путем циркуляции холодной воды (14–18°С) через ее боковые каналы. Алюминиевая пластина находится в прямом контакте с кожей, предотвращая ее перегрев. В настоящей работе был разработан численный алгоритм, позволяющий рассчитать нагрев ткани с учетом поглощения ультразвука и охлаждения кожи пластиной. Моделирование трехмерного температурного поля в ткани проводилось на основе уравнения теплопроводности. Решение сначала строилось независимо для задач охлаждения кожи пластиной и нагрева ткани тепловыми источниками акустического поля, а затем полученные решения складывались в силу линейности задачи. Для расчета тепловых источников использовались данные акустической голографии, полученные для излучателя при его работе на частоте 2.09 МГц. Акустическая мощность варьировалась от 5 до 30 Вт, время облучения – от нескольких секунд до нескольких минут, параметры биоткани соответствовали табличным значениям говяжьей печени. Было показано, что предложенный подход позволяет осуществлять объемный нагрев ткани с максимумом температуры на глубине 2 см при незначительном изменении температуры ее приповерхностного слоя на глубинах до 5 мм. Результаты расчетов сравнивались с полученными ранее в ЮФУ экспериментальными данными, в которых была продемонстрирована возможность достижения объемной тепловой абляции ткани при сохранении интактности поверхностного слоя.

Ерофеев А.В., Острейко О.В., Шаракшанэ А.С., Грановский Н.В., Спирин Д.В., Мансфельд А.Д., Аносов А.А. «Исследование возможности контроля локальной гипертермии лазерного нагрева на фантоме ткани головного мозга человека методами пассивной акустической термометрии и инфракрасной термографии» с. 57

Проведены эксперименты с локальным лазерным нагревом модельных объектов на основе фантома ткани головного мозга человека. Локальная гипертермия позволяет достигать циторедукции опухолевой ткани. При этой медицинской процедуре важно точно локализовать область нагрева, а также контролировать размеры и температуру нагреваемой опухолевой ткани. Локальный нагрев проводился хирургическим лазером (IPG Photonics, Фрязино) на длинах волн 0.97 и 1.56 мкм с мощностью 2 Вт. Были получены данные о закономерностях распределения температуры в фантоме ткани головного мозга человека в зависимости от времени и локализации его нагрева. Результаты обработки данных, полученных при совместном использования методов пассивной акустической термометрии (ПАТ) и инфракрасной термографии (ИКТ) для объективного контроля глубинной и поверхностной температур фантома ткани головного мозга человека хорошо согласуются, что позволяет точнее определять параметры ослабления теплового воздействия локального нагрева на клетки опухоли головного мозга человека. С помощью ИК-термометрии определили, как меняются во времени размеры областей циторедукции, в которых температура превышает 45 и 60°С. Также было показано, что при глубине источника нагрева 2 см ПАТ сразу регистрирует увеличение глубинной температуры, в то время как ИКТ показывает начало нагрева только через 1.5 минуты после включения источника (видимо, через время достижения тепла до поверхности фантома). Таким образом, совместное использование ПАТ и ИКТ дает возможность более эффективно оценивать тепловое состояние тканей головного мозга человека.

Грановский Н.В., Аносов А.А., Ерофеев А.В., Мансфельд А.Д., Беляев Р.В., Санин А.Г. «Экспериментальная проверка основных соотношений при корреляционном приеме теплового акустического излучения» с. 57-58

Ранее был предложен и рассмотрен способ восстановления распределения температуры при корреляционном приеме, что позволяет существенно повысить пространственное разрешение метода. Для этого было предложено складывать с определенными весами кросскорреляционные функции, полученные с помощью линейной решетки датчиков. В настоящей статье осуществлен корреляционный прием теплового акустического излучения парой датчиков с целью исследования и анализа возможности использовать результаты, полученные в радиоастрономии, в задачах акустотермометрии. Для получения экспериментальных значений корреляционного измерения теплового акустического излучения использована пара приемников. В ходе эксперимента изменялись такие параметры как размер нагретых источников, расстояние от источника до датчиков, а также нагретый источник сдвигался перпендикулярно акустической оси системы. Так же были рассчитаны кросскорреляционные функции теплового акустического излучения. Сравнение экспериментальных и расчетных значений параметров кросс – корреляционных функций показывает их сходство с учетом погрешности измерений.

Карзова М.М., Цысарь С.А., Пестова П.А., Папикян Л.А., Хохлова В.А. «Демонстрация в физическом эксперименте преимуществ использования ударно волновых импульсно периодических режимов фокусировки мощного ультразвука для тепловой абляции биоткани» с. 58

Неинвазивная технология HIFU применяется в клинической практике для тепловой абляции биологических тканей путем воздействия фокусированными ультразвуковыми волнами. Формирование объемных тепловых разрушений, состоящих из множественных единичных, происходит за счет тепловой диффузии, которая приводит к неопределенности конечной формы разрушения и может повлечь нежелательные повреждения окружающих тканей. В данной работе исследованы импульсно-периодические режимы облучения с постоянной по времени средней мощностью, при этом увеличение пиковой мощности компенсировалось увеличением скважности. Главным преимуществом высокоамплитудных режимов является образование в фокусе ударных фронтов в профиле волны из-за сильного проявления нелинейных эффектов и, как следствие, быстрое получение разрушения в строго заданной области за счет эффективного тепловыделения на ударных фронтах. В работе была создана экспериментальная установка для имитации в лабораторных условиях ударно-волновых режимов фокусировки в клинической HIFU системе MRgHIFU Sonalleve (Profound Medical Corp., Canada). В качестве источника мощного ультразвука использовался одноэлементный излучатель с частотой 1.2 МГц, фокусным расстоянием 120 мм и полным углом схождения 60°. В экспериментах ex vivo на различных биологических тканях было показано, что использование ударно-волновых импульсно-периодических режимов облучения позволяет в несколько раз увеличить скорость тепловой абляции по сравнению с непрерывным режимом за счет усиления нагрева в присутствии ударных фронтов и отражения пучка от возникающих в фокусе парогазовых полостей кипения, а также визуализировать процесс формирования теплового разрушения с помощью диагностического ультразвука за счет рассеяния на пузырьках кипения.

Пономарчук Е.М., Цысарь С.А., Кадрев А.В., Чупова Д.Д., Пестова П.А., Карзова М.М., Папикян Л.А., Квашенникова А.В., Данилова Н.В., Мальков П.Г., Черняев А.Л., Буравков С.В., Хохлова В.А. «Пилотная демонстрация возможности неинвазивной нетепловой ультразвуковой деструкции рака кишки человека ex vivo методом гистотрипсии с кипением» с. 58-59

Одним из активно развивающихся приложений мощного фокусированного ультразвука является его применение в неинвазивной хирургии, в частности, для механического (т.е. нетеплового) разрушения опухолей внутри организма человека методом гистотрипсии с кипением (ГК) с помощью ударно-волновых ультразвуковых импульсов миллисекундной длительности. Рак кишки является третьим по распространенности в мире онкологическим заболеванием (ВОЗ,2022), для лечения которого потенциально может быть применен метод ГК в качестве неинвазивной альтернативы стандартным хирургическим методам лечения. Целью настоящей работы была экспериментальная проверка возможности применения метода ГК для неинвазивного механического разрушения рака кишки человека ex vivo. Модуль Юнга аутопсийного образца рака сигмовидной кишки человека измерялся методом эластографии сдвиговой волной для подтверждения клинической репрезентативности аутопсийного материала. Затем в образце, заключенном в агарозный гель и погруженном в бассейн с дегазированной водой при 34°C, получалось объемное разрушение с помощью кольцевой решетки с рабочей частотой 2МГц и углом фокусировки 67.5° путем облучения трехмерной сетки из 5×5×2 фокусов (шаг 1 мм, 150 импульсов длительностью 1 мс с периодом повторения 0.1 с на точку). Оценка параметров ударной волны в ткани (P+/P-/As=91/-13/78 МПа) осуществлялась путем комбинации измерений методом акустической голографии и численного моделирования в программном комплексе “HIFU beam”. Успешно полученное ГК-разрушение визуализировалось как с помощью диагностического УЗИ-датчика, так и гистологически.

Николаев А.Л., Саранцев А.В., Гопин А.В., Дежкунов Н.В. «Сравнительная оценка влияния ультразвука и β-излучения на активность фермента щелочная фосфатаза» с. 59

Проведено сравнительное исследование раздельного и комбинированного влияния ультразвука (0,88 МГц, 2,64 МГц; 1–3 Вт/см²) и β-излучения на кинетические параметры фермента щелочная фосфатаза В качестве источника β-излучения использовался источник типа ИРУС-I с радионуклидами стронций-90 + иттрий-90, и мощностью дозы 8,26±0,05 Гр/мин. В экспериментах варьировались последовательности воздействий ультразвука и ионизирующего излучения. Установлено, что в отличие от γ-излучения, супераддитивный эффект инактивации фермента наблюдается при любых последовательностях воздействий. Однако при первоначальном β-воздействия эффект выражен более ярко. Четкий дозовый максимум супераддитивности, соответствует 40 минутам каждой последовательности комбинируемых воздействий. Определены эквиваленты мощностей доз ультразвукового и радиохимического воздействия по конверсии иодидного и ферросульфатного дозиметров.

Ермоленко О.А., Глушков Е.В., Глушкова Н.В. «Выявление диагностических признаков остеопороза по характеристикам бегущих волн» с. 59-60

Ультразвуковые бегущие волны чувствительны к механическим и геометрическим свойствам костей, что теоретически позволяет использовать их для диагностики остеопороза. Однако верхний слой мягких тканей создает трудности в извлечении полезной информации о состоянии ослабленных слоев кости из регистрируемых на поверхности сигналов. Для выявления скрытых диагностических признаков используют математическое и компьютерное моделирование волновых процессов в многослойных образцах, имитирующих волноводные свойства трубчатых костей. В работе рассматривается полуаналитическая модель, основанная на явном представлении бегущих волн через контурные интегралы обратного преобразования Фурье матрицы Грина исследуемых волноводов. Асимптотика бегущих волн выводится из интегральных представлений с помощью теории вычетов. Проведенный анализ показал, что амплитуда функции Грина костной структуры, а, следовательно, и точки дисперсионных кривых, извлеченные из измеренных данных методом матричных пучков, практически нечувствительны к изменениям, происходящих во внутренних слоях. Поэтому здесь плохо работает традиционный подход к решению обратной задачи определения геометрических и упругих параметров волновода по данным поверхностных измерений, который базируется на минимизации невязки между экспериментальными и теоретическими дисперсионными кривыми бегущих волн. Взамен предлагается новая форма целевой функции в виде суммы значений обратных элементов матрицы Грина в экспериментальных точках дисперсионных кривых. Это позволило оценить толщину и упругие свойства внутренних слоев, получив их стабильные значения для различных образцов. Еще одним перспективным диагностическим признаком является распределение частот резонансного отклика, которое проявляется в спектре измеренных данных в виде хорошо регистрируемых пиков. Численные эксперименты показали монотонное уменьшение резонансных частот по мере ослабления внутреннего слоя.

Котельникова Л.М., Цысарь С.А., Сапожников О.А. «Экспериментальное и численное исследование акустической радиационной силы, действующей на цилиндрический рассеиватель в воде в поле фокусированного ультразвукового пучка» с. 61

Экспериментально и численно исследована акустическая радиационная сила акустического пучка мегагерцового диапазона частот, действующая на рассеиватели из стали в форме цилиндров различных диаметров (5–7 мм) и высот (3–9 мм) в воде. Экспериментальные измерения проводились на предложенной ранее авторами экспериментальной установке для измерения радиационной силы методом взвешивания. Цилиндр крепился с помощью системы натянутых тонких лесок в центре жесткого кольца большого диаметра. Кольцо посредством конструкции из жестких трубок, не касающихся стенок бассейна, опиралось на электронные весы (точность весов 4 мг). Ультразвуковой пучок генерировался пьезокерамическим излучателем в виде сферической чаши с фокусным расстоянием 70 мм и апертурой 100 мм на частоте 1.072 МГц. Излучатель был закреплен на системе позиционирования, которая позволяла перемещать его с шагом 2.5 мкм вдоль трех взаимно перпендикулярных осей. Ось излучателя была направлена вертикально вниз. Цилиндр располагался в поле излучателя так, чтобы его ось совпадала с направлением акустической оси излучателя. Численный расчет акустической радиационной силы, действующей на аксиально-симметричные объекты со стороны аксиально-симметричного пучка, проводился методом конечных разностей. Экспериментальные и численные результаты были использованы для исследования тенденций влияния на силу линейных размеров образца (высоты и диаметра цилиндра).

Асфандияров Ш.А., Сапожников О.А. «Роль сдвиговых волн при фокусировке ультразвукового пучка через расположенный в жидкости твердотельный слой» с. 61-62

Исследована роль сдвиговых волн при фокусировке акустических волн сквозь твердотельный слой. Рассмотрена модельная задача, в которой фокусированная волна, распространяющаяся в жидкости, проходит через однородный плоскопараллельный упругий слой. Для описания падающего акустического пучка использовано точное решение уравнения Гельмгольца в виде фокусированного пучка [Сапожников О.А. Точное решение уравнения Гельмгольца для квазигауссовского пучка в виде суперпозиции двух источников и стоков с комплексными координатами. Акуст. ж., 2012, т. 58, № 1, с. 49-56]. Использован метод углового спектра, который позволил для каждой компоненты пространственного спектра использовать классическое точное решение для коэффициента прохождения волны, наклонно падающей на плоскопараллельный упругий слой. Показано, что при малых углах фокусировки процесс прохождения обусловлен в основном продольными волнами. Однако с ростом угла схождения фокусированного пучка сдвиговые волны в слое начинают играть заметную роль и рожденные ими волны в жидкости создают дополнительный фокус, амплитуда в котором может превысить амплитуду в первичном фокусе. Фокальная перетяжка вокруг вторичного фокуса заметно уже перетяжки вокруг первичного фокуса. Особенности преломления и переотражения волн в слое также исследованы с помощью численного моделирования процесса фокусировки ультразвуковых импульсов методом конечных разностей на основе уравнений теории упругости неоднородной среды в условиях аксиальной симметрии. Проведенный анализ имеет отношение к разрабатываемым в настоящее время методам ультразвукового зондирования тканей мозга человека через интактный череп.

Буланов В.А. «Акустическая диагностика газовых пузырьков и эффективные параметры жидкости с пузырьками» с. 62

Избирательное рассеяние звука, связанное с резонансными свойствами пузырьков, обычно используют для определения спектра их размеров в жидкости. Однако, практика показывает, что результаты не всегда соответствует реальным распределениям пузырьков по размерам. Это связано с влиянием нерезонансного фона рассеяния, который в обычных схемах акустической спектроскопии практически не учитывается. Решение задач диагностики пузырьков частично связано с учетом нестационарного и нелинейного рассеяния звука. Представлены результаты анализа влияния различных типов функции распределения пузырьков по размерам на величины коэффициентов стационарного и нестационарного рассеяния и поглощения звука. Показано, что применение нестационарного рассеяния звука позволит во всех случаях проводить спектроскопию газовых пузырьков в жидкости. Дополнительно проведены исследования эффективных параметров жидкости с пузырьками (сжимаемости, коэффициента поглощения и скорости звука) в рамках гомогенной модели микронеоднородной пузырьковой жидкости и их сравнение с моделью диссипативных и дисперсионных характеристик в рамках самосогласованного поля. Показано, что при небольших концентрациях и монотонных функциях распределения пузырьков по размерам полученные результаты по обеим моделям согласуются между собой.

Зарипов Ф.А., Павлов Г.И., Галеева Л.Х. «Экспериментальное исследование влияния звуковых колебаний на характеристики полидисперсных пузырьков в воде» с. 62

Исследовались характеристик газовых пузырьков разного диаметра формирующихся в вертикальной трубе закрытой с одного конца поршнем. Звуковые колебания в смеси газа и жидкости создаются колебаниями поршня. Полидисперные пузырьки образуются на выходе из пористого керамического распылителя при подаче в него газовой фазы. Расход газа оставался постоянным. Экспериментально методом фотосъемки фиксировалось поведение всплывающих пузырьков в условиях покоящейся жидкости и бегущих звуковых волн. Фотографии обрабатывались в программном пакете Image Pro Plus. Замечено, что звуковые колебания оказывают существенное влияние на дисперсный состав пузырьков.

Павлов Г.И., Кожарин Н.Ю. «Современные методы анализа содержания растворенного кислорода в воде» с. 62-63

Централизованные системы теплоснабжения действуют в России более 80 лет. Основная причина повреждений тепловых сетей – коррозионные разрушения металла труб. В среднем по России 28% всех повреждений тепловых сетей обусловлены внутренней коррозией под воздействием кислорода. Используемые методы определения концентрации растворенного кислорода в воде можно разделить на несколько групп: химические, оптические и электрохимические. Однако, на сегодняшний день имеет место неопределенность в выборе достоверного метода контроля содержания растворенного кислорода в воде из-за различия результатов. В работе дано краткое представление о природе коррозионного воздействия, различных методах анализа и контроля содержания растворенного кислорода в воде, их преимуществах и недостатках, а также опыт их применения в организациях топливно-энергетической отрасли. Предложены рассуждения о перспективах применения альтернативных методов непрерывного мониторинга на базе оценки концентрации пузырьков воздуха в отбираемой жидкости при распространении в ней звуковых колебаний.

Миронов М.А., Пятаков П.А., Савицкий О.А., Шуляпов С.А. «Экспериментальные исследования акустических параметров полиуретана» с. 63

Приведены методика и результаты измерений скоростей распространения и затухания продольных и сдвиговых волн в полиуретане в широком диапазоне частот, температур и давлений. Используя известные теоретические представления, предложены аналитические зависимости, позволяющие с хорошей точностью описать температурные зависимости скорости распространения и затухания волн.

Дамдинов Б.Б., Пригожих В.А. «Предварительное моделирование распространения звука в жидкой среде с примесями» с. 63

Представлена визуализация известной и важной в практических приложениях задачи распространения звука в жидкой среде с пузырьками. Исследование модели проводилось методами численного моделирования с использованием программного продукта Comsol Multiphysics. Численное моделирование акустических процессов является точным способом решения сложных задач акустики несмотря на то, что представляет собой достаточно ресурсоемкий процесс, требующий больших затрат вычислительного времени. Наличие пузырьков газа в жидкости существенно меняет ее акустические свойства. Теоретическому исследованию распространения гармонических возмущений в подобных жидкостно-газовых смесях посвящено значительное количество работ. В работе нами были проведены исследования распространения звука в водной среде с включениями сферических пузырьков воздуха. В результате была получена визуализация распределения акустического и звукового давления в водной среде и на поверхностях при разных частотах звука. Программный пакет производил расчеты на основе уравнения Гельмгольца. Использование программного обеспечения COMSOL Multiphysicals обеспечивает удобное наглядное представление результатов исследования распространения звука в водных средах. Физические и геометрические параметры могут варьироваться в широких пределах. В дальнейшем полученные результаты по распространению звуковых волн в модельной водной среде с пузырьками будут использованы в планируемой серии исследований по распространению звука в среде, содержащей сферические наночастицы различной природы. Планируется также провести исследования нелинейных процессов в жидкостях при интенсивном акустическом воздействии на ультра- и гиперзвуковых частотах.

Глушков Е.В., Глушкова Н.В. «Распределение энергии поверхностного источника в упругом анизотропном полупространстве: асимптотика, диаграммы направленности, линии тока» с. 64

Осредненный за период колебаний поток волновой энергии, поступающей от поверхностного источника (заданной гармонической нагрузки) в упругую среду, распределяется между возбуждаемыми бегущими и объемными волнами. Для случая изотропного материала ранее были выведены явные интегральные и асимптотические представления для возбуждаемых волн через элементы матрицы Грина рассматриваемой подложки и параметры источника В случае анизотропных слоистых сред реализация такого подхода усложняется. Тем не менее, на основе разработанных полуаналитических алгоритмов построения Фурье-символа матрицы Грина для произвольно-анизотропных материалов также получены интегральные и асимптотические представления волновых полей. На этой основе проводится анализ влияния анизотропии на формирование волновых полей, распределение энергии источника, диаграммы направленности и структуру энергетических потоков. Последние визуализируются линиями тока энергии касательными к векторам Умова–Пойнтинга. Обсуждаются особенности вывода и компьютерной реализации полученных представлений, проиллюстрировав их численными примерами для материалов с различными видами анизотропии. Планируется также уделить внимание эффекту появления нескольких фронтов объемных или поверхностных волн, соответствующих одному корню характеристического уравнения, но распространяющихся с различными скоростями.

Захаров Д.Д., Никитин И.С., Никитин А.Д. «Исследование собственных форм и частот при динамическом изгибе стержня с переменными параметрами методом Пеано» с. 64

Рассчитываются собственные частоты и формы поперечных колебаний тонкого стержня с параметрами, зависящими от продольной координаты. Методом Пеано решается уравнение Бернулли–Эйлера с переменными коэффициентами жесткости и инерции при различных типах краевых условий на концах стержня. Исследуется сходимость решения, приводится оценка погрешности. Выведены дисперсионные уравнения, показана эффективность метода. Приведено сравнение с результатами, полученными ВКБ методом. Изложенные подходы могут использоваться как для расчета тонких стержней переменного сечения и различной формы, так и для случая функционально-градиентных материалов, когда модуль Юнга и плотность материала зависит от продольной координаты. Численные примеры даны в контексте практической оценки остаточной прочности образцов для экспериментального исследования усталости металлических сплавов при высокочастотных циклических испытаниях, основанных на общем принципе точечного резонансного нагружения.

Машанов А.Н., Дембелова Т.С., Бадмаев Б.Б. «Акустическое исследование реологических свойств полиметилсилоксановых жидкостей» с. 64-65

Проведено исследование реологических свойств гомологического ряда полиметилсилоксановых жидкостей (ПМС) акустическим резонансным методом с применением пьезокварцевого резонатора. Метод основан на изучении влияния сил добавочной связи на резонансные характеристики колебательной системы. Пьезокварц, закрепленный в точках на узловой линии, колеблется на основной резонансной частоте, совершая тангенциальные смещения. Жидкость наносится на один конец горизонтальной поверхности и накрывается твердой накладкой из плавленого кварца, подвергаясь деформациям сдвига. В работе экспериментально определены комплексный модуль сдвиговой упругости, эффективная вязкость и тангенс угла механических потерь при частоте сдвиговых колебаний 73 кГц, рассчитана частота релаксации наблюдаемого вязкоупругого процесса в жидкостях. Проведено исследование модуля сдвига ПМС от величины сдвиговой деформации.

Мелентьев В.В., Беленьков Р.Н., Сычев А.В. «Акустическая индикация фазового перехода в ионных жидкостях с имидазольными и пиридиновыми основаниями» с. 65

Рассмотрены новые экспериментальные данные по скорости прохождения ультразвуковых волн в ионных жидкостях с имидазольными и пиридиновыми основаниями. Скорость ультразвука была исследована в однофазной области на частоте 3.3 МГц в интервале давлений от 0.1 МПа до 196 МПа и в диапазоне температур от 293–373 К. В статье рассмотрены особенности поведения скорости распространения ультразвуковых волн вблизи точек замерзания ионных жидкостей.

Симаков И.Г., Гулгенов Ч.Ж., Базарова С.Б., Артемьева К.В. «Исследование дебаевской диэлектрической релаксации в адсорбированной воде акустоэлектрическим методом» с. 65

Используя изотермы изменения скорости поверхностных акустических волн (ПАВ) в процессе полимолекулярной адсорбции, определены действительная и мнимая части диэлектрической проницаемости адсорбированной воды. Адсорбция водяного пара осуществлялась на оптически полированную поверхность адсорбента – звукопровода, который представляет собой пластину пьезокристалла ниобата лития YZ-среза. В качестве инструмента исследования применялись поверхностные акустические волны рэлеевского типа в диапазоне частот 20–400 МГц, которые возбуждались и регистрировались встречно-штыревыми ПАВ-преобразователями. Изучены частотные зависимости действительной и мнимой частей комплексной диэлектрической проницаемости адсорбированной воды. Для разных значений толщины адсорбционного слоя в исследуемом диапазоне частот обнаружено наличие процесса диэлектрической релаксации, который хорошо интерпретируется теорией Дебая с одним временем релаксации. Время диэлектрической релаксации адсорбированной воды зависит от толщины адсорбционного слоя и существенно (на 2–3 порядка) превышает время релаксации воды в объемной жидкой фазе.

Смирнов И.Ю., Дричко И.Л. «Бесконтактное определение параметров и механизмов проводимости низкоразмерных полупроводниковых структур акустическими методами» с. 65-66

Низкоразмерные системы зачастую имеют сложное многослойное строение, поэтому их изучение традиционными методами на постоянном токе осложняется необходимостью создания высококачественных оригинальную процедуру определения абсолютных величин параметров наноструктур (двумерных электронных/дырочных систем GaAs/AlGaAs, Si/SiGe, Ge/SiGe, InGaAs/InAlAs/GaAs, графена и массивов квантовых точек) с использованием бесконтактного акустического метода, а точнее его гибридного варианта, позволяющего проводить измерения и в непьезоэлектрических материалах. Суть метода заключается в использовании поверхностных акустических волн (ПАВ), генерируемых на поверхности пьезоэлектрического кристалла (LiNb₃) с помощью встречно-штыревых преобразователей. Распространение ПАВ по поверхности кристалла, сопровождается переменным электрическим полем, проникающим в исследуемый образец, размещаемый на поверхности LiNbO₃. Взаимодействие этого поля с носителями заряда в образце приводит к появлению токов и выделению джоулева тепла, и, соответственно, поглощению (Г) и изменению скорости (Δν/ν) ПАВ. Из одновременных измерений Г и Δν/ν при температурах T=1.5–4.2 К в магнитном поле B=0–8 Тл, мы определяем высокочастотную проводимость σ^AC=σ₁–iσ₂, ее зависимость от интенсивности ПАВ (W), T, B. Анализ экспериментальных зависимостей σ₁(W, B, T) дает возможность определить параметры наноструктуры: концентрацию носителей тока, их подвижность, транспортное и квантовое времена релаксации, время релаксации энергии, величину деформпотенциала и другие характеристики. Определение же соотношения между σ₁ и σ₂, а также их зависимости от частоты ПАВ позволяет идентифицировать механизмы проводимости.

Дацук Е.Р., Кузнецова И.Е., Смирнов А.В. «Обратные акустические волны в структурах, содержащих пьезоэлектрические пленки и пластины, характеризующиеся сильной анизотропией» с. 66

Проведено теоретическое исследование распространения обратных акустических волн в пластинах, характеризующихся сильной анизотропией. Построены дисперсионные зависимости акустических волн различных типов и порядков для различных кристаллографических ориентаций в пластинах из таких материалов как теллур, титанат бария, йодат лития, парателлурит. Обнаружено, что в парателлурите, теллуре и йодате лития присутствуют ветви, соответствующие обратным волнам. Показано, что частотная область существования обратных волн в пластинах исследуемых кристаллов, несмотря на их сильную анизотропию, достаточно мала, что может быть связано с небольшой пьезоактивностью указанных материалов. В связи с этим проведены теоретические расчеты влияния тонких слоев из сильных пьезоэлектриков на обнаруженные обратные волны. На примере слоистых структур с подложкой из теллура и пленками ниобата лития и ниобата калия была показана возможность увеличения ширины частотного диапазона существования обратной акустической волны при увеличении толщины пленки. Также были рассчитаны зависимости температурных коэффициентов скорости и задержки указанных волн от нормированной толщины пластины. Обнаружено, что этот параметр на порядок выше для обратных волн, в отличие от прямых волн в пьезоэлектрических пластинах. Данный факт представляет интерес для разработки высокочувствительных температурных датчиков.

Зайнутдинова Д.А., Горбунова О.А., Теляшов Д.А. «Расчетно-экспериментальные исследования взаимодействия пульсирующих газовых потоков с дискретными механическими частицами» с. 66-67

Пульсациями потоков возможно интенсифицировать явления тепло- и массопереноса, например, для сушки, экстракции или химических реакций. Несмотря на это, промышленная реализация таких технологий все еще ограничена. В частности, это связано с недостаточным пониманием влияния основных факторов (амплитуды и частоты) на механизмы ускорения тепло- и массобмена и результирующую динамику частиц. Пульсация порождает колебания скорости, давления и температуры, интенсифицируя тепломассоперенос до пяти раз по сравнению со стационарным потоком газа. Исследователи отмечают усиление тепломассообмена с увеличением амплитуды пульсаций, тем самым называя ее наиболее влияющим фактором, и уменьшением размера частиц. Разработана математическая модель взаимодействия пульсирующего газового потока с дискретными механическими частицами, адекватность ее проверена экспериментально на лабораторном стенде.

Турчин П.П., Турчин В.И., Бурков С.И., Чулкова М.Ю., Одинцов М.Б. «Температурные зависимости скоростей акустических волн в монокристаллах YAL₃(BO₃)₄» с. 67

Эхо-импульсным ультразвуковым методом исследованы температурные зависимости соростей объемных акустических волн в монокристаллах иттриевого алюмобората YAl₃(BO₃)₄ немагнитного представителя семейства тригональных редкоземельных оксиборатов RMe₃(BO₃)₄ (где R=Y, La-Lu; M=Fe, Al, Cr, Ga, Sc). Для отдельных акустических мод получены положительные значения температурных коэффициентов скорости.

Максимов Г.А., Савицкий О.А. «Исследование характеристик чувствительности цилиндрического пьезопреобразователя с учетом акустического оформления» с. 67

Рассмотрена модель работы пьезоэлектрического приемника звукового давления. Представлены результаты исследований влияния геометрических и механических параметров конструктива цилиндрического пьезопреобразователя на частотные характеристики чувствительности для различных вариантов примененных активных материалов, включая пьезополимеры и пьезокомпозиты. Показано определяющее влияние механических свойств материала подложки активного элемента на чувствительность пьезопреобразователя.

Буланов А.В. «Влияние ультразвука на лазерный пробой и оптическую эмиссию в жидкости» с. 67-68

Оптический пробой в жидкости, генерируемый сфокусированным лазерным импульсом, всегда сопровождается оптической эмиссией и генерацией интенсивного импульса звука из зоны пробоя. Особенности пробоя лазерным излучением в толще жидкости имеет важное значение для оптической спектроскопии элементов в жидкости. В жидкостях обычно применяется пробой на поверхности жидкостей, при этом в качестве помехи для спектроскопии растворенных элементов выступают линии атмосферных газов. Работа посвящена исследованию акустической и оптической эмиссии, сопровождающих оптический пробой в жидкости, генерируемых сфокусированным лазерным излучением в жидкости. Выявлено усиление интенсивности высвечиваемых спектральных линий химических элементов при лазерном пробое в присутствии ультразвука. Установлена связь между порогами оптического пробоя и порогами ультразвуковой кавитации в реальной жидкости, которая связана с присутствием в жидкости докритических наноразмерных зародышей.

Рочев А.М., Микушев В.М., Чарная Е.В., Нефёдов Д.Ю., Заговорич А.Д. «Эффективность спин-фононной связи в условиях насыщения сигнала ЯМР» с. 68

Эффективность взаимодействия тепловых фононов с ядерными спинами определяет скорость спин-решеточной релаксации ядер. Представлены результаты по снижению эффективности спин-фононной связи через подавление вклада парамагнитных центров в релаксацию квадрупольных ядер. Для достижения подавления использовалось стационарное магнитное поле на ларморовской частоте. Показано, что в области отрицательной средней спиновой температуры скорость спин-решеточной релаксации для ядер ²³Na в кристалле фторида натрия при магнитном насыщении сигнала ЯМР не меняется. Существенное замедление релаксации спинов ²³Na зафиксировано в области положительной средней спиновой температуры, при этом восстановление ядерной намагниченности со временем после возмущения описывается суммой двух экспонент. Выявлено неполное подавление релаксации с участием индуцированных облучением центров окраски. Полученные результаты могут быть использованы для исследования в реальных кристаллах парамагнитных центров малых концентраций с применением стандартных методик промышленных спектрометров ядерного магнитного резонанса.

Кедрова Г.Е., Миронова Н.И. «Фонетическая школа Л.В. Златоустовой как синтез учебной и научной теорий изучения звучащей речи» с. 69

Научное наследие заслуженного профессора МГУ, действительного члена Международной академии информатизации, члена Президиума Акустического общества, члена Международной комиссии по фонетике и фонологии, члена Комиссии по фонетике и фонологии при РАН Любови Владимировны Златоустовой сегодня объединяет самый широкий круг исследователей звучащей речи: лингвистов, инженеров-речевиков, лингвокриминалистов, методистов-преподавателей русского языка как иностранного, стиховедов, исследователей певческой речи и биологов, изучающих коммуникативную (сигнальную) систему морских млекопитающих. Воспитанная на идеях выдающегося русского филолога, представителя Казанской лингвистической школы В.А. Богородицкого, создавшего в Казанском университете первую в мире лабораторию экспериментальной фонетики, Л.В. Златоустова продолжила обучение в аспирантуре Ленинградского университета в Лаборатории экспериментальной фонетики имени Л.В. Щербы и в 1968 г. возглавила Лабораторию фонетики и речевой коммуникации филологического факультета Московского университета. Разработанная ею теоретическая и практическая система изучения через звучащую речь базовых механизмов функционирования языка, которая постоянно развивалась и совершенствовалась в процессе преподавания студентам Отделения теоретической и прикладной лингвистики филологического факультета МГУ и слушателям единственного в России Отделения лингвокриминалистики, является примером удачного синтеза учебной и научной теорий изучения звукового строя русского языка. Представлены основные результаты развития идей Л.В. Златоустовой в современной акустической и перцептивной фонетике, сопоставительной фонетике языков разного строя, в изучении выражения эмоций в звучащей речи, просодии стиховой речи, автоматическом распознавании и лингвистической экспертизе речи, разработке компьютерных учебников.

Курьянова И.В., Потапова Р.К., Потапов В.В. «Акустические корреляты перцептивно слуховых признаков степени эмоциональности спонтанной и подготовленной устной речи» с. 69-70

Одним из актуальных вопросов современной криминалистики в настоящее время является задача определения эмоционального состояния говорящего для оценки его возможности давать показания, а также обнаружение объективных признаков спонтанности или подготовленности, а также степени подготовленности его речи на основе акустического анализа фонограмм. Задача различения неподготовленной или подготовленной продуцируемой устной речи, которая может быть решена посредством применения специальных акустических и перцептивно-лингвистических знаний, является особенно значимой для современной криминалистики при исследовании видеозаписей допросов и иных следственных действий, когда допрашиваемый заявляет, что (а) показания даны им не самостоятельно, а по подсказке допрашивающего (задавались наводящие вопросы), (б) показания даны под давлением (принуждением), (в) у следствия имеются сомнения в достоверности показаний, причины предполагать оговор или самооговор. Как правило, специалисты в области фоноскопической экспертизы, выделяют ряд лингвистических особенностей, характерных для спонтанной и/или как подготовленной, так и квазиподготовленной устной речи. Исследование акустических коррелятов перцептивно-слуховых особенностей спонтанной и подготовленной речи на сегментном и супрасегментном уровнях позволят объективизировать результаты экспертного анализа устной речи при определении степени спонтанности продуцируемой речи и степени ее подготовленности.

Караваева В.Г., Андросова С.В., Морозова О.Н. «Акустические характеристики эвенкийских долгих и кратких гласных: к проблеме автоматизации замеров» с. 70

Целью настоящего исследования является проверка возможностей автоматизации замеров F1 и F2 эвенкийских кратких и долгих гласных, а также их длительности в речи мужчин женщин старшего возраста на основе средств автоматического анализа данных аннотированного корпуса звучащей речи. Материалом для исследования послужили изолированные слова в троекратном произнесении, начитанные рамочные конструкции и тексты разных жанров (спонтанная речь, фольклор и др.) из аннотированного корпуса эвенкийского языка, созданного на базе лаборатории фонетики Амурского государственного университета (2011–2023 гг.). Аннотирование речевых образцов производилось вручную опытным сегментатором, затем оценивалось и корректировалось тремя экспертами в области акустики речи и эвенкийской фонетики. Записанный в орфографии материал в формате txt с помощью автоматического транскриптора, разработанного на кафедре иностранных языков АмГУ, был переведен в аллофонную транскрипцию. Файлы с аллофонной транскрипцией были использованы для расширения объема аннотированного корпуса и автоматического создания предварительной разметки соответствующего уровня в формате TextGrid посредством Praat скрипта. Затем был произведен автоматический сбор значений F1, F2 и длительности для дальнейшего экспертного анализа. Результаты их сравнения с замерами, сделанными вручную, показали их высокую сопоставимость. Это означает, что апробированный инструмент будет пригоден для оптимизации акустической обработки звучащей эвенкийской речи больших объемов. Перспективу исследования составит, во-первых, дальнейшая тренировка акустической модели для более эффективной работы инструмента автоматической разметки корпуса.

Померанцев Н.Д. «Акустический анализ фоносемантических центров вокализма (на материале православной риторики)» с. 70-71

Большинство известных нам культур издревле вкладывает глубокое сакральное значение в силу звука и звучащего слова. Магия, религия и наука сходятся в том, что слово обладает огромным потенциалом воздействия на человека. Одним из вопросов, вызывающих активный интерес у современных языковедов является разностороннее изучение воздействия религиозных текстов на человека. Одним из источников эмоционального воздействия речи на реципиента является свойство звуковой изобразительности языка, проявляющееся в звуковом символизме. Ранее нами были изучены и определены некоторые фоносемантические маркеры в текстах православных молитв, что подтолкнуло нас к изучению их спектральных характеристик. Предполагается, что вокализм играет важную роль в оказываемом эмоциональном воздействии. Приведен обзор результатов поискового исследования, состоящего в акустическом анализе образцов вокализма в православной молитве "Отче Наш". Материалом послужили записи молитвы на разных распевах.

Столярова Э.И. «Моделирование механизмов слуховой обработки речевых сигналов» с. 71

В 2024 г. исполняется 100 лет со дня рождения Людмилы Андреевны Чистович (1924–1986) и Валерия Александровича Кожевникова (1924–1981), возглавлявших научные коллективы лаборатории физиологии речи (Чистович Л.А. – в 1961–1985 гг.) и биофизики речи (Кожевников В.А. – в 1961–1981 гг.). Центральной задачей проводимых работ в те годы являлось выяснение принципов обработки речевых сигналов в слуховой системе человека в рамках решения общей проблемы восприятия речи. Существенную роль при решении этой задачи сыграло моделирование механизмов слуховой обработки речевых сигналов, использовавшее данные нейрофизиологических и психоакустических исследований того времени. Представлены реально функционировавшие аналоговые модели и их цифровое воплощение: – Линейная модель слухового спектрального анализатора и модель двухтонового подавления. – Модель механизмов обработки огибающей сигнала в частотных каналах слуховой системы. Продемонстрированы изображения различных речевых сигналов на выходе моделей по типу традиционных спектрограмм. До настоящего времени модельные представления представляют интерес для интерпретации результатов психоакустических экспериментов, также для выявления возможных причин возникновения нарушений слуха, речи, чтения и письма (например, за счет ошибочной сегментации речевого потока или десинхронизации моментов выделения границ сигналов в различных частотных каналах спектрального анализатора)

Куражова А.В. «Распознавание эмоционального состояния детей-близнецов в возрасте 4–6 лет» с. 71-72

Рассматривается вопрос о возможности распознавания эмоционального состояния детей-близнецов при взаимодействии с матерью. В исследовании приняли участие 5 пар дизиготных близнецов в возрасте от 4 до 6 лет. Проводили аудиозапись речи детей в ситуациях спонтанного взаимодействия с матерью и в ситуации диалога на заданную тему. Составлены аудиотесты, включающие фрагменты взаимодействия матери с каждым из детей. Аудиотесты прослушивали эксперты с опытом работы в области речевых исследований и аудиторы без опыта, определяли степень выражености эмоций и эмоциональное состояние – нейтральное, радость, печаль, гнев. Осуществляли инструментальный спектрографический анализ фраз и слов детей в звуковом редакторе Cool Edit Pro. В речи вторых по порядку рождения детей по данным экспертного анализа выялено больше фраз, в которых дети изменяют интонацию, и соответственно больше фраз, которые эксперты отнесли к категории “эмоциональных”. Показано, что вторые по порядку рождения дети имеют более высокие значения частоты основного тона и формантных частот гласных по сравнению с первыми по порядку рождения детьми.

Клешнев Е.А., Ляксо Е.Е. «Отражение эмоциональных состояний в речи подростков 12–14 лет: с типичным развитием и интеллектуальными нарушениями» с. 72

Цель исследования – сравнительный анализ отражения эмоциональных состояний в речи типично развивающихся подростков и подростков с интеллектуальными нарушениями. В исследовании приняли участие 25 детей: 15 детей с типичным развитием (ТР) (8 мальчиков, 7 девочек); 10 детей с интеллектуальными нарушениями (ИН) (5 мальчиков, 5 девочек). Ребенку предлагали изобразить голосом пять эмоциональных состояний “радость–нейтральное (спокойное) состояние–печаль–гнев–страх”, произнося тексты бессмыслицы. Спектрографический анализ речи детей проводили в программе “Cool Edit Pro 2.0”. Считали: длительность; значения частоты основного тона (ЧОТ); минимальные и максимальные значения ЧОТ; вариативность ЧОТ; значения интенсивности по фразе, ударному слову и ударному гласного. В перцептивном эксперименте приняли участие 10 аудиторов, результаты перцептивного анализа представляли в виде матриц спутывания. Выявлены различия в акустических характеристиках эмоциональной речи подростков с ТР и ИН: у мальчиков – длительность ударного слова выше у подростков с ИН в нейтральном состоянии и состоянии печали; у девочек – минимальные значения ЧОТ ударного слова выше у подростков с ИН в нейтральном состоянии и состоянии радости. По результатам перцептивного эксперимента показано, что ТР подростки лучше отражают состояния печали и гнева в голосе по сравнению с подростками с ИН. ТР мальчики лучше отражают эмоции по сравнению с мальчиками с ИН.

Николаев А.С., Ляксо Е.Е. «Распознавание эмоционального состояния детей с расстройствами аутистического спектра по характеристикам речи» с. 72

Цель исследования – изучение распознавания взрослыми эмоционального состояния детей в возрасте 5–14 лет с расстройствами аутистического спектра (РАС), n=35, и типично развивающихся (ТР) детей, n=47. Проведен слуховой перцептивный эксперимент, в котором приняли участие взрослые носители русского языка (аудиторы), n=206. Созданные для перцептивного эксперимента тестовые последовательности (аудиотесты) содержали фразы детей с РАС и ТР детей, отобранные из записей спонтанной речи. Перед аудиторами стояла задача на основе слухового восприятия эмоциональное состояние ребенка: комфорт – нейтральное состояние – дискомфорт. Проведен спектрографический анализ фраз детей с РАС и ТР детей. Анализ акустических характеристик речи детей показал, что состояние дискомфорта у детей с РАС характеризуется максимальными значениями длительности, частоты основного тона (ЧОТ) и ее вариативности по фразам, словам, ударных и безударных гласных по сравнению с соответствующими характеристиками для состояния комфорта и нейтрального состояния. Минимальные значения показаны для нейтрального состояния.

Мещеряков Р.В. «Проблемы обработки слабоструктурированной речевой информации в условиях акустических шумов» с. 73

Развитие современных технологий обработки слабоструктурированной речевой информации идет в направлении улучшения больших языковых моделей за счет изменения структуры систем обработки информации и улучшения качества обучающих выборок. Наличие акустических шумов с одно стороны, является фактором для ограничения применимости методов, с другой стороны, для увеличения объемов обучающих выборок на хорошие речевые данные накладываются различные акустические шумы. Очевидно, что для аудитора необходим очищенный от шума сигнал, но для автоматической обработки это не требуется. Ограничения существующих подходов требуют установления более сложных зависимостей с учетом слабой структуризации информации речевого сигнала и формирование метаописания речевого потока. Рассматриваются и классифицируются проблемы на различных уровнях иерархии речевой системы, делаются выводы о применимости различных методов и алгоритмов обработки речевой информации.

Столбов М.Б. «Разделение прямой и диффузной компонент звука при оценке разборчивости речи в помещении» с. 73

Компьютерные методы акустики получили в настоящее время широкое применение. Тем не менее натурные измерения по-прежнему положены в основу многих методик и стандартов расчета параметров звука в помещениях. В работе рассмотрена задача разделение прямой и диффузной компонент звука для оценки разборчивости речи в помещении. Предложена экспериментальная методика, основанная на применении двухканального временного адаптивного фильтра, на опорный и основной вход которого подаются сигналы ближнего и удаленного микрофона соответственно. Задержка сигнала опорного канала и длина фильтра задаются таким образом, чтобы ранние отражения в опорном и основном каналах не были коррелированными. В результате на выходе опорного канала формируется оценка прямой компоненты сигнала, а на выходе основного канала – оценка и диффузной компоненты. Это позволяет оценить отношение интенсивностей прямого и диффузного звука и радиус реверберации для разных интервалов частот модуляционного спектра. Полученные результаты могут быть применены при оценке разборчивости речи в помещении, разработке мероприятий по дистанционному сбору речевой информации.

Чучин И.С., Поликанова В.А., Дмитриев В.Т. «Адаптивный алгоритм первичного и помехоустойчивого кодирования, обеспечивающий хорошее качество речи» с. 73

Описаны низкоскоростные и помехоустойчивые кодеки, разработан алгоритм универсального первичного кодека с использованием помехоустойчивых кодеков, адаптивного к скорости и условиям передачи сообщений. Предложены различные сочетания низкоскоростного первичного и помехоустойчивого кодирования речевых сигналов.

Харламов А.А., Верхлютов В.М., Бородин Н.С. «Речевой сигнал в решении обратной задачи для выявления коннектома» с. 74

Выявление коннектома является наиболее актуальной задачей в электроэнцефалографии и магнитоэнцефалографии в настоящее время. Одним из путей решения этой задачи является использование свертки несущего (в данном случае – речевого) сигнала с записями ЭЭГ (МЭГ). В этом случае матрица J диполей тока как источников на промежутке времени записи ЭЭГ, связана с матрицей S признаков – огибающей речевой волны на том же промежутке времени – через так называемую матрицу функций нейротокового отклика Ф. Матрица измеренных ЭЭГ-сигналов Y связана с матрицей диполей тока J через так называемую матрицу поля L. Если бы нам была известна фоновая активность мозга, то вычисление диполей тока могло бы быть осуществлено решением задачи максимального правдоподобия минимизацией функции ||Y-LФS||². Чтобы смягчить некорректный характер этой постановки (отсутствие знаний о фоновой активности), гладкий временной ряд аппроксимируется ядрами Габора из словаря G: Ф=TTG^Т и S'=G^ТS, и теперь надо решать задачу максимального правдоподобия для функции ||Y-LTS'||² с использованием алгоритма Champ–Lasso. Однако речевой сигнал и энцефалограмма в традиционных алгоритмах являются сигналами, представленными в разных частотных масштабах. Для соотнесения речевого и ЭЭГ (МЭГ) сигналов в рамках свертки, которая используется для выявления коннектома (речевой сигнал – одно(двух-)канальный временной ряд и ЭЭГ (МЭГ) сигнал – временной ряд с числом каналов, равным числу отведений) необходимо к несущему сигналу применить преобразование Гильберта и полученную огибающую речевого сигнала синхронизировать с ЭЭГ сигналами, для чего спроецировать точки информативности огибающей на энцефалограмму. Дальнейший анализ осуществляется исключительно для размеченной энцефалограммы.

Кузнецова Т.Г., Фролова О.В., Голубева И.Ю., Ляксо Е.Е. «Эмоции в вокализациях макак резус: к вопросу о возможности определения человеком» с. 74

Вопрос о существовании базовых эмоций, сходстве их проявления у людей из разных культур, у человекообразных обезьян достаточно широко изучается. Единичными являются исследования вокализаций макак и возможности распознавания их эмоциональных состояний по голосу, что определило цель настоящего исследования. Проведен перцептивный эксперимент, направленный на распознавание людьми – специалистами в области акустики речи и без профессионального опыта, эмоциональных состояний “радость–нейтральное (спокойное)–печаль–гнев” по вокализациям макак. Специалистами, работающими с макаками резус, осуществлена запись, последующий отбор вокализаций, их аннотирование в соответствии с поведенческой ситуацией. Идеология исследования и выбор состояний базируется на подходе, используемом в методике “CEDM”. Обсуждаются результаты перцептивного эксперимента и перспективы дальнейшего развития темы.

Алексеев Д.М., Гусев В.А. «Среднее поле разрывных волн в одномерной случайно неоднородной среде» с. 75

Рассмотрены особенности построения уравнений для среднего поля интенсивных акустических сигналов, распространяющихся в случайно-неоднородной среде и содержащих разрывы во временном профиле. Проведено сравнение различных подходов к получению таких уравнений. Показано, что, несмотря на сглаживание профилей в среднем, наличие разрыва в профиле, необходимо учитывать до проведения операции усреднения. Получено точное выражение для среднего поля исходного треугольного сигнала.

Бахтин В.К., Гурбатов С.Н., Дерябин М.С., Касьянов Д.А. «Экспериментальное исследование дифракции интенсивного акустического пучка на препятствии в виде полуэкрана» с. 75

Приводятся результаты физического эксперимента по исследованию процесса эволюции интенсивного акустического пучка после прохождения препятствия, которое представлено в виде полуэкрана, который делит пучок на две равные части по одной из координат и пропускает дальше лишь одну из них. Для формирования пучка использовался плоский пьезокерамический преобразователь с центральной частотой 2 МГц. Препятствие установлено за последним дифракционным максимумом. В исследуемой области за препятствием снята серия поперечных разрезов поля для различных расстояний от препятствия, а также для различных интенсивностей акустического пучка. Показано, что эволюция пучка за препятствием определяется совместным проявлением дифракционных и нелинейных эффектов. Продемонстрировано, что поведение пучка за препятствием существенно зависит от его интенсивности. Проведено численное моделирование на основе уравнений Хохлова–Заболотской–Кузнецова и Вестервельта, предварительные результаты которого подтверждают полученные экспериментальные результаты.

Гусев В.А. «Трансформация сдвиговых волн с эллиптической поляризацией в кубично нелинейных средах» с. 75-76

Рассмотрено распространение сдвиговых волн большой интенсивности с эллиптической поляризацией. Как известно, для сдвиговых волн в однородных средах основным типом нелинейности является кубичная. Получено точное решение, описывающее трансформацию временного профиля и поляризации сдвиговых волн с произвольной начальной поляризацией. Отмечено, что в зависимости от начальной поляризации реализуются различные условия распространения сдвиговых волн – от сильно нелинейного распространения для волн с линейной поляризацией до линейного распространения для волн с круговой поляризацией. В случае начальной круговой поляризации проявляется эффект нелинейной дисперсии – зависимости скорости волны от ее амплитуды, при этом нелинейного искажения временного профиля не происходит. Рассчитано искажение поляризации сдвиговых волн для исходной эллиптической поляризации. Предложены подходы к определению нелинейных параметров среды.

Квашенникова А.В., Юлдашев П.В., Есипов И.Б., Хохлова В.А. «Особенности нелинейной генерации и распространения волны разностной частоты в неоднородном мелководном акустическом волноводе» с. 76

Исследован процесс генерации и распространения акустической волны разностной частоты, генерируемой при нелинейном взаимодействии интенсивных высокочастотных волн накачки в мелководном акустическом волноводе с неоднородной по глубине скоростью звука. Задача решена численно в трехмерной постановке для квазилинейного и ударноволнового режимов работы подводного параметрического высокочастотного излучателя двухчастотной накачки с частотами 135–145 кГц и 150 кГц. Разработанная авторами ранее трехмерная численная модель решения параболического уравнения Хохлова–Заболотской–Кузнецова в спектральном представлении в свободном поле, позволяющая описывать режимы образования фронтов в профиле нелинейной волны, обобщается на случай неоднородной среды и учитывает наличие отражений от дна и поверхности, что приводит к большей локализации и дальности распространения низкочастотного излучения. Получены результаты для полей волн накачки и волны разностной частоты для различных моделей: изоскоростной волновод глубиной 2 м с мягкими границами и излучателем, расположенным на расстоянии 50 см от дна; свободное пространство с симметричным параболическим профилем скорости звука; полупространство с мягким дном и волновод с мягкими границами с полупараболическим профилем скорости звука, соответствующим данным экспериментов с подводным излучателем, расположенным ближе ко дну. Проанализированы отличия в структуре поля в квазилинейном и ударноволновом режимах работы излучателя.

Комаровский К.О., Гусев В.А. «Акустические явления при распространении интенсивной волны через трубку переменного сечения с учетом присоединенной массы» с. 76

Рассмотрены явления, возникающие при распространении акустических волн в узких трубках переменного сечения. Задан закон изменения поперечного сечения трубки специального вида. Исследован режим туннелирования волны через сужение узкой трубки, описываемой данный законом. Учтено влияние присоединенной массы на границах области сужения трубки. Построены частотные зависимости коэффициента прохождения волны по энергии, а также показаны отличия этих коэффициентов через трубку с присоединенной массой и без нее. Показано, что условия туннелирования ухудшаются: это выражается в уменьшении значения коэффициента прохождения волны в диапазоне частот, где наблюдался режим туннелирования без учета присоединенной массы, и в сокращении самого диапазона частот.

Нартов Ф.А., Карзова М.М., Хохлова В.А. «Влияние размеров центрального отверстия мощных фокусированных излучателей на параметры нелинейного ультразвукового поля в фокусе» с. 77

Для описания нелинейных эффектов в полях мощных излучателей фокусированного ультразвука, форма которых близка к аксиально-симметричной, удобной моделью является модель эквивалентного источника в виде сферического сегмента с равномерным распределением колебательной скорости на его поверхности. Параметры эквивалентного источника (диаметр, фокусное расстояние и амплитуда) подбираются таким образом, чтобы максимально точно аппроксимировать фокальную область поля исходного излучателя вдоль оси пучка. Для численного расчета нелинейных полей, создаваемых аксиально-симметричными фокусирующими источниками, существуют комплексы программ общего доступа, например, “HIFU-beam”. Большое число излучателей, использующихся в неинвазивной ультразвуковой хирургии, имеют аксиально-симметричную форму с круглым отверстием в центре для размещения диагностического датчика с целью визуализации воздействия. В данной работе было исследовано влияние размеров центрального отверстия в излучателе в виде сферического сегмента на параметры создаваемого им нелинейного поля в фокусе и оценка возможности применения модели эквивалентного источника без отверстия. Рассмотрены конфигурации излучателей с различными волновыми размерами, полными углами схождения (от 45 до 70°), диаметром центрального отверстия (до 70% от диаметра излучателя). Проведено сравнение нелинейных акустических полей, генерируемых исходными излучателями и соответствующими эквивалентными источниками. Показано, что присутствие центрального отверстия существенно влияет на параметры нелинейного поля в фокальной области. Установлено, что модель эквивалентного источника может быть применима лишь в случае малых диаметров отверстия в исходном излучателе (меньше 15% от диаметра излучателя).

Михалев Е.С., Кокшайский А.И., Одина Н.И., Коробов А.И., Ширгина Н.В. «Экспериментальное исследование нелинейных упругих свойств фотополимера» с. 77

Фотополимерные материалы отличаются от других полимерных материалов тем, что их структура способна меняться под воздействием света. Это происходит благодаря наличию в составе фоточувствительных молекул, которые реагируют на определенные длины волн света, инициируя химические реакции полимеризации. Этот процесс позволяет фотополимерам быть использованными в различных областях, таких как трехмерная печать, производство микросхем и медицина, где требуется точное и контролируемое формирование деталей. Ранее акустическими методами были исследованы зависимости коэффициента затухания и фазовой скорости от частоты, а также влияние параметров печати на механические свойства фотополимеров. Целью настоящей работы было экспериментальное исследование линейных и нелинейных упругих модулей образца фотополимера (марки anycubic basic), приготовленного методом 3D печати. Печать образца была осуществлена на 3d-принтере anycubic photon mono по технологии SLA-LCD из белой смолы anycubic basic с длиной волны полимеризации 405 нм. Измерения проводились методом Терстона–Браггера. Скорость распространения продольных и сдвиговых упругих волн в образце, измеренная эхо-импульсным методом в трех направлениях вдоль осей: X, Y, Z, оказалась в пределах погрешности эксперимента одинаковой, что позволило применить приближение изотропного твердого тела. Были определены все независимые компоненты тензора упругости второго и третьего порядка исследуемого образца.

Собисевич А.Л., Преснов Д.А., Шуруп А.С. «Сейсмоакустические методы оценки параметров волноводов арктического типа: теоретические аспекты и практические измерения» с. 78

Арктика является одним из наиболее перспективных регионов Земли как с точки зрения поиска и освоения полезных ископаемых, так и в силу усиливающегося геополитического значения этого региона. Эффективные методы мониторинга арктического региона основаны на использовании сейсмоакустических полей, генерируемых индуцированными геодинамическими процессами в системе “литосфера–гидросфера–ледяной покров”. Эти волновые поля содержат полезную информацию о глубинных подземных структурах и гидроакустической обстановке в регионе, что позволяет разрабатывать технологии мониторинга больших пространств воды, покрытых слоем льда в Северном Ледовитом океане. На примере обработки экспериментальных данных, полученных при помощи геофонов и нового класса буев вмораживаемого типа, установленных на ледовом покрове и измеряющих вертикальную компоненту колебательной скорости, демонстрируется возможность оценки частотно-временных характеристик отдельных модовых, составляющих полного сейсмоакустического поля, формирующихся в ледовых условиях. Приводятся результаты экспериментальных работ, проведенных на Земле Франца-Иосифа, на Ладожском озере и Байкале. Описывается опыт использования как одиночных автономных датчиков, так и протяженных антенн. Проведены теоретические и экспериментальные исследования особенностей распространения сейсмоакустических сигналов в условиях акватории, покрытой льдом в рамках стандартной математической модели арктического волновода в виде “литосфера–гидросфера–ледяной покров”. Показано теоретически и подтверждено в натурных экспериментах, что интенсивные шумы льда могут быть полезны для оценки физических параметров ледового покрова. С использованием метода шумовой интерферометрии и геогидроакустических ледовых буев нового поколения показана возможность измерения групповой скорости изгибно-гравитационной волны в ледовом покрове вдоль достаточно протяженной трассы. Выполненная инверсии данных пассивного эксперимента показала согласие с результатами прямых контактных измерений. Развиваемая технология мониторинга физических параметров акватории при наличии ледового покрова в автономном – не требующем участия человека режиме, представляется перспективной, в особенности для применения в крайне суровых условиях Арктики. Содержание охватывает основные положения монографии авторов “Сейсмоакустика шельфовых морей”, принятой к публикации в 2024 году

Гусева Е.К., Голубев В.И., Петров И.Б. «Определение индикаторов миграции газа в недрах вечной мерзлоты методами численного моделирования» с. 78-79

Интенсивная эмиссия метана в атмосферу в прибрежных зонах Арктического региона может представлять опасность для окружающей среды из-за повышения температуры и усиления парникового эффекта. Дополнительно взрывной выброс газа может привести к разрушению инфраструктуры. В связи с этим появляется необходимость выявления газовых карманов, что может быть сделано, например, методами сейсмической разведки. Численное моделирование процесса распространения сейсмических волн в гетерогенных средах позволяет получить синтетический сейсмический сигнал от заданных моделей геологической среды. В работе строится макет слоистого многомерзлого песчаного грунта с криволинейными границами между пластами и различным числом газовых резервуаров. Изменение положения резервуаров моделирует распространение метана в вертикальном и горизонтальном направлениях. Для описания сейсмических волн в данных моделях используется определяющая система уравнений изотропной линейной теории упругости. Для ее численного решения в двумерной постановке применяется сеточно-характеристический метод. Источник сейсмического сигнала – точечный, со временной зависимостью импульс Рикера частотой 30 Гц. Проведенные расчеты позволяют зарегистрировать на дневной поверхности поверхностные и кратные волны. В работе большое внимание уделяется изучению трансформации отклика от группы резервуаров при увеличении их количества, оцениваются изменения времен пробега отдельных волн. Полученные результаты могут быть использованы для повышения достоверности интерпретации натурных исследований.

Жарков Д.А., Жостков Р.А. «Чувствительность поверхностной волны рэлеевского типа к изменению упругих параметров слоистых сред» с. 79

На основе модели плавного перехода (отсутствие потерь энергии при переходе поверхностной волны из одной среды в другую), проанализированы зависимости относительной амплитуды вертикальной компоненты смещений поверхностной волны рэлеевского типа от изменения скоростей продольных и поперечных волн в плоскослоистых системах. Показано, что относительный вклад скоростей упругих волн существенно зависит от выбора модели и частоты. Для однослойной системы амплитуда наиболее чувствительна к изменению скорости продольных волн. Для двухслойной системы при изменении параметров верхнего слоя вклад обоих скоростей сопоставим. В случае же изменения параметров нижнего слоя вклад изменения скорости поперечных волн становится больше. Для трехслойной системы при изменении параметров среднего слоя относительный вклад в изменение амплитуды скоростей упругих волн существенно меняется в зависимости от частоты. Отсюда следует, что без априорных ограничений на параметры среды, некорректно говорить о том, что амплитуда вертикальной компоненты поверхностной волны чувствительна только к одному параметру среды, например, к скорости поперечных волн. Хотя на доминантной частоте (на которой наблюдается наибольшая чувствительность) преобладает вклад скорости поперечных волн. При этом соответствующее значение доминантной длины волны, как показано на примере пятислойной системы, зависит от контраста между слоями и лежит в пределах от 2 до 3 толщин слоя, что подтверждает более ранние исследования.

Лебедев А.В., Манаков С.А. «Экспериментальное исследование медленной релаксации скорости звука в карбонатной горной породе» с. 79-80

Представлены результаты комплексных исследований 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.

Фаворская А.В., Кожемяченко А.А., Петров И.Б. «Моделирование упругих волновых явлений сеточно-характеристическим методом на Химерных расчетных сетках» с. 80

Рассматриваются различные модификации сеточно-характеристического метода на Химерных (наложенных) расчетных сетках для решения задач о распространении пространственных динамических волновых процессов в сложных гетерогенных средах: прямые задачи сейсмической разведки, ультразвуковой дефектоскопии, неразрушающего контроля, вибраций железнодорожного полотна при движении поезда. Прямые задачи о расчете сейсмических и ультразвуковых волн могут служить как итеративный элемент решения обратной задачи методами инверсии, так и для генерации выборок, служащих для обучения нейронных сетей, решающих соответствующие обратные задачи. Использование Химерных (наложенных) расчетных сеток позволяет точно описывать границы и контактные границы сложной формы внутри области интегрирования: учитывать сложную форму геологических слоев, наличие пор и трещин, сложную форму железнодорожных рельсов, особенностей строения железнодорожных путей (учет характеристик шпал, демпферов, насыпи, осадочных пород, наличия каверн под насыпью). Суть данного класса численных методов заключается в том, что используются одна или несколько фоновых декартовых расчетных сеток, покрывающих всю область интегрирования. А вдоль границ и контактных границ сложной формы строятся тонкие Химерные расчетные сетки, которые могут быть как декартовыми повернутыми, так и криволинейными структурированными для описания границ произвольной формы. Между фоновыми и Химерными расчетными сетками осуществляется интерполяция. Таким образом, удается сэкономить вычислительные ресурсы, так как количество вычислительных операций и затрат оперативной памяти при использовании фоновых декартовых сеток существенно меньше, чем при использовании Химерных сеток.

Фатьянов А.Г. «Метод Зоммерфельда для расчета акустических волн от жесткого штампа» с. 80

На основе решения задачи дифракции на сегменте зеркала развит новый метод расчета акустических волн от вибрирующего жесткого штампа. Решение ищется с помощью минимизации целевого функционала. Данный метод построения решения допускает бесконечное количество математически корректных решений. И только одно из них будет давать физически верное решение. Для выбора единственного решения в настоящее время повсеместно используется поведение решения в окрестности точки разрыва краевых условий (условия на ребре). В работе, следуя Зоммерфельду, для выбора единственного физически верного решения в минимизируемом функционале выражения приводятся к безразмерному виду. В итоге задача сведена к решению СЛАУ. Это позволило создать метод расчета волновых акустических полей для произвольного радиуса жесткого штампа. Применительно к вибрационным задачам получено решение для невесомого штампа в явном виде (в спектральной области). Это позволило создать метод устойчивого вычисления вибрационных волновых полей на телесейсмические расстояния. Созданная параллельная программа позволяет проводить расчеты на персональных компьютерах. Приведены расчеты полного волнового поля для жесткого штампа. Проведено сравнение волновых полей для невесомого штампа и распределенной силы.

Сапожников О.А., Асфандияров Ш.А., Цысарь С.А. «Создание фокусированных акустических пучков высокой интенсивности в воздухе с помощью 128-элементного излучателя ближнего ультразвукового диапазона» с. 81

Описывается 128-элементная излучающая ультразвуковая антенная решетка, предназначенная для создания фокусированных акустических пучков высокой интенсивности в воздухе в ближнем ультразвуковом диапазоне. Элементы решетки представляют собой пьезоэлектрические преобразователи, установленные на резьбовых стержневых держателях на акриловой сферической чаше, что позволяет не только обеспечить фокусировку, но и регулировать форму фазового фронта излучаемого ультразвукового пучка. Рабочая частота равна 35.5 кГц, диаметр излучателя и фокусное расстояние – 0.5 м. Элементы установлены плотно друг к другу, причем их центры расположены на 8 спиралях, что позволяет избежать периодичности и тем самым подавить паразитные дифракционные максимумы. Все элементы решетки электрически соединены параллельно и возбуждаются сигналом от бытового усилителя электрической мощности. Для исследования характеристик излучаемого ультразвукового пучка использован метод импульсной акустической голографии, в рамках которого с помощью синтезированной двумерной приемной решетки регистрировались сигналы акустического давления на плоскости, расположенной на расстоянии от излучателя, равном половине фокусного расстояния. Эта запись (голограмма) была использована для расчета распределения акустического поля в пространстве, а также для нахождения колебательной скорости на поверхности излучателя. В дополнение к микрофонным измерениям был проведен эксперимент по нахождению полной акустической мощности методом радиометра, в ходе которого была измерена акустическая радиационная сила, действующая на конический отражатель. Роль акустической нелинейности была теоретически изучена с использованием пакета “HIFU beam”. Показано, что в фокусе разработанной решетки достигается уровень акустического давления более 170 дБ

Рыбянец А.Н., Швецов И.А., Швецова Н.А., Цысарь С.А., Котельникова Л.М., Хохлова В.А., Сапожников О.А. «Сочетание объемного ультразвукового нагрева с поверхностным охлаждением как новый метод пространственной и временной локализации теплового воздействия на биоткани» с. 81-82

Методы современной ультразвуковой терапии основаны на использовании фокусированных излучателей, позволяющих осуществлять локализованное воздействие на ткани без повреждения кожи и окружающих целевую область участков. При этом для облучения большого объема ткани фокус приходится перемещать в пределах задаваемого объема, что увеличивает время процедуры и риск перегрева тканей на пути к фокусу. Таким образом, существует потребность в альтернативных методах и устройствах, в которых ультразвуковая энергия передается более безопасным и производительным способом. В настоящей работе представлен новый метод пространственно-временной локализации ультразвукового воздействия на подкожные ткани путем сочетания объемного нагрева с поверхностным охлаждением. Разработан ультразвуковой преобразователь, представляющий собой склейку из плоской прямоугольной пьезопластины толщиной 1 мм размером 15 на 25 мм и алюминиевой пластины толщиной 3 мм размером 25 на 40 мм. Алюминиевая пластина термостатировалась путем прокачки холодной воды через каналы, просверленные вдоль ее боковых участков. Склейка обращалась внешней стороной алюминиевой пластины к поверхности облучаемого объема и, тем самым, представляла собой ультразвуковой источник с воздушной тыльной нагрузкой и контролируемой температурой излучающей поверхности. Рабочая частота указанного преобразователя составляла 2.1 МГц. В клинических условиях суперпозиция температурного поля, возникающего в результате объемного нагрева за счет поглощения ультразвука, и тепловой волны от прижатой к коже охлажденной излучающей поверхности, позволяет обеспечить контролируемую локализацию ультразвукового нагрева в подкожных слоях тканей пациента. Акустическое поле созданного преобразователя было охарактеризовано на разных частотах с использованием метода импульсной акустической голографии. Также была измерена эффективность электроакустического преобразования на разных частотах и определена частота, позволяющая создать наиболее равномерную структуру поля для увеличения облучаемого объема ткани.

Вьюгинова А.А., Новик А.А., Лбов А.А. «Радиальная мода ультразвуковых технологических инструментов» с. 82

Ультразвуковые технологические системы, предназначенные для активного высокоинтенсивного воздействия на среду, позволяющие реализовывать разнообразные технологии, в том числе, ультразвуковую сварку полимерных материалов, ультразвуковую резку и некоторые другие, содержат ультразвуковой инструмент-волновод, работающий в продольной или радиальной моде. Как правило, продольная мода используется в ультразвуковом оборудовании прессового, вертикального типа, а радиальная – для реализации так называемой непрерывной обработки, при этом радиальная мода также позволяет достигать высоких амплитуд колебаний рабочей поверхности, необходимых для указанных технологий. В работе исследуются особенности частотных свойств ультразвуковых инструментов некоторых типов, работающих в радиальной моде, необходимые для их эффективного проектирования. Приведены результаты моделирования собственных частот и форм колебаний инструментов различной геометрии, проанализировано влияние геометрии на рабочие параметры.

Глушков Е.В., Глушкова Н.В., Еремин А.А. «Использование эффекта расталкивания мод для резонансной ультразвуковой диагностики слоистых материалов» с. 82-83

В настоящее время в ультразвуковой (УЗ) диагностике бегущими волнами в качестве главного диагностического признака изменения (деградации) упругих свойств слоистых материалов или прочности межслойных соединений используется информация о дисперсионных свойствах бегущих волн. Действительно, при варьировании входных параметров вид теоретических дисперсионных кривых заметно меняется. Однако, из-за существенного различия реальной возбудимости различных мод, скалограммы суммарного волнового поля не показывают заметных изменений амплитудно-частотных характеристик при вариации свойств внутренних слоев. Они отличаются только разрывами, появляющимися в темных полосах, указывающих в скалограммах на основные поверхностные волны. Эти разрывы появляются в узких частотных диапазонах, в которых групповая скорость соответствующих бегущих волн резко падает. На этих частотах их амплитуды могут демонстрировать резкий рост, который проявляется в частотном спектре в виде резонансных пиков. Такие пики хорошо регистрируется при бесконтактных измерениях поверхностных волн средствами лазерной виброметрии, воздушно-связными УЗ преобразователями и т.п. Появление множественных резонансных пиков связано с характерными изгибами соседних дисперсионных кривых, возникающими при проявлении эффекта расталкивания мод. Расчеты и измерения показывают чувствительность зоны расталкивания, а как следствие и положения резонансных пиков в частотном спектре, от упругих свойств как самих слоистых материалов, так и прочности тонких соединительных (например, клеевых) прослоек, что делает этот эффект перспективным диагностическим признаком.

Винокуров Д.Л., Грудзинская И.С. «Информативность импедансного метода ультразвукового контроля полимерных композиционных и резиноподобных материалов» с. 83

Проведены экспериментальные исследования образцов из полимерных композиционных и резиноподобных материалов импедпнсным методом ультразвукового контроля. В измерениях использовалась конструкция высокодобротной имедансчувствительной системы на основе пьезокерамики. Исследовано влияние добротности акустической системы на информативность метода. Разработаны методики контроля для однородных сильно поглощающих материалов и материалов с сильной анизотропией свойств. Данное исследование позволяет существенно расширить область применения импедансного метода.

Пугачев С.И., Рытов Е.Ю. «Ультразвуковые технологии изготовления электрофизической керамики» с. 83

Ультразвуковые технологии позволяют оптимизировать ряд основных операций процесса изготовления изделий из электрофизической керамики, широко применяемой в современной науке и технике. В статье в качестве этих операций выбраны диспергирование керамических порошков, формообразование изделий из мелкодисперсных керамических порошков перед высокотемпературным обжигом, размерная обработка обожженных керамических образцов различной геометрической формы, нанесение на поверхность керамики металлических электродов. Основное внимание уделено ультразвуковым технологиям изготовления пьезокерамики, являющейся активным материалом приемников и излучателей звука (ультразвука), а также оксидно-цинковой керамики, составляющей основу варисторов – устройств защиты электросетей от грозовых и коммутационных перенапряжений. Показано, что производственная реализация ультразвуковых технологий обеспечивает повышение эксплуатационных характеристик и надежности изделий из электрокерамики.

Мороков Е.С., Левин В.М. «Ультразвуковая визуализация высокого разрешения процессов разрушения и трансформации микроструктуры в объеме углепластиков при механических нагрузках» с. 84

Представлены результаты применения фокусированных сходящихся пучков высокочастотного ультразвука (50 и 100 МГц) с импульсной генерацией (20–40 нс) для визуализации и характеристики объемной микроструктуры углепластиков и их повреждений при растягивающих, ударных и изгибных нагрузках. Такие зондирующие импульсы обеспечивают высокое латеральное и аксиальное разрешение в объеме материалов. Задача по исследованию процессов формирования и развития повреждений в динамике, находится на стыке нескольких научных направлений – механики материалов и физики ультразвука. Для изучения и визуализации процессов разрушения углепластиков на микроуровне была разработана специализированная установка, состоящая из акустического микроскопа, сочлененного с машиной механического нагружения материалов, позволяющая изучать механизмы разрушения в объеме материалов в динамике. Любые повреждения, возникающие в результате механических нагрузок, являются пустотами или разрывами, которые хорошо отражают и рассеивают ультразвуковые волны, отображаются на ультразвуковых изображениях. В результате исследований были найдены, визуализированы и описаны некоторые механизмы зарождения развития и роста повреждений при растягивающих нагрузках углепластиков. Показаны возможности акустической микроскопии для получения изображений с высоким разрешением повреждений в объеме углепластиков, таких как: расслоения, растрескивания матрицы и разрушения волокон. Послойная визуализация морфологии повреждений позволяет выявлять и наблюдать за вертикальными трещинами и формой фронтов расслоений на границах раздела.

Поликарпова Н.В., Дьяконов Е.А. «Исследование красочных слоев картин методами акустооптики» с. 84

Акустооптические фильтры – это специальные устройства, которые позволяют “вырезать” из светового луча свет определенной длины волны. По сравнению с другими методами спектрального анализа, акустооптические фильтры обладают преимуществом: они могут быстро перестраиваться на нужную длину волны за счет изменения управляющего сигнала. Кроме того, они могут работать с изображениями, что позволяет проводить мультиспектральную съемку – получать изображения объекта в разных диапазонах света. Мультиспектральная съемка находит широкое применение в разных сферах, например, в космосе, медицине, экологии и для проверки подлинности документов. Особенно интересна возможность исследования объектов в невидимом спектре, например, в инфракрасном или ультрафиолетовом диапазонах. Это позволяет увидеть детали, которые не видны невооруженным глазом. Например, можно обнаружить скрытые наброски под краской в картинах или прочитать выцветшие надписи на древних документах. Важно, что этот метод не требует физического воздействия на объект, что особенно ценно для исторических артефактов. В этой работе исследователи изучают возможность использования акустооптических технологий для мультиспектральной съемки в искусствоведении. Они создали модели, имитирующие рисунок под слоем краски, чтобы проверить, можно ли с помощью этого метода увидеть скрытые изображения.