«Предисловие [к дополнительному выпуску "Акустического журнала" № 5S 2025 года]» с. 2

Всероссийская научная политематичеcкая конференция «XXХVII сессия Российского акустического общества» с успехом состоялась в Москве в октябре 2025 г. На конференции были рассмотрены современные проблемы развития акустики, в частности, в области физической акустики, распространения и дифракции волн, шумов и вибраций, нелинейной акустики, акустических метаматериалов, акустоэлектроники и электроакустики, оптоакустики, ультразвуковых технологий, акустики океана, геоакустики, атмосферной акустики, аэроакустики, архитектурной и строительной акустики, биоакустики и медицинских приложений акустических методов, музыкальной акустики, акустики речи. В научную программу конференции были включены более 200 докладов и приняли участие более 180 ученых, которые представили свои доклады во всех областях акустики. В конференции приняли участие ученые и специалисты более 50 научных учреждений, предприятий и университетов из более чем 15 городов России, соавторами докладов были ученые из Израиля, КНР, США. Представленные в докладах результаты относятся как к фундаментальным, так и к прикладным исследованиям и техническим разработкам, которые связаны с развитием акустических технологий. Большинство докладов представлено на конференции ведущими российскими специалистами, при этом значительная часть результатов получена с участием молодых ученых, в частности около 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 настоящий сборник трудов конференции включены 200 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. Особо следует отметить развитие медицинской акустики при ультразвуковом исследовании биологических тканей человека.

Никитов С.А. «Антиферромагнитная спинтроника и магноника» с. 3

Представлено описание недавних работ, опубликованных автором с коллегами в открытой печати (отечественных и зарубежных научных журналах) в области терагерцовых спинтроники, спин-фотоники и магноники. Магноника – область электроники, изучающая возбуждение, распространение и детектирование спиновых волн, квантами которых являются магноны в различных магнитных гетероструктурах. Широкое многообразие линейных и нелинейных спин-волновых явлений, возникающих в таких структурах, а также функционирование в гигагерцовом частотном диапазоне привлекли существенный интерес к этой области и обеспечили множество практических приложений в телекоммуникационных системах. Использование магнонного подхода в спинтронике, где перенос спинового момента обычно осуществляется поляризованными электронами проводимости, сформировало новое направление – магнонную спинтронику. Рассмотрены аналитические методы описания физических процессов в магнитных микро и наноструктурах, рассмотрены модели для описания индуцируемых током и оптическими импульсами явлений в нано-гетероструктурах, содержащих магнитные материалы, а также экспериментальные методы исследований процессов в них. Ключевые слова: магнонная спинтроника, спин-волновые явления, спин-фотоника, магнитные нано-гетероструктуры

Кузнецова И.Е. «Методы управления потоком энергии акустических волн различных типов» с. 3

Угол между направлением распространения акустической волны и направлением переноса ее энергии является одной из важнейших характеристик при разработке различных акустоэлектронных устройств. Информация об этом параметре необходима для более эффективного возбуждения и приема акустических волн. Другим аспектом данной проблемы является возможность фокусировки акустической энергии плоских волн в необходимой точке или области звукопровода. В докладе представлено описание недавних работ, опубликованных автором с коллегами, в которых предложены различные методы фокусировки акустических волн различных типов в пластинах. Кроме того, рассмотрены вопросы управления потоками энергии как прямых, так и обратных акустических волн. Известно, что обратные волны характеризуются противоположно направленными фазовой и групповой скоростями. В докладе приводятся новые данные об особенностях распространения обратных акустических волн при изменении электрических граничных условий. Ключевые слова: акустические волны в пластинах, угол переноса энергии, фокусировка акустических волн в пластинах, обратные акустические волны

Зайцев В.Ю. «Исследование упругих свойств биотканей методами оптической когерентной томографии» с. 3-4

Оптическая когерентная томография (ОКТ) была предложена в 1991 г., на несколько десятилетий позднее, чем такие хорошо известные методы биомедицинской визуализации как УЗИ и МРТ. Сами ОКТ сканы во многом напоминают УЗИ сканы, но имеют существенно более высокое разрешение (до единиц микрон). Соответственно, размеры области ОКТ визуализации существенно меньше, чем в УЗИ, – примерно 1–2 мм в глубину биоткани и 4–8 мм в латеральном направлении. Тем не менее визуализация на таких масштабах весьма востребована и хорошо соотносится с размерами гистологических изображений. При этом во многом первоначальной идеей создания ОКТ как раз было ожидание, что такой высокоразрешающий метод визуализации позволит выполнять оптическую биопсию, не требуя специальной времяи трудозатратной подготовки биотканей. ОКТ уже нашла широкое применение в офтальмологической диагностике, где она фактически стала «золотым стандартом», особенно для визуализации глазного дна, откуда брать биопсийные образцы в принципе невозможно. Другие области применения ОКТ остаются достаточно ограниченными, хотя в последние годы здесь происходят значительные сдвиги, особенно связанные с рядом функциональных расширений ОКТ, развитие которых было во многом стимулировано аналогиями с УЗИ, в котором, наряду с обычными структурными изображениями, важную роль стали играть УЗИ-ангиография, а также УЗИ-эластография, обеспечившая на эластографических сканах значительное повышение контраста между злокачественными и нормальными тканями за счет различия их упругих (жесткостных) свойств. Идея переноса эластографических принципов из УЗИ в ОКТ была высказана еще в конце 1990-х гг., однако практически работоспособные реализации ОКТ-эластографии были продемонстрированы лишь в последние 5–7 лет. Подобно УЗИ, в ОКТ-эластографии сформировались два основных направления, отличающиеся типом вспомогательного стимула, прикладываемого к тканям для визуализации их упругих свойств, – волновой и квазистатический компрессионный подходы. В данном докладе основное внимание уделено компрессионной ОКТ-эластографии (К-ОКЭ) развитой в ИПФ РАН за последние годы. В частности, представлены принципы визуализации деформаций на основе фазочувствительных ОКТ сигналов без использования распространенного в УЗИ корреляционного трекинга смещений рассеивателей. Также рассмотрены вариант количественной К-ОКЭ для получения воспроизводимых оценок модуля Юнга биотканей, обычно демонстрирующих ярко выраженную нелинейность упругих свойств, и решение проблемы получения нелинейных кривых «напряжениедеформация» и их использование в задачах дифференциальной диагностики различных типов биотканей. Продемонстрировано, как с помощью К-ОКЭ удается выполнять сегментирование ОКТ-сканов, сравнимое с результатами сегментирования традиционных гистологических изображений. В заключение отмечены перспективы дальнейшего развития ОКТ-эластографии и родственных модальностей. Ключевые слова: оптическая когерентная томография, упругие свойства биоткани

Максимов Г.А. «Программно-аппаратные комплексы и оборудование для морской сейсморазведки, разработанные в АО «АКИН»» с. 4

За последние годы в АО «АКИН» разработан целый ряд оборудования и программно-аппаратных комплексов, предназначенных для различных видов морской сейсморазведки. Это, в частности, программно-аппаратный комплекс на основе автономной секционной донной сейсмокосы (ПАК АСДС), регистрирующий комплекс на основе цифровой твердотельной буксируемой сейсмокосы (РК ЦТБС), система подводного позиционирования «Пикет», система акустического позиционирования буксируемых сейсмокос (АПБС), интегрированная навигационная система «ИНСИНАВ», комплекс защиты охраняемых объектов «Кербер». В докладе приводятся технические характеристики разработанного в АО «АКИН» оборудования, а также результаты его морских испытаний. Ключевые слова: морская сейсморазведка, программно-аппаратные комплексы

Лебедев А.В., Манаков С.А. «Локализация источника волны Рэлея на поверхности» с. 5

Показана возможность локализации источника волны Рэлея путем анализа ее дисперсии. Для компенсации искажений, вызванных дисперсией, применяются методы обращения волнового фронта или обращения времени. Особенностью представленной работы является использование измеренной дисперсии рэлеевской волны. Эффективность подхода продемонстрирована на примере анализа экспериментальных данных, полученных в реальных условиях. Результаты анализа могут быть использованы в дистанционной диагностике вторичных источников в виде включений в геологической среде. Ключевые слова: метод обращения времени, дисперсия рэлеевской волны

Гусева Е.К., Голубев В.И., Шевченко А.В. «Трехмерное моделирование сейсморазведки в арктических условиях с использованием высокопроизводительных вычислений» с. 5

Развитие высокопроизводительных систем позволило эффективно решать прикладные геоинженерные задачи, к которым относится изучение влияния различных особенностей геологического массива с помощью решения прямых задач сейсморазведки. Особенно актуальными являются задачи Арктического региона, развитие которого сопряжено с дорогими и труднодоступными измерениями. В связи с этим в настоящей работе исследуются волновые процессы в неоднородном многолетнемерзлом грунте с ледовым и метановым слоями. Решаются задачи наземной и морской сейсморазведок, для которых были созданы трехмерные постановки с криволинейными границами между слоями, отражающие основные особенности региона. В качестве определяющей системы уравнений применялась модель линейной теории упругости, для решения которой использовался сеточно-характеристический метод, адаптированный к применению параллельных вычислений на кластере с помощью технологии MPI. С помощью анализа полученных волновых картин и сейсмограмм изучалось влияние различных включений на результаты измерений, что может быть использовано для улучшения интерпретации реальных данных, а также решения обратных задач. Предлагаемый подход к моделированию может использоваться для построения цифровых двойников геологических сред. Ключевые слова: численное моделирование, прямые задачи сейсморазведки, Арктический регион, сеточно-характеристический метод, высокопроизводительные вычисления

Коваленко А.С., Преснов Д.А., Шуруп А.С. «Распространение сейсмоакустической волны в реалистичной модели берегового клина» с. 6

Рассматривается действие точечного акустического источника, расположенного в однородном жидком клине на большом расстоянии от ребра клина с упругим основанием. Основное внимание уделяется эффективности трансформации акустической волны в сейсмическую на границе раздела твердой и жидкой сред. Анализируются известные аналитические представления для звукового поля в клине, полученные в лучевом приближении при помощи мнимых источников и методом разложения на нормальные моды. Для исследования сейсмоакустического сигнала, возникающего на суше после прохождения берегового клина, применялся псевдо-спектральный численный метод. С применением вычислений на графическом процессоре исследуется эффективность численного моделирования при учете реалистичной батиметрии шельфа Японского моря. Рассмотренная проблема представляет интерес для экологических исследований на шельфе и позволяет сформулировать задачу томографического прибрежного мониторинга. Ключевые слова: береговой клин, численное моделирование, лучевое представление, сейсмоакустика

Холодов Д.В., Муханов П.Ю., Шуруп А.С. «Геоакустическая инверсия по данным о пространственном затухании потока акустической мощности» с. 6

В рамках численного моделирования и обработки экспериментальных данных, полученных на гидроакустическом полигоне МГУ, исследуются возможности оценки геоакустических параметров мелководной акватории. Используются данные с комбинированного приемного модуля, включающего приемник давления и векторный приемник, позволяющий регистрировать три взаимоортогональные компоненты колебательной скорости. В качестве исходных данных для решения обратной задачи используется информация о пространственном затухании потока акустической мощности в различных частотных диапазонах. Используется байесовский метод оценки параметров. Приводятся результаты оценки распределений функций плотностей вероятностей восстанавливаемых параметров, полученные МСМС методом (Markov chain Monte Cаrlo). Сравнение результатов восстановления с данными предыдущих исследований, проводимых на полигоне, указывает на работоспособность развиваемого подхода. Ключевые слова: геоакустическая инверсия, векторный приемник, байесовский метод оценки параметров, методы Монте-Карло с Марковскими цепями

Жарков Д.А., Жостков Р.А. «Исследование прямой задачи микросейсмического зондирования» с. 6-7

Реализован аналитический подход к решению прямой задачи микросейсмического зондирования, основанный на теории распространения поверхностных волн в плоскослоистых средах и в предположении сохранения потока энергии волны, которое, в свою очередь, выполняется при пренебрежимо малом рассеянии. Рассмотрена двумерная постановка с произвольным распределением упругих параметров и предложен путь параметризации такой модели для ее разделения на конечное число плоскослоистых зон, в каждой из которых аналитически рассчитывается относительная амплитуда поверхностной волны на границе среды. В силу того, что каждая из зон рассматривается независимым образом, такой подход не позволяет напрямую учесть эффект уменьшения разрешающей способности с увеличением длины зондирующей волны. Для решения этой задачи была предложена отдельная процедура постобработки, апробированная на более простой модели двух заглубленных штоков. Показано, что получаемое решение стремится к постоянному виду при увеличении степени параметризации и является устойчивым к малым изменениям параметров системы. Сравнение с численным моделированием показало, что невязка между аналитическими и численными результатами при достаточно большой степени параметризации составляет около 5%. Ключевые слова: поверхностная акустическая волна, волна Рэлея, неоднородная среда, микросейсмическое зондирование

Жостков Р.А. «Численное моделирование поверхностных акустических волн в программном комплексе COMSOL Multiphysics» с. 7

Для решения современных задач геофизической сейсморазведки широко применяются методы, основанные на использовании поверхностных акустических волн (ПАВ). Многие из этих подходов нуждаются в совершенствовании, включая теоретическое обоснование, как, например, метод микросейсмического зондирования, выгодно отличающийся простотой проведения полевых работ и обработки полученных данных. Поскольку аналитическое рассмотрение распространения ПАВ в сложно построенных неоднородных средах затруднено, то особую роль в этих исследованиях приобретает численное моделирование. Эффективным инструментом для этого выступает программный комплекс COMSOL Multiphysics, особенности работы в котором рассмотрены в настоящем докладе. Уделено внимание построению геометрии и сетки конечных элементов, настройке граничных условий и особенностям борьбы с отраженными от границ модели сигналами. Рассмотрены процедуры верификации и валидации численной модели, а также поиска оптимальных настроек. Исследованы возможности нескольких решателей в различных режимах исследования с учетом доступных вычислительных ресурсов. Ключевые слова: геоакустика, сейсморазведка, численное моделирование, поверхностные акустические волны, неоднородная среда

Позднякова Д.Д. Преснов Д.А., Шуруп А.С. «Численное решение трехмерной задачи сейсмоакустической поверхностно-волновой томографии» с. 7

Рассматривается трехмерная томографическая схема восстановления параметров неоднородных геофизических сред, использующая в качестве исходных данных времена распространения поверхностных волн в различных частотных диапазонах. В качестве примера приводятся результаты восстановления неоднородностей поперечных волн. Отличительной особенностью исследуемого подхода является отсутствие промежуточного шага восстановления двумерных распределений скоростей поверхностной волны. В рамках линеаризованной постановки возмущения времен распространений поверхностных волн инвертируются непосредственно в восстанавливаемые возмущения параметров среды. Для описания трехмерных аномалий поперечных волн используется полосчатый базис. Это позволяет дополнительно учитывать условия гладкости восстанавливаемых функций в горизонтальной плоскости и по глубине, тем самым улучшая обусловленность обратной задачи. Анализируются чувствительность и разрешающая способность обсуждаемой схемы. Приводятся результаты численного моделирования, выполненного для условий Гавайского архипелага, которые указывают на работоспособность предлагаемого подхода. Ключевые слова: сейсмоакустическая томография, поверхностная волна, слоистая геофизическая среда

Смоленский Е.В., Цзинвэй И., Вэнь Цзянь Ч., Цзянь Цзюнь Ч. «Моделирование магнитострикционного низкочастотного акустического излучателя для передачи акустического сигнала в сложной ледовой обстановке» с. 8

Исследуется потенциал магнитострикционных материалов на основе TbDyFe для создания активных акустических излучателей, предназначенных для работы в сложных ледовых условиях. Цель работы – разработка и численный анализ модели излучателя, обеспечивающего эффективную передачу акустических сигналов в гетерогенной среде «лед–вода». Методология включает численное моделирование в среде для оценки характеристик излучателя, таких как частотная зависимость, амплитудно-фазовые параметры и пространственное распределение акустического поля. Рассмотрен широкополосный импульсный сигнал на основе кодов Голда и с применением OFDM модуляции. Результаты показывают, что магнитострикционный излучатель демонстрирует высокую эффективность в диапазоне 300–1000 Гц, обеспечивая уровень звукового давления до 140 дБ вблизи ледяного покрова. Выявлено, что наличие льда снижает затухание сигнала на 15–20% по сравнению с подледной передачей, что связано с анизотропией распространения волн. Проведен сравнительный анализ с пьезоэлектрическими аналогами, подтвердивший преимущество магнитострикционных материалов в условиях низких температур. Полученные данные подтверждают перспективность разработки гидроакустических систем на основе TbDyFe для мониторинга арктических акваторий и подледной связи. Ключевые слова: магнитострикционные материалы, ледовая обстановка, коды Голда, низкочастотный акустический излучатель

Чунчузов И.П., Попов О.Е., Куличков С.Н., Перепелкин В.Г. «Моделирование рассеяния инфразвуковых сигналов на анизотропных неоднородностях атмосферы» с. 9

Исследуется влияние анизотропных неоднородностей скорости ветра и температуры на формы и интенсивности инфразвуковых сигналов от наземных взрывов и метеоритов. Инфразвуковое поле сигналов рассчитывается с помощью метода псевдо-дифференциального параболического уравнения (ППУ) как функция высоты приемника или высоты точечного источника (фрагментация метеорита) и горизонтального расстояния от источника. Для расчетов используются вертикальные реализации флуктуаций эффективной скорости звука, меняющиеся с ростом горизонтального расстояния от источника, полученные из нелинейной модели их формирования. Для наземных взрывов исследованы вертикальные спектры флуктуаций интенсивности инфразвукового поля в стратосфере (высоты 30–40 км) и мезосфере (50–70 км) в зависимости от расстояния от источника (до 2200 км). Обнаружены эффекты локализации полей в определенных слоях атмосферы, вызванные наличием тонкой слоистой структуры атмосферы. Впервые исследовано влияние тонкой слоистой структуры атмосферы на формы и длительности инфразвуковых сигналов, генерируемых метеоритами при их фрагментации на разных высотах, от 100 км до 35 км. Работа поддержана Министерством Науки и Высшего Образования Российской Федерации, проект FMWR-2025-0005. Ключевые слова: анизотропные флуктуации, рассеяние инфразвука, локализация полей, фрагментация метеоритов

Дмитриев К.В. «Возможности и проблемы пассивного акустического мониторинга биоразнообразия» с. 9-10

Разнообразие видов птиц, обитающих в том или ином регионе, является важным показателем экологической обстановки. Быстрое его изменение может свидетельствовать о чрезмерном антропогенном влиянии, которое угрожает стабильности экосистемы и несет риск вымирания отдельных видов. Традиционно экологи осуществляют контроль за биоразнообразием, непосредственно наблюдая птиц в их среде обитания. Однако это требует существенных усилий, привлечения квалифицированных специалистов и зачастую решения ряда логистических проблем. Альтернативным подходом, получившим развитие в последнее время, является размещение в исследуемом регионе пассивных автономных регистраторов звука; анализ и распознавание сделанных ими записей. Несмотря на то, что применение нейросетей позволило продвинуться в решении этой задачи, оно сталкивается с рядом трудностей. С одной стороны, требуется учитывать большое количество видов птиц, разнообразие их песен и подражание друг другу. Шумы окружающей среды, включая звуки насекомых, погодные явления и антропогенные факторы, реверберация и неопределенное расстояние до источника усложняют условия наблюдения. Кроме того, зачастую несколько птиц присутствуют на записи одновременно. С другой стороны, записи из имеющихся в открытом доступе баз данных сильно отличаются от данных автономных наблюдений и превосходят их по качеству. Это связано с применением направленных микрофонов и удалением неудачных или неразборчивых сигналов. В настоящей работе рассматриваются методы преодоления описанных трудностей и приводятся результаты работы разработанных алгоритмов. Исследование поддержано грантом РНФ № 24-22-00192, https://rscf.ru/project/24-22-00192/. Ключевые слова: пассивный акустический мониторинг, нейронные сети, обработка сигналов

Сорокин А.Г., Добрынин В.А., Ойнац А.В., Подлесный А.В., Цедрик М.В. «Об эффекте сейсмической волны Рэлея в атмосфере от землетрясения на Тайване 3 апреля 2024 г.» с. 10

Представлены результаты анализа отклика атмосферы в инфразвуковом диапазоне частот на поверхностную сейсмическую волну Рэлея от землетрясения M=7.7 на Тайване 3 апреля 2024 г. В статье описаны характерные параметры зарегистрированного инфразвукового сигнала, проведен сравнительный анализ подобных событий на Аляске в 1964 г. с M∼9.0; Северной Суматре в 2004 г. c M∼9.0; в Тохоку в 2011 г. с M∼9.0. В представленной работе анализируется появление акустического отклика в атмосфере в рамках существующего представления о формировании акустической волны на границе раздела грунта и земной атмосферы. Обсуждается появление отклика ионосферных слоев на систему сейсмических P, S и волн Рэлея. Ключевые слова: атмосфера, акустическая волна, землетрясение, Рэлея волна, ионосферный отклик

Юшков В.П. «Адиабатический шум в теории турбулентности» с. 10

Показано, что будущее развитие теории турбулентности должно быть направлено на анализ не только вихревой несжимаемой, но и адиабатической компоненты, прежде всего флуктуаций плотности и давления. Предлагается уравнение, связывающее генерацию и выравнивание флуктуаций энтропии лагранжевых (воздушных) частиц со скоростью генерации адиабатических флуктуаций. Случайный источник в этом уравнении связывается с полем скорости диссипации и радиационного баланса. Флуктуации давления сопоставляются с флуктуациями потенциально доступной энергии. По измерениям в атмосферном пограничном слое оценивается постоянная скорости выравнивания флуктуаций энтропии. Эта постоянная позволяет связать интегральный пространственный масштаб турбулентных вихрей со среднеквадратичным отклонением флуктуаций скорости звука в атмосферном пограничном слое. Построены оценки амплитуды адиабатического шума в турбулентной среде и показана связь его энергии с временем стационарности и временем корреляции флуктуаций вихревой компоненты скоростей. Ключевые слова: турбулентность, адиабатические флуктуации, потенциально доступная энергия, скорость диссипации флуктуаций скорости звука

Будилов Д.И., Чунчузов И.П., Попов О.Е. «Акустический мониторинг вулканической активности на полуострове камчатка.» с. 11

Инфразвуковой метод исследования вулканической активности является дистанционным методом мониторинга, который позволяет исследовать динамику процессов извержения, протекающих в отдаленных, труднодоступных местах. Рассматривается сеть инфразвуковых датчиков, установленных на станциях Камчатского филиала ФИЦ "Единая геофизическая служба РАН", позволяющая регистрировать инфразвуковые сигналы вулканов полуострова Камчатка и Курильской островной гряды. Мониторинг инфразвуковых сигналов рассматривается как один из методов оценки пепловой опасности для авиации в период сильных вулканических извержений в регионе. Приводятся примеры записей инфразвуковых сигналов от вулканических событий с описанием характеристик сигналов и их связи с процессом извержения. Рассматриваются инфразвуковые сигналы, зарегистрированные в периоды извержений вулканов Алаид, Камбальный, Эбеко, Райкоке, Шивелуч и Безымянный в 2016–2025 гг. Мощные инфразвуковые сигналы вулканов могут использоваться для решения задач зондирования атмосферы, в том числе для оценки тонкой структуры атмосферы в тропосфере и стратосфере. Предлагаются варианты размещения инфразвуковых датчиков для решения задач мониторинга вулканической активности и задач зондирования атмосферы. Ключевые слова: инфразвук, вулканизм, извержение, пепловая опасность

Русаков Ю.С. «Временная и территориальная изменчивость характеристик микробаром в континентальных и прибрежных регионах РФ» с. 11

Проанализированы результаты многолетних наблюдений и пеленга инфразвуковых волн в части выделения и регистрации сигнала микробаром в 6 континентальных и прибрежных районах РФ. География инфразвукового мониторинга охватывала северный, северо-западный, центральный и южный регионы ЕТР, Якутию и Камчатку. Период наблюдений продолжался с 2015 до 2025 г. Количественно определены основные характеристики микробаром (статистика амплитуд, азимутов, частотных спектров) для каждого региона. Существенные отличия настоящей работы от работ аналогичной направленности, кроме географического аспекта и статистической обеспеченности, включали повышенную чувствительность и точность пеленга микробаром благодаря оптимизированным характеристикам использованных инфразвуковых станций и методу обработки сигнала. В результате повторяемость регистрации микробаром на ЕТР достигала 90 и 40% для холодного и теплого времени года соответственно. Неожиданной особенностью микробаром на ЕТР явилась аномально вытянутая «роза» азимутов прихода микробаром, указывающая на единственность их источника в районе северной Атлантики. При этом надежно регистрируемые изменения азимута прихода микробаром с периодами от нескольких часов до недель, вероятнее всего, отражают изменения в структуре средней атмосферы, что может быть использовано при практической реализации ее инфразвуковой томографии. Ключевые слова: инфразвук, микробаромы, инфразвуковые станции, геофизический мониторинг

Красненко Н.П., Раков А.С., Рыбаков И.А. «Состояние и тенденции развития систем акустического зондирования атмосферы» с. 12

Представлен обзор современных достижений в разработках систем и технологий дистанционного акустического зондирования атмосферы. Рассматриваются акустические наземные системы для исследования и мониторинга структуры и динамики атмосферного пограничного слоя, измерения высотных профилей метеорологических параметров и характеристик турбулентности. Дается описание построения акустических локаторов, технологий их использования. Приводятся характеристики существующих систем зондирования и их области применения. Обсуждаются их преимущества и недостатки. Ключевые слова: акустическое зондирование атмосферы, обзор современных достижений

Красненко Н.П., Рыбаков И.А. «Автокомпенсация активных помех в системах акустического зондирования атмосферы» с. 12

Представлена разработка автокомпенсатора помех для систем акустического зондирования атмосферы, основанного на использовании в них антенной решетки. Актуальность исследования обусловлена необходимостью повышения точности измерений атмосферных параметров (термической структуры, скорости ветра, турбулентности) в условиях воздействия внешних шумов и помех, искажающих акустические сигналы. Предложенное решение направлено на подавление помех за счет пространственно-временной обработки сигналов с применением адаптивных алгоритмов. В основе метода лежит использование многоканальной приемной системы, которая позволяет минимизировать влияние мешающих источников по боковым лепесткам диаграммы направленности за счет пространственной фильтрации. Описан адаптивный алгоритм наименьших средних квадратов для компенсации помех. Результаты демонстрируют снижение уровня помех на 15–20 дБ при сохранении полезного сигнала, что подтверждает эффективность подхода. Предложенный метод может быть применен в указанных системах зондирования для повышения эффективности их работы. Ключевые преимущества решения – высокая помехоустойчивость, автоматизация процессов компенсации и масштабируемость для различных конфигураций зондирующих систем. Ключевые слова: автокомпенсатор помех, весовые коэффициенты, подавление помех, активные помехи

Волкова Н.В., Кузьменко П.А., Налимова Т.Г. «Моделирование эксплуатационных режимов работы судовых амортизирующих конструкций» с. 13

В процессе эксплуатации на амортизирующие конструкции (АК) воздействуют различного вида нагрузки. Рассмотрены основные виды воздействующих эксплуатационных нагрузок на АК. Сформированы численные модели АК, используемые при проектировании и учитывающие статические и динамические воздействия. Произведена расчетная оценка основных характеристик и параметров АК, выполнено их сравнение с результатами экспериментального определения аналогичных характеристик и параметров. Ключевые слова: моделирование, амортизирующая конструкция, режим эксплуатации, экспериментальные исследования

Волкова Н.В., Кузьменко П.А., Налимова Т.Г. «Перспективные направления замены судовых пневматических резинокордных конструкций на эффективные резинометаллические амортизирующие конструкции» с. 13

При проектировании судов широко используются пневматические резинокордные амортизирующие конструкции. Взамен пневматических предложены направления создания эффективных резинометаллических конструкций с улучшенными акустическими характеристиками и ресурсными параметрами. Представлены результаты численных экспериментов по исследованию напряженно-деформированных состояний и определению основных, функционально важных характеристик перспективных, резинометаллических амортизирующих конструкций. Ключевые слова: амортизирующая конструкция, пневматический амортизатор, численное моделирование, напряженно-деформированное состояние

Драченко В.Н., Кузнецов Г.Н., Михнюк А.Н. «Оценка координат широкополосного источника звука в океане с использованием интерференционной структуры на апертуре антенны» с. 13-14

При приеме широкополосных сигналов в мелком и глубоком морях вертикальными, в том числе планарными антенными решетками, на апертуре антенн наблюдается ярко выраженная интерференция, свойства которой зависят от различных влияющих факторов, в том числе от расстояния и глубины источника шума. Это позволяет с использованием достаточно простых алгоритмов оценивать расстояние до источника и его глубину. В докладе предлагается и исследуется один из возможных методов оценки координат в пассивном режиме, основанный на использовании априорной информации о передаточной функции волновода, глубине установки и геометрии построения приемной системы. В данном методе для оценки дистанции до источника сигнала и его глубины совместно с частотно-пространственным распределением акустического поля, формируемого удаленным источником на апертуре приемной антенны, также используется информация об углах скольжения лучей, сформировавших принятое звуковое поле. Данный метод позволяет получить однозначную оценку дистанции до источника сигнала и его глубины даже с помощью вертикальных антенн с небольшой апертурой (например, 10 м). Устойчивые решения получены и в тех случаях, когда лучи, формирующие акустическое поле, не разрешаются в отклике антенны ни по пространству, ни по времени. Ключевые слова: шумопеленгование, лучевая структура сигналов, интерференция на вертикальной антенне, корреляционная обработка, оценка расстояния до источника и его глубины

Драченко В.Н., Кузнецов Г.Н., Михнюк А.Н. «Об одном способе повышения эффективности обнаружения подводных объектов средствами гидролокации» с. 14

В морском волноводе эхо-сигналы, отраженные от обнаруживаемой цели, приходят на приемную антенну в виде лучей, параметры которых определяются акустико-гидрологическими условиями распространения и свойствами отражателя. Оптимальный алгоритм обнаружения такого эхо-сигнала соответствует обработке, согласованной с параметрами моделей излучаемого сигнала, волновода и отражателя, и учитывающей корреляционные свойства помехи. Причем эти данные необходимы в реальном времени, что практически невозможно при непрерывном изменении условий приема сигналов. В таких обстоятельствах представляется полезным использовать квазисогласованные алгоритмы обработки, частично учитывающие модели сигнала и отражателя. Такие "загрубленные" алгоритмы бывают более устойчивыми к изменению характеристик эхо-сигналов и помех и не требуют детального знания передаточной функции волновода в точке приема. В докладе исследуется метод повышения помехоустойчивости обнаружения, основанный на использовании априорной информации о вероятном временном разнесении совокупности эхо-сигналов. Данная информация позволяет объединить сигналы, пришедшие по разным лучам, увеличить суммарную мощность эхо-сигнала и повысить помехоустойчивость. Согласно алгоритму, обнаружение цели производится в два этапа: сначала при пониженном значении порога выполняется обнаружение отдельных лучей, а затем, после сложения мощностей обнаруженных лучей, повышается порог, подавляются ложные тревоги и принимается окончательное решение об обнаружении цели. Эффективность предложенного метода подтверждается результатами компьютерного моделирования и экспериментальными данными, полученными при анализе эхо-сигналов от уголкового отражателя и движущегося АНПА. Ключевые слова: гидролокация, эхо-сигналы, лучевая структура, бликовая структура, накопление мощности эхо-сигналов, увеличение вероятности правильного обнаружения

Цукерников И.Е., Невенчанная Т.О., Щурова Н.Е. «К оценке изоляции воздушного шума строительными изделиями в области низких частот» с. 14-15

Приводятся результаты экспериментальных исследований по определению изоляции воздушного шума строительными изделиями в области низких частот (1/3-октавные полосы со среднегеометрическими частотами 50, 63, 80 Гц) с использованием измерений уровней звукового давления и интенсивности звука. Исследования выполняли в малой реверберационной камере НИИСФ РААСН. Испытуемый образец – фасадная ограждающая конструкция системы типа EWS-11 с двухкамерным стеклопакетом с триплексом с безопасным стеклом снаружи и внутри 18СМ4-20Ar-8ЗИ-20Ar-18СМ4. Конструкция смонтирована в испытательный проем с образованием ниши глубиной 0.1 м. Размер – 3.20×1.74 м. Измерения и оценку звукоизоляции проводили в два этапа: по измерениям уровня звукового давления по методу российского стандарта ГОСТ Р ИСО 10140-4-2012 в соответствии с рекомендациями приложения А; по измерениям интенсивности звука в соответствии с рекомендациями международного стандарта ISO 15186-3:2002. При сопоставлении результатов получили существенные (10 дБ) расхождения в низкои среднечастотном диапазоне (1/3-октавные полосы со среднегеометрическими частотами 50–200 Гц). Поскольку точность метода по ГОСТ Р ИСО 10140-4 в области низких частот существенно ниже точности интенсиметрического метода по ISO15186-3, рекомендовано провести исследования по оценке возможности повышения точности метода определения изоляции воздушного шума строительными изделиями, установленного ГОСТ Р 10140-4 в области низких частот, а также провести теоретические и экспериментальные исследования по оценке требований выполнения и при необходимости уточнение положений интенсиметрического метода, установленного ISO15186-3. Ключевые слова: звукоизоляция, звуковое давление, интенсивность звука, измерение, оценка

Мусаева Р.Н., Комкин А.И. «Акустический экран со звукопоглощающей насадкой на верхней кромке» с. 15

Приведены численные расчеты в программной среде COMSOL Multiphysics акустических характеристик экрана со звукопоглощающей насадкой цилиндрической формы на верхней кромке. Представлены картины распределения звукового давления в расчетной области вокруг экрана в зависимости от числа Гельмгольца. Получены зависимости вносимых потерь экрана со звукопоглощающей 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. Ключевые слова: экран, цилиндрическая насадка, звукопоглощающий материал, дифракция, численный расчет

Римская-Корсакова Л.К., Канев Н.Г., Комкин А.И., Марголина И.Л. «Сезонный мониторинг звуковых ландшафтов при наличии типичных и нетипичных для территории шумов» с. 15-16

Международная организация по стандартизации определила «звуковой ландшафт» как акустическую среду, понимаемую или переживаемую людьми в контексте, а также ввела показатели его количественной оценки. Такие показатели включают экспертные оценки звукового разнообразия среды, включающие анализ трех типов звуков (неприятный шум, нейтральные звуки присутствия людей, приятные звуки природы) и их составов, а также атрибутов аффективно воспринимаемого человеком качества среды с последующей оценкой мер Приятности и Событийности. В настоящее время такие показатели широко используются для оценки комфортности среды, создания зон «звуковой разгрузки» для людей, проживающих в шумных городах. Для понимания роли контекста в восприятии среды в настоящей работе проводится сопоставление акустических характеристик среды с оценками звуковых ландшафтов, полученных в разные сезоны в типичных городских локациях: в местах с оживленными транспортными магистралями, умеренным транспортным потоком и скоплением людей и в парковой зоне. Показано, что на территориях, имеющих звуковое разнообразие, снижение уровней звуков в среде сопровождается повышением меры Приятности и снижением меры Событийности. При изменении типов и составов слышимых звуков это правило нарушается. При сходных в разные сезоны уровнях звуков, весной наблюдали повышение мер Приятности и Событийности за счет активации звуков природы по сравнению с таковыми, полученными осенью. При появлении нетипичных для парковой зоны звуков строительных работ наблюдали существенное снижение меры Приятности и повышение меры Событийности весной, по сравнению с осенью. Это указывает на то, что только на основании уровней звукового давления невозможно оценить качество звуковой среды, определить, может ли данная звуковая среда служить зоной звуковой разгрузки для жителей шумных городов. Ключевые слова: звуковая среда, акустические характеристики, типы звуков, воспринимаемое качество среды, звуковая разгрузка

Антонов А.Ю. «Оценка собственных шумов низкочастотных преобразователей методом взаимного спектрального анализа» с. 16

Доклад посвящен разработке и экспериментальной проверке методики измерения собственных шумов низкочастотных преобразователей с использованием взаимного узкополосного спектрального анализа. Актуальность темы обусловлена необходимостью точного определения шумовых характеристик акустических и вибрационных датчиков, используемых в системах мониторинга и регистрации слабых сигналов, где уровень собственных шумов критически влияет на чувствительность всей измерительной системы. Предлагаемый подход основан на сравнении сигналов двух идентичных преобразователей, расположенных в акустически и вибрационно изолированной среде. При помощи узкополосной фильтрации и расчета взаимного спектра мощности удается подавить некоррелированные шумы и выделить собственный шум каждого датчика. Такой метод существенно повышает точность оценки по сравнению с традиционными одноканальными измерениями. Описаны особенности реализации методики: выбор полосы анализа, временные усреднения, синхронная цифровая обработка сигналов. Приведены экспериментальные результаты измерений микровольтовых шумов в диапазоне частот до 100 Гц. Продемонстрированы преимущества предлагаемого метода по снижению влияния внешних возмущений и повышению достоверности оценки шумовых характеристик преобразователей. Ключевые слова: собственные шумы преобразователей, взаимный спектральный анализ, низкочастотные измерения, узкополосная фильтрация, шумовая характеристика датчиков

Луньков А.А., Шерменева М.А., Сидоров Д.Д., Ужанский Э.М., Кацнельсон Б.Г., Ковзель Д.Г. Безответных В.В. «Взаимодействие мод широкополосного звукового поля в мелководном волноводе с локальными неоднородностями: теория, моделирование, эксперимент» с. 17

Аналитически, с помощью численного моделирования, а также в натурных экспериментах изучено взаимодействие нормальных волн (мод) в широкой полосе частот (50–2000 Гц) на акустических трассах (длиной до 5 км) в мелководных волноводах (глубиной до нескольких десятков метров) с пространственно локализованными неоднородностями различных типов. В рамках теории взаимодействующих мод получены аналитические частотные зависимости модовых амплитуд в пренебрежение обратным рассеянием. Показано, что локальная неоднородность, вызывая взаимодействие мод, приводит к осцилляциям их амплитуд вдоль оси частот, причем период осцилляций определяется расстоянием от источника звука до неоднородности, и осцилляции соседних мод находятся в противофазе. Выводы подтверждаются численным моделированием с использованием метода широкоугольного параболического уравнения и последующей модовой фильтрацией для таких локальных возмущений, как: поднятие дна, солитоноподобная внутренняя волна, участок водоподобных донных осадков, область касания дна термоклином и др. Экспериментальные наблюдения частотных осцилляций проведены в заливе Посьета Японского моря для локального поднятия дна, а также в озере Кинерет (Израиль) для области, где термоклин касается дна. Исследование поддержано грантом Российского научного фонда № 22-72-10121, https://rscf. ru/project/22-72-10121/. Ключевые слова: мелководный волновод, широкополосный сигнал, локальная неоднородность, нормальные волны (моды), взаимодействие мод

Буланов В.А., Бугаева Л.К. «Структура акустического поля в мелком море с пузырьковыми облаками» с. 18

Существуют противоречивые мнения о вкладе приповерхностного слоя пузырьков в затухание и структуру низкочастотного звука в океане. Ниже проанализировано влияние приповерхностного слоя пузырьков на затухание и структуру звука в мелком море с привлечением экспериментальных результатов для функции распределения пузырьков по размерам, полученной в том числе в ряде работ авторов статьи. Показано, что влияние приповерхностного слоя пузырьков на распространение звука может быть значительным при достаточно типичных концентрациях пузырьков в приповерхностных слоях моря. Для изучения влияния приповерхностного слоя пузырьков на распространение звука было проведено численное моделирование для мелкого моря при использовании приближения нормальных мод. Была выбрана модель горизонтально однородного подводного звукового канала с абсолютно отражающими границами. Дополнительное затухание, вызванное наличием пузырькового слоя, описывается мнимой частью собственных значений мод. Расчеты звукового поля были выполнены по программе KRAKENC для взаимодействующих мод. Излучатель располагался на глубине 10 метров при глубине моря 42 м. Показано, что интерференционная структура поля при изменении частоты испытывает значительные изменения, которые наиболее сильно наблюдаются при больших концентрациях пузырьков. С увеличением частоты резко увеличивается затухание звука и структура становится более мелкой. Тем не менее при изменении почти на порядок частоты звука остается правильное чередование максимумов и минимумов, которые связывают с наличием пространственно-частотного инварианта Чупрова. Вблизи поверхности акустическое поле резко уменьшается вследствие поглощения звука. Ключевые слова: интерференционная структура, поглощение звука, пузырьки

Буланов В.А., Стороженко А.В., Корсков И.В. «Пузырьковые облака и акустические аномалии в пограничных слоях океана» с. 18

Вовлечение пузырьков в толщу морской воды в поверхностных волнах приводит к появлению пузырьковых облаков, которые при сильном ветре могут достигать значительных глубин. Пузырьки могут также содержаться в придонных слоях в районах выхода подводных газовых факелов. Часто их сопоставляют с наличием газогидратных месторождений либо с выходом газов через трещины в земной коре вблизи активных вулканов. Пограничные слои – приповерхностный и придонный – играют большую роль в структуре океана. В работе обсуждаются методы и экспериментальные результаты по акустике и диагностике пограничных слоев в океане, содержащих двухфазную жидкость с газовыми пузырьками. Показаны возможности акустического зондирования для визуализации сложной структуры, динамики и диагностики аномалий физических свойств пограничных слоев. Представлены и обсуждены типичные экспериментальные результаты, полученные в дальневосточных морях. Показана аномальная структура рассеяния и распространения звука в приповерхностном слое моря, связанная с наличием пузырьковых облаков при сильном ветре. Представлены акустические оценки газа в пузырьковых факелах, выходящих из дна моря, которые согласуются с результатами других авторов, полученных в том числе неакустическими методами in situ. Ключевые слова: пузырьковые облака, поглощение, рассеяние звука

Григорьев В.А. Луньков А.А., Шерменева М.А. «Особенности флуктуаций средней интенсивности звука в присутствии движущихся солитонов внутренних волн в эксперименте ASIAEX» с. 19

Рассматривается один из эпизодов эксперимента ASIAEX 2001 в Южно-Китайском море, в котором вдоль двух стационарных акустических трасс длиной 32 и 19 км двигались интенсивные внутренние волны с ярко выраженным крупным солитоном, и наблюдались связанные с этим флуктуации средней по глубине интенсивности звука частотой 220–330 Гц. Батиметрия трасс существенно различалась. Первая трасса характеризовалась монотонным изменением глубины от 350 до 120 м. Вторая трасса имела особенность в виде пологой впадины глубиной 30 м, за пределами которой глубина моря оставалась относительно постоянной (125 м). Проведенный анализ, включающий моделирование звукового поля, выполненное на основе модовой теории и параболического уравнения, показал, что физические причины флуктуаций средней интенсивности и их характеристики существенно зависят от батиметрии трасс. Сравнение результатов моделирования и эксперимента позволило определить ключевые параметры волновода. На первой трассе определена скорость звука в дне по спектрам флуктуаций. На второй трассе определены потери в дне по линейному наклону кривой флуктуаций. Полученные значения параметров согласуются с данными, приведенными в литературе и измеренными другими методами. Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 22-72-10121, https://rscf.ru/project/22-72-10121/. Ключевые слова: ASIAEX, солитоны внутренних волн, флуктуации средней интенсивности, определение параметров дна

Сидоров Д.Д., Боджона С.Д., Ковзель Д.Г., Безответных В.В., Луньков А.А. «Модовая дисперсия в присутствии сосредоточенной неоднородности в мелководном волноводе» с. 19

Проведен анализ данных акустического эксперимента, проведенного в прибрежной зоне Японского моря, по излучению ЛЧМ-сигнала в полосе частот от 200 Гц до 2 кГц. Эксперимент осуществлялся на двух акустических трассах: в присутствии сосредоточенной неоднородности (локальное поднятие дна) и на трассе с перепадом глубин менее 2 м. Максимальное значение глубины обоих волноводов не превышало 35 м. Протяженность трасс была ∼2 км. Натурные измерения проводились в сентябре в присутствии термоклина в придонной области. Прием сигнала осуществлялся на вертикальную цепочку гидрофонов. При выделении мод на вертикальной цепочке гидрофонов на трассе с неоднородностью наблюдаются осцилляции амплитуд мод в частотной области. Эффект обусловлен взаимодействием мод. Анализ модовых спектрограмм показывает частичную межмодовую перекачку энергии, а также уменьшение времени прихода низших мод на частотах до 500 Гц. Аналогичные особенности были получены в рамках численного моделирования. Результаты работы могут быть использованы для проведения дистанционного акустического зондирования неоднородностей дна в прибрежных зонах Мирового океана. Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 22-72-10121, https://rscf.ru/ project/22-72-10121/. Ключевые слова: акустика мелкого моря, неоднородный волновод, нормальные волны (моды), межмодовое взаимодействие

Белогорцев А.С., Журавлев В.А., Тютекин Ю.В. «Оценка звукового поля вытекающих мод вблизи источника» с. 20

Рассмотрен приближенный итерационный подход к вычислению звукового поля вытекающих мод, не требующий применения сложных процедур поиска корней дисперсионного уравнения в комплексной плоскости. Предложено уточнение расчетных соотношений, обеспечивающее существенное уменьшение погрешностей оценок комплексных волновых чисел вытекающих мод. Ключевые слова: звуковое поле, гидроакустический волновод, вытекающие моды, дисперсионное уравнение

Папкова Ю.И., Папкова А.С., Шукало Д.М. «Распространение звука в неоднородном волноводе с осадками и упругим донным слоем на жестком основании» с. 20

Рассматривается неоднородный акустический волновод с комбинированным жидко-упругим осадочным слоем на жестком основании. Данная модель включает водный слой с неоднородным профилем скорости звука, лежащий на слое жидких осадков (морской ил), которые, в свою очередь, лежат на упругом слое донных осадков. Нижняя граница волновода является абсолютно жесткой, что приближенно соответствует основанию в виде скальных пород. Границы волновода полагаются плоскопараллельными. На основе метода нормальных мод строятся функции звуковых потенциалов в водном слое и осадочных слоях. Стыковка этих решений по вертикали дает возможность получить дисперсионное уравнение для определения комплексных собственных чисел задачи в форме определителя шестого порядка. Решение неоднородной задачи с источником получено на основе функции Грина, которая впервые строится для данной модели. При этом существенно, что из системы соотношений на границе водный слой–упругий слой удается точно вывести аналитическое выражение для импедансной функции на нижней границе водного слоя, которая задает связь между потенциалом в водном слое и его производной. Это, в свою очередь, дает возможность получить явные аналитические выражения для всех входящих в решение величин и построить решение в виде суммы нормальных мод. Приводятся примеры численного моделирования. Ключевые слова: неоднородный волновод, упругий слой, нормальные моды, бесконечные системы уравнений

Львов К.П., Цыбин В.С. «Стабильность начала и протяженности первой зоны конвергенции Канарской котловины Атлантики в период март 1980 – март 2025 гг.» с. 20-21

Экспериментальные оценки начала и протяженности были получены в ходе экспедиций АКИНа в 1980, 1988, 1990 и 1991 гг. Оценки в лучевом приближении соответствуют экспериментальным данным 1980–1991 гг. Результаты кратко опубликованы в двух номерах Акустического журнала в 1995 и 2002 гг. В настоящей работе расчет оценок вертикального распределения скорости звука и интенсивности поля в четырех районах канарской котловины экспериментов АКИНа производился по общедоступным в настоящее время электронным ресурсам термохалинных полей Мирового океана последних десятилетий и текущих дат. Расчеты скорости звука произведены по широко известной формуле Чена и Миллера (1977 г.). Для расчета интенсивности поля использовался лучевой алгоритм интерактивного программного комплекса Авилова и Попова. Начало и протяженность определялись по горизонтальным разрезам интенсивностей поля для глубин источника и приемника в экспериментах АКИНа. Приведены примеры полученных скоростей звука, картины звукового поля, горизонтальные разрезы интенсивности поля. Значения начала и протяженности сведены в таблицы по четырем районам. Результаты расчетов по данным термохалинных полей последних десятилетий, декабря 2024 г. и марта 2025 г. подтверждают относительную стабильность начала и протяженности. Ключевые слова: первая зона конвергенции, АКИН, скорость звука, интенсивность поля

Лисин А.А., Малеханов А.И., Хилько А.И. «Исследование влияния случайных вариаций слоистой структуры донных осадков на гидроакустическое поле, возбужденное решеткой узкополосных излучателей» с. 21

Разработка акустических систем подводного наблюдения требует учета влияющих на эффективность их работы факторов: геофизические параметры среды распространения звука, статистика изменений гидросферы и атмосферы, а также точность знания структуры дна в районе функционирования системы. Основным критерием качества системы наблюдения служит обычно обеспечиваемое в ней отношение

Малеханов А.И., Смирнов А.В. «Эффективность методов пространственной обработки частично-когерентных сигналов в условиях априорной неопределенности модели канала распространения звука в мелком море» с. 21

Представлены результаты численного моделирования эффективности методов пространственной обработки акустических сигналов, принимаемых вертикальной антенной решеткой в канале мелкого моря (на примере сезонных каналов Баренцева моря). Моделирование выполняется для низкочастотного диапазона в рамках модового формализма расчета звуковых полей в подводных каналах в предположении, что статистические эффекты распространения звука приводят к ослаблению пространственной когерентности сигнала удаленного источника на входе антенны. Предполагается, что регулярные параметры канала известны с некоторой степенью неопределенности (рассогласования) по отношению к его опорной модели, которая используется при построении пространственной обработки. Предполагается также, что полезный сигнал принимается на фоне интенсивной помехи (другого источника) и шумов среды, которые, как и сигналы отдельных источников, характеризуются определенным модовым составом. Основное внимание уделяется получению и интерпретации количественных оценок «допустимых» уровней рассогласования модели канала с реальной средой по тем параметрам, которые оказывают наибольшее влияние, – по вертикальному профилю скорости звука в водной толще и геоакустическим параметрам дна. Полученные расчеты и оценки сопоставляются с ранее полученными аналогичными результатами для методов обработки полностью когерентных полезного и помехового сигналов (для относительно близких источников). Ключевые слова: коэффициент усиления антенной решетки, методы пространственной обработки, подводный звуковой канал, априорная неопределенность параметров волновода

Заславский Ю.М., Заславский В.Ю. «Моделирование низкочастотного гидроакустического поля в морских акваториях» с. 22

Проведено исследование низкочастотных гидроакустических волн (20–100) Гц, распространяющихся в глубоководных и мелководных акваториях мирового океана. На основе метода конечных элементов выполняется моделирование гидроакустического поля, излучаемого гармонически осциллирующим (пульсирующим) монополем, погруженным на глубину точки экстремума скорости звука. Для акватории глубокого океана (глубиной 3 км) исследуются эффекты рефракции волн, обусловленные стратификацией океана по скорости распространения звука. Выявлены зоны конвергенции, где имеет место концентрация волнового поля и схождение волновых лучей к свободной водной поверхности. Определена область, в которой возможно образование «подводного звукового канала». В случае акватории, соответствующей так называемому «мелкому морю» с глубиной порядка 200 м, показано влияние эффектов волноводной дисперсии, обусловленных модовой структурой, которые на дальних дистанциях доминируют над эффектами рефракции, хотя при распространении на незначительных дистанциях последние также присутствуют. Показано, что на рассматриваемых частотах на удалениях от источника порядка первых десятков километров в излучении присутствует несколько низших мод. Проведенное моделирование показывает возможность оптимального расположения приемной антенны по трассе с точки зрения достижения высокой эффективности регистрации сигнала.

Коробов В.А. «Вычитание реверберационной помехи в мультипинговом режиме» с. 22

Обычно методы снижения когерентной реверберационной помехи основываются на данных одного пинга и не приводят к приемлемым результатам в случае низкого отношения сигнал/реверберационная помеха (СРПО). В данной статье рассматривается использование данных нескольких пингов для снижения реверберационной помехи. Реверберацию можно рассматривать как сумму постоянной составляющей и случайной, непостоянной реверберации. Предлагается метод оценки и вычитания постоянной составляющей реверберации для повышения СРПО и улучшения характеристик работы устройств активной акустической локации, работающих в стационарных условиях. Ключевые слова: реверберационная помеха, пинги, стационарные условия

Петников В.Г., Сидоров Д.Д., Луньков А.А. «Оценки расстояния между источником и приемником звука при неизвестных параметрах дна на мелководье в Карском море» с. 22-23

В рамках численных экспериментов проанализированы возможные погрешности при определении расстояния между источником и приемником звука в мелководной части Карского моря на дистанциях до 10 км. Для оценки расстояния рассчитывалось время распространения акустических сигналов с линейной частотной модуляцией и несущей частотой 3 кГц. Расчеты были выполнены для типичных для рассматриваемой акватории условий: 1) зима, ледовый покров и приповерхностный акустический волновод, 2) лето, свободная поверхность воды и придонный волновод. Скорость звука в дне варьировалась от 1440 м/с (водоподобное дно) до 1800 м/с (твердое дно). Продемонстрировано, что возможная ошибка в определении расстояния может достигать несколько метров в летних условиях и несколько десятков метров в зимних. Указанная ошибка обусловлена многомодовым характером волноводного распространения звука, что приводит к сложным по форме сигналам на выходе оптимального корреляционного приемника. Полученные результаты важны для подводной акустической навигации на арктическом шельфе России. Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда, проект № 25-22-00262. https://rscf. ru/project/25-22-00262/. Ключевые слова: подводная акустическая навигация, арктический шельф

Раевский М.А., Бурдуковская В.Г. «Эффективность вертикальной антенны в мелком море на фоне случайных внутренних волн и ветрового волнения» с. 23

Приводятся результаты теоретического исследования влияния случайных внутренних волн и ветрового волнения на коэффициент усиления вертикальной антенной решетки (АР) в мелком море. Предложен алгоритм расчета корреляционной матрицы сигнала на апертуре АР в условиях совместного воздействия фона внутренних волн и поверхностного волнения, использующий разделение флуктуаций акустических мод на высокочастотную и низкочастотную компоненты. При этом учитываются межмодовые корреляции, то есть интерференционная структура акустического поля в волноводе. Для волновода с летней гидрологией проведено численное моделирование вертикальной функции когерентности сигнала и коэффициента усиления антенной решетки в зависимости от ее удаления от источника. При этом для сравнения используются различные методы пространственной обработки сигнала: метод ФАР и оптимальные алгоритмы (линейный и квадратичный). Обсуждается влияние фона внутренних волн на коэффициент усиления АР в зависимости от акустических параметров донного грунта. Анализируются также результаты численного моделирования коэффициента усиления вертикальной антенны при совместном влиянии фона внутренних волн и ветрового волнения. Ключевые слова: мелкое море, внутренние волны, ветровое волнение, когерентность, алгоритмы обработки

Лосев Г.И. «Разработка алгоритмов и программного обеспечения векторно-фазовой обработки сигналов для пеленгования подвижных объектов шумоизлучения в реальном масштабе времени» с. 23

Актуальной задачей гидроакустики является обнаружение подвижных морских объектов в реальном масштабе времени, что особенно важно для задач мониторинга и контроля акустической обстановки в акваториях. Существующие измерительные системы с векторными приемниками показали свою эффективность в задачах определения параметров подводного шумоизлучения объектов, таких как измерение уровней шума и локализация отдельных источников. Однако использованные в них методы требуют значительного времени на постобработку и для оперативного пеленгования подвижных объектов в реальном времени неприменимы. Сложности в пеленговании вызывает широкий частотный диапазон источников: окружающие шумы, эффекты отражений и доплеровские искажения. Целью работы является разработка алгоритмов и программного обеспечения векторно-фазовой обработки сигналов, обеспечивающих пеленгование подвижных объектов шумоизлучения в реальном масштабе времени. Для повышения точности пеленгования предложены адаптивные алгоритмы, включающие пространственную и адаптивную фильтрацию пространственного распределения потоков акустической мощности. Результаты применения векторных приемников с разработанным программным обеспечением подтвердили перспективность предложенных подходов, что подчеркивает необходимость дальнейших исследований и их внедрения. Ключевые слова: гидроакустика, векторно-фазовые измерения, обработка данных в реальном времени, подвижные объекты, адаптивные алгоритмы

Дмитриев К.В. «Влияние помех при использовании фазовой информации в задаче акустической томографии» с. 24

Восстановление акустических характеристик среды по данным о распространении через нее звука относится к сложным математически некорректным задачам, нелинейным относительно искомых величин. Возможность получения приемлемых оценок существенно ограничена как объемом экспериментальных данных, так и различными помехами. Среди них можно выделить аддитивные и мультипликативные помехи, а также помехи, вызванные неточностью в определении положений источников и приемников поля. Представлены результаты восстановления неоднородностей, обладающих разным контрастом акустических характеристик, с помощью борновских, итерационных и функциональных алгоритмов в присутствии помех. При одинаковой среднеквадратичной ошибке, вносимой в экспериментальные данные различными помехами, неточность позиционирования приводит к наибольшему ухудшению качества восстановления, вплоть до его невозможности. Это связано с тем, что рассмотренные алгоритмы в значительной мере используют фазовую информацию зарегистрированных сигналов, которая чувствительна к смещению аппаратуры в пределах длины волны. Продемонстрирована работа алгоритмов безфазовой томографии. Подобные методы основаны на обработке мощности сигнала или на компенсации дополнительных неизвестных набегов фазы. Их применение позволяет существенно улучшить устойчивость восстановления неоднородности в условиях неточностей позиционирования. В то же время отсутствие фазовой информации может снижать качество результата, когда преобладающими являются помехи аддитивного и мультипликативного типов. Исследование поддержано грантом РНФ № 24-22-00192, https://rscf.ru/project/24-22-00192/. Ключевые слова: безфазовая томография, итерационные алгоритмы, функциональные алгоритмы

Щербина А.В., Шуруп А.С. «Учет взаимодействия мод при томографическом восстановлении параметров мелкого моря с помощью базиса полосчатого типа» с. 24

Работа посвящена развитию методов модовой томографии океана, использующих разложение восстанавливаемых параметров среды по базисам специального типа – полосчатым базисам [Буров В.А. и др., 2005, 2008]. Ранее такой подход был обобщен для восстановления параметров мелкого моря в адиабатическом приближении [Burov V.A. et al., 2013, 2015]. В качестве данных рассеяния при использовании полосчатого базиса выбираются времена распространения отдельных мод. Однако для учета многоканального рассеяния необходима адаптация полосчатого базиса к модели распространения звука с учетом взаимодействия мод. В работе рассматриваются пример такого базиса полосчатого типа и результаты его применения для решения задачи томографического восстановления параметров мелкого моря. Численное моделирование показывает возможность использования обобщенного полосчатого базиса для восстановления неоднородностей рельефа дна и возмущений скорости звука в водном слое. Ключевые слова: томография мелкого моря, полосчатый базис, неадиабатическое распространение мод

Вировлянский А.Л., Казарова А.Ю. «Локализация источника звука в волноводе с использованием нейронной сети, обучаемой на данных численного моделирования» с. 25

Важным направлением современной акустики океана в последние годы стало активное применение методов машинного обучения для решения обратных задач. Одной из таких задач является оценка координат источника звука в волноводе по измерениям его поля с помощью вертикальной приемной решетки. В большинстве работ по данной тематике задача решается с использованием нейронной сети, входными данными которой служат элементы корреляционной матрицы (КМ) поля на решетке. Неизбежная неточность математической модели среды, особенно в условиях многолучевого распространения, ограничивает точность теоретического расчета КМ. Поэтому для обучения нейронной сети приходится использовать данные натурных измерений КМ на исследуемой акватории для различных положений источника. В докладе обсуждается альтернативный подход, в котором входные данные задаются распределением интенсивности регистрируемого поля в плоскости глубина–угол прихода. Это распределение, которое строится с использованием заимствованного из квантовой теории метода когерентных состояний, менее, чем КМ, чувствительно к неточностям модели среды. Показано, что это обстоятельство в ряде случаев поможет избежать сложной и дорогостоящей процедуры натурных измерений КМ и обучать нейронную сеть на синтетических (то есть полученных с помощью численного моделирования) данных. Ключевые слова: подводный звуковой канал, вертикальная решетка, когерентные состояния, нейросеть

Корольков З.А., Коновалов В.Н., Ларичев В.А., Лесонен Д.Н., Максимов Г.А., Смирнов В.А. «Интегрированная навигационная система для морской 3D сейсморазведки с использованием буксируемых сейсмокос. Новые возможности» с. 25

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. В докладе представлена информация о разрабатываемой в АО «АКИН» интегрированной навигационной системы «ИНСИНАВ» и дополнительных возможностях, реализованных в этой системе. Ключевые слова: морская сейсморазведка, навигационная система, системы акустического позиционирования

Максимов Г.А., Волков А.Ю., Григорьев А.Г., Корольков З.А., Коновалов В.Н., Ларичев В.А., Лесонен Д.Н., Смирнов В.А. «Гидроакустический комплекс защиты охраняемых объектов "Кербер"» с. 26

Обеспечение безопасности охраняемых объектов от проникновения со стороны акваторий требует комплексного решения, обеспечивающего весь цикл мероприятий по противодействию проникновению на объект, а именно: обнаружение нарушителя, голосовое предупреждение, нелетальное воздействие и, наконец, задержание. В докладе представлена информация о разработанном в АО «АКИН» гидроакустическом комплексе «Кербер», состоящем из системы голосового предупреждения (СГП), системы нелетального воздействия (СНВ) и системы автоматического наведения на цель на телеуправляемой платформе. Ключевые слова: гидроакустический комплекс, голосовое предупреждение, нелетальное воздействие

Зимина К.Д., Бахтин В.К., Дерябин М.С., Касьянов Д.А. «Оптимизация корпуса гидроакустического излучателя, представляющего собой механический трансформатор в виде гофрированной оболочки» с. 26

Представлен подход к проблеме оптимизации корпуса гидроакустического излучателя, который представляет собой механический трансформатор, выполненный в виде гофрированной бочкообразной оболочки. Целью работы является верификация конечно-элементной модели корпуса гидроакустического излучателя (ГИ) и определение оптимальных параметров конструкции для повышения эффективности излучения в водной среде. Проведено экспериментальное исследование вибрационных характеристик оболочек малых размеров, изготовленных из PLA-пластика методом 3D-печати с использованием лазерного виброметра. Результаты экспериментов сопоставлены с результатами численного моделирования. Проанализировано влияние параметров гофрирования оболочки на амплитудно-частотные характеристики излучателя. Полученные результаты в дальнейшем будут использованы для оптимизации конструкций ГИ, непосредственно предназначенных для широкого класса гидроакустических приложений. Ключевые слова: гидроакустический излучатель, гофрированная оболочка, механический трансформатор, конечно-элементное моделирование

Горовой С.В. «Некоторые результаты исследования временнoй изменчивости характеристик гидроакустических шумов на мелководье» с. 26

Приведены результаты экспериментального исследования зависимости от времени параметров моделей авторегрессии – скользящего среднего и огибающих гидроакустических шумов, зарегистрированных в мелководной прибрежной акватории в районе интенсивного судоходства залива Петра Великого в Японском море с использованием векторно-скалярного приемника инерционного (соколеблющегося) типа при состоянии моря 2 балла. Ключевые слова: векторно-скалярные приемники, мелкое море, гидроакустические шумы

Шатравин А.В., Луньков А.А., Беликов Р.А., Краснова В.В., Чернецкий А.Д., Беликова Е.А., Гебрук А.В. «Подводные шумы в районе Соловецкого архипелага в летний период: наблюдаемые уровни и прогноз для некоторых видов строительных работ» с. 27

Для акватории Соловецкого архипелага проведен анализ статистических характеристик подводного шума, наблюдаемого в летний период, а также прогноз уровней шумового загрязнения, ожидаемого в связи с планируемым строительством технологического причала. Район характеризуется сложным мелководным рельефом дна, существенным влиянием на распространение звука приливных процессов, а также высоким уровнем антропогенной нагрузки. Измерения шума проводились в трех точках на удалении от 70 до 500 м от предполагаемого места строительства с глубинами от 2.5 до 11 м. Основной вклад в подводный шум вносили проходы малых и средних судов с характерным временем акустического воздействия, не превосходящим первые десятки минут. Максимальные зарегистрированные уровни среднего за 10 минут звукового давления (SPL) составили от 123 до 144 дБ отн. 1 мкПа, минимальные – от 86 до 104 дБ отн. 1 мкПа. Наблюдался ярко выраженный суточный ход SPL, обусловленный в первую очередь ростом интенсивности судоходства в дневные часы. Результаты моделирования распространения шума от погружения свай вибрационным методом позволяют предположить, что этот вид работ не приведет к существенному росту SPL в дневные часы на расстояниях более 1 км от берега. В то же время забивка свай гидравлическим методом потенциально может стать доминирующим источником шума на расстояниях до нескольких км от берега даже в дневные часы. Ключевые слова: Соловецкий архипелаг, подводный шум, шумы судоходства, акустическое моделирование, антропогенное воздействие

Клячин Б.И. «Дальняя многолучевая реверберация в подводном звуковом канале» с. 27

При однолучевой реверберации рассеянный сигнал возвращается к источнику звука по тому же лучу, по которому достиг рассеивающей точки. При многолучевой реверберации рассеянный сигнал может вернуться и по другому лучу. Однолучевая реверберация характерна для однородного пространства. Многолучевая – для подводного звукового канала (ПЗК). На основе одного известного лучевого приближения для расчета дальнего распространения звука в ПЗК (Урик 1963, Бреховских 1964) записывается выражение для поля узкого пучка лучей. Считается, что этот пучок, вышедший из излучателя под неким углом, на большой дистанции разойдется на некий слой в ПЗК. Вернуться назад к излучателю, рассеянный сигнал может и по другому пучку. (При расчете рассеянного поля используется то же приближение для дальнего распространения.) В результате получается формула для вычисления многолучевой реверберации в ПЗК. Разные пучки имеют разную среднюю скорость распространения вдоль канала. Рассеяние везде считается однократным и малым (тогда сигнал при распространении не будет ослабевать из-за рассеяния). Оказывается, что такая многолучевая реверберация в ПЗК обратно пропорциональна времени. Тогда как однолучевая реверберация в однородном, всюду рассеивающем пространстве обратно пропорциональна второй степени времени. А звукорассеивающий слой в однородном пространстве приведет к однолучевой реверберации, обратно пропорциональной третьей степени времени. Ключевые слова: однолучевая и многолучевая реверберация, подводный звуковой канал

Курьянова И.В. Потапова Р.К., Потапов В.В. «Судебная акустика в эпоху цифры (обзор экспертной практики)» с. 28

В условиях глобальной цифровой трансформации всех сфер жизни общества проблема противодействия преступлениям, совершаемым с использованием современных технологий, в частности нейросетевого моделирования, существенно усложняется, и качественно изменяются задачи, стоящие перед судебной акустикой. Правонарушения, совершаемые посредством обработки речевого сигнала, чрезвычайно разнообразны. Общедоступность профессиональных звукозаписывающих устройств, специализированных программ по обработке речевого сигнала, свободный доступ к нейросетям приводят к постоянной модификации способов совершения противоправных действий злоумышленниками с использованием голоса. Перед современной криминалистикой, широко использующей методы судебной речевой акустики, стоят такие проблемы, как монтаж цифровой звукозаписи, фальсификация речевого сигнала в преступных целях, технология голосовых дипфейков (поддельных аудиозаписей). Разнообразие программ обработки речевого сигнала и развитие и совершенствование возможностей нейросетей привели к необходимости разработки новых алгоритмов исследования речевого сигнала для противодействия кибермошенничеству и другим преступлениям, совершаемым с применением высоких технологий на основе преобразований голоса и речи. Ключевые слова: речевая акустика, аналоговая звукозапись, цифровая звукозапись, монтаж цифровой звукозаписи, обработка речевого сигнала, нейросети, дипфейки

Мещеряков Р.В. «Оценивание шумовой составляющей речевого сигнала» с. 28

Развитие современных технологий в обработке и генерации речевого сигнала решает множество проблем и позволяет повысить эффективность работы с ним. Вместе с тем остаются вопросы по обработке в условиях сложных шумов. Очевидно, что элементы технологий искусственного интеллекта позволяют проводить шумоочистку и выделять необходимые признаки, однако в ряде случаев требуется оценивать сам шум (или шумоподобный сигнал). В докладе предлагается классификация шумов и подходы к их использованию для решения некоторых задач. Ключевые слова: речевой сигнал, шум, акустика речи, естественная информация, энтропия

Потапова Р.К. Потапов В.В., Померанцев Н.Д. «Цветовые ассоциации звучащих гласных русского языка: фоносемантический анализ с учетом гендерных различий» с. 29

Изучаются цветовые ассоциации звучащих гласных русского языка в контексте фоносемантики. Экспериментальная база включала 200 звуковых стимулов, представляющих 10 гласных фонем, произнесенных 10 мужчинами и 10 женщинами. Эксперимент завершили 92 испытуемых (58 женщин и 34 мужчины), которые посредством специально разработанного веб-приложения прослушивали гласные и выбирали ассоциируемый с ними цвет. Результаты показали наличие гендерных различий в цветовых ассоциациях гласных. Кроме того, поднимается вопрос о влиянии акустических характеристик, таких как частота основного тона, формантные частоты и длительность звука, на формирование цветовых ассоциаций. Данное исследование расширяет понимание фоносемантических связей и подчеркивает значимость акустических параметров в формировании сенсорных ассоциаций. Ключевые слова: фоносемантика, звуко-цветовые ассоциации, акустика речи, перцептивный эксперимент, веб-приложение

Ильяс А.Б., Фролова О.В. «Работа голосовых складок при чтении слогов взрослыми: оценка методом электроглоттографии» с. 29

Электроглоттография – неинвазивный метод оценки работы голосовых складок во время фонации. Метод используется во многих работах, которые исследуют влияние различных факторов на голос испытуемых. Цель исследования – определить и сравнить параметры электроглоттограммы взрослых мужчин и женщин. В исследовании приняли участие 5 мужчин и 5 женщин в возрасте от 19 до 24 лет. Осуществлена регистрация электроглоттограммы при прочтении специального речевого материала, состоящего из слогов и гласных. Проведен анализ электроглоттограмм и описаны следующие параметры: коэффициент CQ (the contact quotient – коэффициент, указывающий на долю времени смыкания голосовых складок в одном глоттальном цикле), форма глоттографической волны и значения частоты основного тона гласных. Получены данные о характеристиках работы голосового источника мужчин и женщин при прочтении изолированных гласных и слогов, осуществлено их сравнение. Результаты исследования могут быть использованы для сравнения с пациентами с нарушениями работы голосовых складок. Работа выполнена при финансовой поддержке Российского Научного Фонда (проект № 22-45-02007). Ключевые слова: электроглоттограмма, голосовые складки, частота основного тона

Кедрова Г.Е., Проничева А.Ю., Чучупал В.Я. «Фонетическая интерференция в русской речи китайцев: автоматизация диагностики и анализ типичного устойчивого акцента» с. 30

Цель данного исследования – разработка механизмов автоматической идентификации произносительных трудностей китайских студентов, обучающихся русскому языку, и выявление устойчивых проявлений иноязычного акцента, сохраняющихся на продвинутом уровне владения русским языком. Объектом анализа стали аудиозаписи чтения 1428 слов из сбалансированного фонетического словаря русских ритмических структур, прочитанные китайскими и русскими студентами и аспирантами. Аудиоматериал включал запись 15 китайских дикторов разного уровня владения русским языком (от ТРКИ B1-B2 до C1-C2). Акустическому анализу подверглись аудиозаписи китайских дикторов с низким уровнем владения языком и дикторов-китайцев с максимально высоким уровнем общей длительностью 10 часов

Ганбаатар Цэнд-Аюуш «Фоносемантический подход к изучению перцепции и акустики монгольских гласных» с. 30

Настоящее исследование посвящено слуховому и зрительному восприятию гласных современного монгольского языка. В работе рассматривается вопрос о звуко-цветовых ассоциациях и их связи с акустическими характеристиками гласных. Экспериментальное исследование включало участие 700 носителей литературного монгольского языка, распределенных по признаку «пол» и «возраст» с применением перцептивно-слуховых и перцептивно-зрительных тестов. Анализ полученных данных позволил выявить закономерности восприятия монгольских гласных, а также определить влияние акустических параметров на их цветовые корреляции.

Ляксо Е.Е., Фролова О.В., Матвеев А.Ю., Николаев А.С., Клешнев Е.А., Граве П.И., Ильяс А.Б. «Распознавание эмоциональных состояний по мимической экспрессии, голосу и речи детьми, взрослыми и автоматически» с. 31

Представлены результаты трех экспериментальных исследований по распознаванию детьми (исследование 1), взрослыми (исследование 2) и автоматически (исследование 3) эмоциональных состояний «радость–нейтральное (спокойное)–печаль–гнев» по мимической экспрессии, голосу и речи. В исследовании приняли участие 260 детей с типичным развитием (ТР), расстройствами аутистического спектра (РАС), синдромом Дауна (СД), интеллектуальными нарушениями (ИН) и 40 взрослых. Материалом послужили аудио и видеозаписи выполнения детьми тестовых заданий по методике оценки сформированности эмоциональной сферы – CEDM. Результаты показали большую точность распознавания эмоциональных состояний ТР детьми по сравнению с детьми с РАС и ИН и особенности распознавания эмоциональных состояний детьми с РАС и ИН. Эксперты распознавали эмоции детей всех групп по мимической экспрессии и речи точнее, чем автоматически, с более высокими значениями UAR (полнота распознавания) для ТР детей по аудио и видео в перцептивном эксперименте и по аудио при автоматической классификации эмоций. Выявлены различия по точности классификации эмоций детей с РАС, ИН и СД. Серия экспериментов с использованием методов искусственного интеллекта проведена для возможности создания автоматической системы экспресс-диагностики сформированности или нарушений эмоциональной сферы детей. Работа выполнена при финансовой поддержке Российского Научного Фонда (проект № 22-45-02007). Ключевые слова: эмоциональное состояние, перцептивный эксперимент, автоматическое распознавание, мимическая экспрессия, речь

Куражова А.В. «Распознавание эмоционального состояния близнецов по характеристикам речи» с. 31

Цель работы – сравнить акустические характеристики эмоциональной речи близнецов в парах, оценить возможность идентификации близнецов по голосу и речи. В исследовании принимали участие 10 близнецов – носителей русского языка в возрасте 20±2 лет соответственно). Проводили аудиозапись речи информантов в диалоге с экспериментатором и в паре друг с другом. Осуществляли анализ временных и спектральных характеристик речи в звуковом редакторе Cool Edit Pro. Для анализа отбирали эмоциональные высказывания участников. Составлены аудиотесты, включающие высказывания каждого из информантов. Аудиотесты предъявляли двум группам аудиторов – экспертам с опытом работы в области речевых исследований, аудиторам без опыта. Аудиторам давали задание определить эмоциональное состояние информанта. Для каждого высказывании определяли среднее значение частоты основного тона (F0ср, ЧОТ), диапазон частоты основного тона (F0mx-F0min), длительность всего высказывания, длительность пауз между словами, считали F0ср и длительность ударных и безударных гласных из слов. Выявлены различия по вероятности распознавания эмоциональных высказываний, произнесенных мужчинами и женщинами. Выявлены индивидуальные особенности проявления эмоционального состояния близнецов в парах. Установлены различия по временн'ым и спектральным характеристикам речи между близнецами в пределах пары. Работа выполнена при финансовой поддержке гранта РНФ (№ 22-45-02007). Ключевые слова: близнецы, акустика речи, эмоциональное состояние, частота основного тона

Фролова О.В., Ляксо Е.Е. «Проявление эмоциональных состояний в мимике и речи детей, воспитывающихся в детском доме» с. 32

Цель исследования – изучение особенностей эмоциональной сферы детей 5–16 лет с интеллектуальными нарушениями (ИН), воспитывающихся в детском доме. В работе приняли участие 28 детей из детского дома с легкими ИН (18 детей с задержкой психического развития, 10 – с умственной отсталостью легкой степени тяжести) и синдромом Дауна (СД). Все дети протестированы по методике CEDM (для детей с СД использована краткая версия методики CEDM-sh). Осуществляли аудиозапись речи, видеозапись поведения и мимики детей при выполнении тестовых заданий CEDM. Получены балльные оценки за выполнение детьми тестовых заданий на распознавание эмоций и отражение эмоциональных состояний в голосе, речи и мимической экспрессии. Проведен перцептивный и акустический анализ речи детей в разных эмоциональных состояниях. Мимическую экспрессию детей оценивали перцептивно и автоматически с использованием программы «FaceReader». Результаты исследования показали, что дети с СД значимо хуже выполняют тестовые задания, чем дети с ИН. Для детей с ИН выявлена возрастная динамика при выполнении тестовых заданий на отражение эмоций («беседа с экспериментатором» и «интервью») и распознавание эмоций. Данные по оценке эмоциональной сферы детей, воспитывающихся в детском доме, сопоставляются с данными по детям, растущим в условиях семьи. Работа выполнена при финансовой поддержке Российского Научного Фонда (проект № 22-45-02007). Ключевые слова: эмоциональное состояние, речь, дети из детского дома, интеллектуальные нарушения, синдром Дауна

Павликова М.И. «Параметры интонации у детей с типичным развитием и интеллектуальными нарушениями» с. 32

Целью работы было сравнить интонационные характеристики речи типично развивающихся (ТР) детей и детей с легкой формой умственной отсталости (УО) в разные возрастные периоды, начиная с 5 и до 14-ти лет. В работе применяли перцептивный, аудиторский и инструментальный анализ реплик детей, записанных в ходе диалога с экспериментатором. Определяли словесное ударение, фразовое ударение и интонационные параметры речи. Обнаружены различия между группами детей с ТР и УО по длительности реплик, количеству слов в репликах, темпу речи и длительности гласных в словах. Во всех группах детей выявлены различия в длительности ударных гласных в интонационно выделенных словах и обычных словах, а также в длительности ударных и безударных гласных. В группах детей показана возрастная динамика формирования словесного ударения за счет повышенной длительности ударных гласных. Прослежены возрастные изменения в частоте основного тона (ЧОТ) во фразах. Обсуждается возможная связь изменения ЧОТ на ударных гласных с фразовым ударением. Полученные результаты позволяют оценить динамику речевого развития у детей с умственной отсталостью. Ключевые слова: детская речь, умственная отсталость, интонация, акустические параметры речи

Николаев А.С. «Акустические характеристики эмоциональной речи детей с расстройствами аутистического спектра» с. 32-33

Исследование направлено на изучение акустических характеристик эмоциональной речи 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 ходе которого взрослые носители русского языка (аудиторы), n=206, прослушивали тестовые последовательности (аудиотесты), содержащие фразы детей с РАС и ТР, отобранные из записей спонтанной речи. Проведен спектрографический анализ речевых сигналов фраз, классифицированных аудиторами по трем состояниям: комфорт–нейтральное состояние–дискомфорт. Показано, что состояние дискомфорта у детей с РАС характеризуется максимальными значениями длительности, частоты основного тона (ЧОТ) и ее вариативности по фразам, словам и гласным по сравнению с нейтральным состоянием и комфортом, минимальные значения – у нейтрального состояния. Во всех трех состояниях выявлены различия в значениях ЧОТ по фразам, словам и гласным, интенсивности ударного гласного между сигналами, распознанные аудиторами с высокой (0.75–1.0) и низкой (0–0.25) вероятностью. Показана связь между акустическими характеристиками речевых сигналов и вероятностью распознавания аудиторами. Работа выполнена при финансовой поддержке гранта РНФ (№ 22-45-02007). Ключевые слова: расстройства аутистического спектра, детская речь, эмоциональная речь, акустический анализ, перцептивный анализ

Граве П.И., Николаев А.С. «Перцептивные и акустические характеристики речи детей 5–7 лет с расстройствами аутистического спектра» с. 33

Цель исследования – определение перцептивных и акустических характеристик эмоциональной речи детей 5–7 лет с расстройствами аутистического спектра (РАС). В исследовании приняли участие 16 типично развивающихся (ТР) детей и 5 детей с РАС. В работе использован методический подход для оценки эмоциональной сферы детей CEDM, разработанный в Группе по изучению детской речи СПбГУ. Запись речи детей проводили в модельных ситуациях: диалог с экспериментатором – спонтанная речь, и «актерская» речь – произнесение ребенком слов и фраз в 4 эмоциональных состояниях: радость–нейтральное (спокойное) состояние–печаль–гнев. Для определения возможности распознавания взрослыми эмоционального состояния детей по их речи проведен перцептивный эксперимент, в котором приняло участие 10 взрослых аудиторов. Создано 4 тестовых последовательности, включающих речевой материал «актерской» и спонтанной речи ТР детей и детей с атипичным развитием. Показаны различия в распознавании аудиторами эмоционального состояния ТР детей и детей с РАС. Осуществлен инструментальный спектрографический анализ речевого материала, включенного в тестовую последовательность перцептивного эксперимента. Показаны различия в акустических характеристиках слов типично развивающихся детей и детей с РАС. Работа выполнена при финансовой поддержке гранта РНФ (№ 22-45-02007). Ключевые слова: расстройства аутистического спектра, эмоциональная речь, перцептивный анализ, акустический анализ

Клешнев Е.А., Ляксо Е.Е. «Эмоциональная речь мальчиков 12–16 лет с расстройствами аутистического спектра и типичным развитием: акустические и перцептивные характеристики» с. 33-34

Цель исследования – определить акустические и перцептивные характеристики эмоциональной речи мальчиков 12–16 лет с расстройствами аутистического спектра (РАС) и типичным развитием (ТР), провести сравнительный анализ. В исследовании приняли участие 15 мальчиков 12–16 лет: 10 ТР мальчиков, 5 мальчиков с РАС. Запись эмоциональной речи проводили при выполнении подростками тестовых заданий методики оценки сформированности эмоциональной сферы детей «Child Emotion Development Method» (CEDM). Использовали два метода анализа речи – перцептивный эксперимент, проводимый с целью распознавания аудиторами (n=10) эмоциональных состояний подростков по их речи и инструментальный спектрографический анализ. Результаты перцептивного эксперимента представляли в виде матриц спутывания. 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 гласному. Выявлены различия в акустических характеристиках эмоциональной речи мальчиков 12–16 лет: значениях ЧОТ ударного слова, ударного гласного; значениях вариативности ЧОТ. Аудиторы лучше определяли эмоциональные состояния по речи мальчиков с ТР, чем по речи мальчиков с РАС. Работа выполнена при финансовой поддержке РНФ (проект 22-45-02007). Ключевые слова: подростки, эмоциональная речь, расстройства аутистического спектра, акустические характеристики

Столярова Э.И., Белова Н.Ю., Солнушкин С.Д., Чихман В.Н. «Использование инструментальных методик при обучении школьников с слухоречевыми нарушениями» с. 34

Представляемая работа осуществляется в рамках договора о научно-практическом сотрудничестве между ИФ РАН и ГБОУ Школа № 10 «Изучение специфики проблем письма и чтения у школьников с речевыми нарушениями и развитие подходов к их коррекции». В 2024–2025 учебном году для занятий с педагогом-дефектологом были сформированы группы: 5 школьников из 5 класса, 14 – из 7 класса, 5 – из 8 класса. Из педагогических характеристик школьников следовало, что у них в той или иной степени наблюдается несформированность фонематического восприятия и слуха, лексико-грамматическое недоразвитие речи, дисграфия, дизорфография, ограниченность словарного запаса, недостаточная сформированность навыков языкового анализа, они испытывают трудности при составлении устного рассказа. Для проведения коррекционных занятий использовались программные комплексы «Учись слушать» (совместная разработка ИФ РАН и НИИ уха, горла, носа), в составе которого тесты и упражнения для развития слухового восприятия различной звуковой информации, и «ПЛД» (разработка лабораторий информационных технологий и психофизиологии речи ИФ РАН), который содержит наборы заданий с дидактическим материалом по развитию фонематического слуха, освоению навыков чтения, орфографической зоркости и грамотности. Результаты выполнения заданий автоматически сохранялись. Их анализ обеспечивал объективную оценку динамики и индивидуальных особенностей освоения учебного материала, с учетом которой могли планироваться последующие коррекционные занятия. Оба комплекса хорошо зарекомендовали себя в учебной практике и способствовали улучшению оцениваемых характеристик во всех группах учащихся. Ключевые слова: слух, речь, коррекция слухоречевых нарушений, информационные технологии

Голубева И.Ю., Кузнецова Т.Г., Фролова О.В., Ляксо Е.Е. «Распознавание эмоциональных состояний по вокализациям детеныша макаки людьми» с. 34-35

Один из подходов к проверке гипотезы эволюционной преемственности в выражении эмоций является оценка способности людей воспринимать эмоциональное содержание вокализации других видов. Настоящая работа продолжает исследование вокализаций обезьян и возможности распознавания их эмоциональных состояний по голосу. Вокализации приматов меняются с возрастом и могут различаться в зависимости от окружающей среды и индивидуального опыта. Цель исследования – изучение способности людей к распознаванию эмоциональных состояний: «радость–спокойное–печаль–гнев–страх» по голосовым сигналам детеныша макаки второго и восьмого месяцев жизни, воспитанного человеком. В исследовании приняли участие две группы слушателей – специалисты c профессиональным опытом работы с приматами и нативные слушатели. Специалистами осуществлена запись с последующим отбором вокализаций макаки в комфортных (покой, радость) и дискомфортных состояниях (печаль, гнев, страх), их аннотирование в соответствии с поведенческой ситуацией. Идеология исследования и выбор состояний основан на подходе, используемом в методике «CEDM». Результаты перцептивного эксперимента сопоставляются с данными по отражению эмоциональных состояний в вокализациях обезьян двух-трех лет в условиях группового содержания. Ключевые слова: распознавание, эмоциональное состояние, вокализации, детеныш макаки

Караваева В.Г., Андросова С.В. «Элизия в русском и английском академическом дискурсе: корпусное моделирование частотности» с. 35

Целью настоящего исследования является моделирование частотности элизии в русском и английском академическом дискурсе на основе мультиязычного речевого корпуса. Элизия как фонетический процесс, связанный с полной редукцией или выпадением звуков, играет важную роль в спонтанной и подготовленной речи, однако ее особенности в академическом дискурсе изучены недостаточно. В работе ставятся следующие задачи: (1) выявить закономерности проявления элизии в русском и английском академическом дискурсе (на материалах лекции и дискуссии), (2) сопоставить частотность элизии в двух языках, (3) определить влияние темпа речи и позиции звука на реализацию элизии. Материалом для исследования послужили лекции на английском и учебные дискуссии на русском языках, размеченные в формате TextGrid. Для анализа использовались инструменты автоматической обработки речи: Prt (акустический анализ), Montrel Forced Aligner (выравнивание текста и звука), EXMARLDA (корпусная аннотация), Python библиотеки для анализа и визуализации данных. В результате исследования были (1) разработаны шаблоны запросов в корпусном менеджере для моделирования частотности и контекстов модификаций; (2) для русского и английского языков описаны реализации словоформ с альтернативным фонемным и слоговым составом. Полученные данные могут быть использованы в фонетических исследованиях, преподавании фоностилистики и дообучении систем автоматической обработки речи. Ключевые слова: элизия, академический дискурс, корпусная фонетика, моделирование частотности, сопоставительный анализ

Глухова А.В., Алешкин В.М., Перетокин А.В. «Исторические трансформации в архитектурно-акустическом проектировании концертных залов и залов оперных театров» с. 36

В работе представлен исторический обзор развития архитектурно-акустического проектирования концертных залов и залов оперных театров. Рассмотрен период Античности и эпохи Возрождения в соответствии с видами музыкального искусства, период появления классической формы shoebox и театральной «подковы», а также залы класса «А» Лео Беранека рубежа XIX–XX вв. Уделено внимание первым методам акустического проектирования зальных помещений. Представлены современные устойчивые типы форм концертных залов, являющиеся результатом накопленного архитектурно-акустического опыта. Ключевые слова: концертные залы, залы оперных театров, архитектура, архитектурная акустика

Лившиц А.Я., Перетокин А.В. «Обзор свода правил 51.13330.2011 в части алгоритма акустического проектирования зальных помещений и предложения по его оптимизации» с. 36

В настоящее время в России основным документом, который регламентирует акустическое проектирование зальных помещений (в т.ч. концертных залов и зрительных залов театров), является Свод правил 51.13330.2011 «Защита от шума». Раздел 13 Свода правил содержит рекомендации по созданию оптимальных условий формы и соотношения геометрических размеров залов, рекомендации по отделке, а также рекомендованные значения времени реверберации для залов различного функционального назначения в зависимости от их воздушного объема. Однако опыт акустического проектирования и строительства зальных помещений за последние десятилетия выявил ряд противоречий, неточностей и недостатков рекомендаций раздела 13 Свода правил. В статье приведен анализ данных противоречий и недостатков, предложены рекомендации по коррекции и оптимизации раздела 13 Свода правил. Ключевые слова: зрительный зал, концертный зал, время реверберации, акустические параметры

Исаков Ю.И. «Архитектурная акустика зрительного зала. Критерии оптимального времени реверберации» с. 36-37

Время реверберации является важным параметром оценки акустического качества архитектуры зрительного зала. В действующих строительных нормах оптимальное время реверберации связано с назначением и объемом зрительного зала. Однако оптимальное время реверберации в большей степени зависит от характеристик источника звука и музыкального произведения. В работе анализируются результаты исследований, которые позволяют расширить критерии выбора оптимального значения времени реверберации. Ключевые слова: архитектура зрительного зала, оптимальное время реверберации, акустическое качество архитектуры, уровень звукового давления, сила звука

Лившиц А.Я., Ширгина Н.В. «Моделирование акустических характеристик зрительных залов: физическая и компьютерная модели. За и против» с. 37

Предвидение акустических условий в зрительном зале на этапе проектирования его геометрических параметров и выбора отделочных материалов является очень ответственной задачей. Получение зала с неудовлетворительными акустическими характеристиками обесценивает его строительство. На протяжении 20-го века для моделирования акустики использовались масштабные модели. В 21 веке в основном используются компьютерные математические модели. В статье описаны плюсы и минусы каждого способа моделирования. Ключевые слова: физическое моделирование, компьютерное моделирование, акустические параметры, зрительный зал

Шевцов С.Е. «Влияние акустических характеристик сценической коробки на общее звуковое поле театрального зала» с. 37

В статье приводятся сравнительные данные частотной характеристики времени реверберации сценической коробки и зрительской части на примере нескольких театров. Данные архитектурные типы существенно отличаются друг от друга, что вызывает отличие и в их звуковых полях. Обсуждаются расхождения полученных функций двух типов между собой и формулируются соответствующие предпосылки для корректировки общего звукового поля театрального зала. Ключевые слова: акустические измерения, акустические параметры театра

Лившиц А.Я., Канев Н.Г., Перетокин А.В. «Акустические характеристики зрительных залов консерватории им. Н. А. Римского-Корсакова в Санкт-Петербурге после реконструкции» с. 37

В 2025 г. было введено в эксплуатацию после работ по реконструкции и реставрации здание консерватории в Санкт-Петербурге. В здании расположено 2 зрительных зала: Большой зал им. А. Рубинштейна, рассчитанный на 1228 зрительских мест, и малый зал им. М.И. Глинки на 600 зрительских мест. В работе описаны архитектурно-строительные и акустические решения, примененные в залах при реконструкции для создания благоприятных акустических условий, а также приведены результаты измерения акустических параметров. Ключевые слова: акустические параметры, зрительный зал, время реверберации

Лившиц А.Я., Жукова В.О., Фадеев А.С. «Акустические характеристики зрительных залов после реконструкции театра киноактера в Москве» с. 38

В 2025 г. было введено в эксплуатацию после реконструкции здание Театра Киноактера в Москве. В здании расположено 3 зрительных зала: Большой зал, рассчитанный на 600 зрительских мест, Малый универсальный зал, вмещающий 80 зрителей, и ВИП-кинозал на 12 мест. В работе описаны архитектурно-строительные и акустические решения, примененные в залах для создания благоприятных акустических условий, а также приведены результаты измерения акустических параметров. Ключевые слова: акустические параметры, зрительный зал, время реверберации

Лившиц А.Я., Жукова В.О., Перетокин А.В., Ширгина Н.В. «Акустические характеристики зрительных залов нового драматического театра им. Г. Камала в Казани» с. 38

В 2025 г. было введено в эксплуатацию новое здание драматического театра им. Галиасгара Камала в г. Казани Республики Татарстан. В здании расположено 4 зрительных зала: Большой зал, рассчитанный на 750 зрительских мест, Восточный зал, вмещающий 250 зрителей, Универсальный зал, вместимость которого составляет 300 зрителей, и Камерный зал на 61 место. В работе описаны архитектурно-строительные и акустические решения, примененные в залах для создания благоприятных акустических условий, а также приведены результаты измерения акустических параметров. Ключевые слова: акустические параметры, зрительный зал, время реверберации

Субботкин А.О., Алешкин В.М., Стукало А.А., Числов Д.С., Тюрин А.С. «К вопросу о диапазоне оптимальных значений времени реверберации в школьных классах» с. 38

Нормативные и рекомендательные документы многих стран мира в части акустики школьных классов ставят требования к оптимальным значениям времени реверберации в них. При этом диапазон рекомендуемых значений довольно широк – в зависимости от документа от 0.4 до 0.8 секунд. В докладе представлены результаты анализа влияния времени реверберации и его частотной неравномерности на индекс передачи речи (STI). Показано, что в данном частотном диапазоне времени реверберации в классе действительно можно обеспечить значения STI на уровне «хорошо», однако, учитывая звукопоглощающие свойства сидящих за партами учеников, в наиболее распространенных типоразмерах классов (объемом от 100 до 300 м³) добиться предельно допустимой частотной неравномерности времени реверберации возможно только в более узком диапазоне оптимальных значений – от 0,4 до 0,6 секунд. Ключевые слова: архитектурно-строительная акустика, акустика речевых помещений, акустика классных помещений, акустика учебных помещений, нормирование акустики учебных помещений

Петрова Е.В., Мамонтова А.Д., Комкин А.И., Канев Н.Г. «Акустические проблемы новых учебных аудиторий МГТУ им. Н.Э. Баумана» с. 39

В 2024 г. завершилось строительство нескольких новых учебных корпусов МГТУ им. Н.Э. Баумана, в которых располагаются учебные аудитории разной вместимости. После проведения первых занятий преподаватели и студенты оценили акустическое качество некоторых аудиторий как неудовлетворительное. В связи с этим было проведено акустическое обследование аудиторий, в рамках которого измерены время реверберации и индекс передачи речи STI. Установлено, что в некоторых аудиториях время реверберации вдвое превышает нормативные значения, а разборчивость речи недостаточна для учебного помещения. Проведен анализ архитектурного решения наиболее проблемных аудиторий, по результатам которого установлено, что звукопоглощающие материалы в отделке помещений применены, но в совершенно недостаточном объеме. Это, очевидно, указывает на ошибки, допущенные при проектировании. Обсуждается необходимость введения стандартов проектирования учебных помещений школ, ВУЗов или других учебных заведений. Ключевые слова: время реверберации, разборчивость речи, акустический комфорт, акустическое проектирование

Волченкова И.С., Канев Н.Г., Перетокин А.В., Фадеев А.В. «Оценка времени реверберации больших спортивных арен с учетом зрителей» с. 39

Время реверберации – один из важных акустических параметров спортивно-зрелищных сооружений большой вместимости, значения которого нормируются. Однако в действующей нормативной документации его оптимальные значения приводятся при заполнении арен зрителями на 70%. Осуществить измерение времени реверберации при наличии зрителей с практической точки зрения крайне затруднительно для помещений, рассчитанных на сотни и тысячи человек, а единая методика пересчета значений времени реверберации, полученных в пустой арене, на заполненное зрителями помещение отсутствует. В статье поднимается вопрос учета зрителей при оценке акустики спортивно-зрелищных сооружений, и рассматриваются возможные методы пересчета значений времени реверберации, измеренных в помещениях без зрителей, для определения их соответствия нормативным требованиям. Ключевые слова: спортивные арены, время реверберации, нормирование, заполнение зрителями, акустический комфорт

Алешкин В.М., Канев Н.Г. «Анализ особенностей затухания звука в мечетях» с. 40

Крупные культовые сооружения – храмы и мечети – традиционно являются объектами с особыми акустическими условиями. В силу отсутствия звукопоглощения в интерьере, большого воздушного объема и канонических особенностей объемно-планировочных решений в храмах и мечетях обычно фиксируется повышенное время реверберации, акустические дефекты и недостаточная речевая разборчивость даже при использовании систем звукоусиления. В работе рассматриваются особенности затухания звука в молельных залах крупных соборных мечетей, в т.ч. на основе анализа откликов, измеренных натурно в ряде мечетей (Москва, Казань, Ташкент, Алжир) и рассчитанных в компьютерных моделях. Выявлено, что в некоторых случаях затухание звука имеет не диффузный характер. Рассматриваются локальные критерии акустического качества и их корреляция с характером кривой затухания звука. Приводятся выводы о возможных причинах рассматриваемого явления, такие как неравномерное распределение звукопоглощающей отделки (ковры, люди на полу), влияние объемно-планировочных решений, наличие связанных объемов. Ключевые слова: архитектурно-строительная акустика, акустика мечетей, реверберация, акустические измерения

Колмаков А.В. «Номенклатура современных акустических материалов, перспективы формирования единой базы данных» с. 40

В исследовании освещена проблематика подбора отделочных материалов по их звукопоглощающим свойствам. При проектировании зальных пространств выполняется акустический расчет с целью подбора материалов отделки исходя из эстетических и акустических характеристик. На данный момент рынок акустических материалов в РФ достаточно широк. Однако зачастую большинство продавцов не имеют данных по звукопоглощению на продаваемый ими акустический материал (отсутствует протокол испытаний на звукопоглощение). В результате затрудняется и увеличивается по времени подбор материалов при создании эстетически привлекательного и качественного с точки зрения акустики интерьера. Проведен мониторинг продаваемой акустической продукции на рынке РФ и анализ представления продаваемой продукции по наличию на сайте следующих разделов: протокола измеренного коэффициента звукопоглощения на ключевых частотах согласно СП 51; толщина материала или конструкции; инструкции и рекомендации по монтажу; наличие различных сертификатов; калькулятор стоимости (учитывающий стоимость всех сопутствующих материалов и крепежа); наличие электронной модели в формате BIM и пр. Предложено решение по формированию единой базы современных акустических материалов. Ключевые слова: акустические материалы, база данных, время реверберации, коэффициент звукопоглощения, акустика

Долгер А.Р., Канев Н.Г. «Звукоизоляция дифракционной решетки из жестких экранов конечной длины» с. 41

Решена задача о дифракции плоской звуковой волны на периодической решетке жестких экранов. Найдены коэффициенты отражения и прохождения, особое внимание уделено поиску условий, при которых коэффициент прохождения существенно меньше 1, т.е. когда решетка обладает звукоизолирующими свойствами. Проанализирована зависимость коэффициента прохождения от периода решетки, длины экрана и угла падения. Представленные результаты могут быть использованы для расчета снижения шума ограждениями ламельного типа. Ключевые слова: дифракция, дифракционная решетка, коэффициент прохождения, экран конечной длины

Марковская Д.М., Поветин Д.А., Фадеев А.С. «Практика применения легких бетонов в строительстве многоэтажных домов в качестве межквартирных перегородок. проблемы с изоляцией воздушного шума перегородками из легкого бетона и методы их решений» с. 41

Для ранее рассмотренной проблемы низкой изоляции воздушного шума перегородки из поризованных бетонов невысокой плотности предложена корректировка действующей нормативной базы в области строительной акустики в РФ. Представлены методы увеличения изоляции воздушного шума перегородкой из поризованных бетонов для возможности ее использования в качестве межквартирной стены. Ключевые слова: строительство многоэтажных домов, изоляция воздушного шума, межквартирная перегородка, поризованные бетоны невысокой плотности, звукоизоляция

Давиденкова-Хмара Е.Ш. «Акустика певческого голоса: сравнительный анализ отечественных исследований, опыт их практического применения» с. 42

Доклад посвящен сравнительному анализу ведущих отечественных исследований акустики певческого голоса, начиная с XVIII века и заканчивая современностью. Изучение законов постановки и раскрытия певческого голоса издавна интересовало российских ученых и музыкантов-практиков. Вопросы о том, как правильно организовать дыхание и работать с голосовым аппаратом поднимались в отдельных научно-практических работах, а также рассматривались в отечественных школах пения. В XX веке ведущей отечественной теорией, посвященной певческому голосу, стала «резонансная теория пения», автором которой является В.П. Морозов. В Санкт-Петербургской Консерватории в эти же годы была разработана еще одна теория акустики пения, автор ее В.И. Юшманов. Раскрытию этой теории посвящена его книга «Вокальная техника и ее парадоксы». В докладе также рассматривается практическое применение основных идей, сформулированных на базе данных теорий. Ключевые слова: акустика певческого голоса, академическое пение

Герасимов Р.А. «Определение характеристик звуковых отверстий с конусообразной подрезкой в деревянных духовых музыкальных инструментах» с. 42

Рассмотрено влияние наличия и величины конусообразной подрезки тональных отверстий деревянных духовых инструментов на изменение эквивалентной длины отверстия и смещение собственных частот цилиндрического (кларнет) и конусообразного (гобой, фагот, саксофон) воздушных каналов с таким отверстием. В низкочастотном приближении приведена методика и формулы для численного расчета, позволяющие определять величину эффективного радиуса для открытого и закрытого звукового отверстия с переменным поперечным сечением. Методом передаточных матриц определены собственные частоты воздушного канала с одним отверстием и проведено сравнение с результатами компьютерного моделирования в пакете программного обеспечения COMSOL Multiphysics 6.1. На основе экспериментов МКЭ по определению параметров матрицы передачи тонального отверстия с подрезкой (шунтирующий и последовательный импедансы) получены полуэмпирические формулы для расчета его эквивалентной длины. Показано, что увеличение степени подрезки звукового отверстия приводит к росту его эффективного радиуса, что повышает резонансные частоты в случае открытого отверстия и понижает в случае закрытого. Ключевые слова: деревянные духовые музыкальные инструменты, низкочастотное приближение, метод передаточных матриц, метод конечных элементов (МКЭ), эквивалентная длина отверстия

Сорокин Б.П., Яшин Д.В., Асафьев Н.О., Аксененков В.В., Батова Н.И., Кравчук К.С. «Исследование окислительных процессов в пленке молибдена с помощью СВЧ акустоэлектронного сенсора на алмазной подложке» с. 43

Целью работы является исследование возможности использования СВЧ резонатора на продольных объемных акустических волнах (ОАВ-резонатор) со структурой Al/Al_0,72Sc_0,28N/Mo/(100) алмаз/Mo как химического сенсора на примере окисления молибдена. Пленку молибдена толщиной ∼1 мкм напыляли на свободную поверхность алмаза в ОАВ-резонаторе методом магнетронного распыления. Полученная структура была подвергнута последовательным отжигам в воздушной среде с постепенным увеличением температуры от комнатной до 500°C. Длительность каждого отжига составляла 1 час. Изменения морфологии и химического состава пленок Мо изучали методом энергодисперсионной спектроскопии с помощью растрового электронного микроскопа JEOL JSM-7600F, фазового состава – методом рентгеновской дифракции с помощью дифрактометра Empyrean (Panalytic) на излучении CuK_α. Толщина пленки контролировалась методом атомно-силовой микроскопии при помощи сканирующего зондового микроскопа Ntegr Prim. Используя векторный анализатор цепей Agilent E5071C ENA, в диапазоне 3–18 ГГц были исследованы температурные зависимости сдвига частоты и добротности резонансных обертонов сенсора после каждой стадии отжига. Изменения акустических параметров, полученные СВЧ акустоэлектронным сенсором, обусловлены как ростом кристаллитов Мо, так и образованием таких фаз, как MoO₂ (моноклинная), α и β-фазы MoO₃ (орторомбическая и моноклинная соответственно), наличие которых подтверждено другими методами. Впервые показано, что изменения акустических параметров акустоэлектронного сенсора несут информацию о тонких изменениях в химическом составе пленки Мо при окислении. ОАВ-резонатор как химический сенсор допускает многократное применение благодаря стойкости алмазной подложки. Ключевые слова: образование оксидных фаз молибдена, отжиг, СВЧ акустоэлектронный химический сенсор

Даринский А.Н. «Рассеяние поверхностных акустических волн регулярными неоднородностями на поверхности пьезоэлектриков» с. 43-44

В докладе обсуждаются результаты расчетов методом конечных элементов коэффициента отражения ПАВ от препятствий (неоднородностей), созданных на поверхности подложек YZ и 128°YX LiNbO₃: одиночных ступенек, выступов, канавок и металлических полосок (электродов). Предполагалось, что препятствия имеют бесконечную протяженность перпендикулярно направлению распространения ПАВ. Коэффициент отражения находился с помощью преобразования Фурье рассеянного поля на поверхности подложки. Найдены зависимости модуля и фазы коэффициента отражения от высоты и ширины препятствий. Обнаружено, что кривые, показывающие осциллирующую зависимость модуля коэффициента от ширины канавки и выступа одинаковой формы, похожи в значительной степени, но смещены относительно друг друга, причем этот сдвиг является достаточно большим, даже если отношение толщины к длине волны невелико. Значения модуля коэффициента отражения для канавки в подложке 128°YX LiNbO₃ хорошо согласуются с известными экспериментальными результатами. Коэффициенты отражения от электрода, находящегося на поверхности подложки, и электрода, утопленного в подложку, тоже сильно отличаются. Рассчитана зависимость коэффициента отражения от ширины бесконечно тонкого электрода от YZ и 128°YX LiNbO₃. Численные данные близки к расчетам по аналитическому выражению, полученному в приближении слабого пьезоэффекта, особенно в том случае, когда ширина меньше 1/3 длины волны. Кроме того, вычисляются коэффициенты отражения от решеток, содержащих конечное число канавок или электродов. Результаты сравниваются с результатами теории связанных мод. Работа выполнена в рамках госзадания НИЦ «Курчатовский институт». Ключевые слова: поверхностные акустические волны, пьезоэлектрический эффект, рассеяние, метод конечных элементов

Семёнов А.П., Зайцев Б.Д., Теплых А.А., Бородина И.А. «Влияние свойств жидкостей на характеристики щелевой акустической моды» с. 44

Экспериментально изучены характеристики щелевой акустической моды, возбуждаемой в структуре: «линия задержки–воздушный зазор–резонирующая пьезопластина–жидкость». Линия задержки на основе пластины ниобата лития Y-X–среза толщиной 350 мкм содержала два встречно-штыревых преобразователя (ВШП) с расщепленными электродами, которые располагались на одной стороне пластины на расстоянии 40 мм друг от друга. Эти преобразователи использовались для возбуждения и приема акустической волны с поперечно-горизонтальной поляризацией нулевого порядка (SH0) в частотном диапазоне 1.5–2.2 МГц. Преобразователи подключались к анализатору цепей E5071C в режиме измерения частотной зависимости коэффициента прохождения S12. Над линией задержки между преобразователями располагалась резонирующая пластина ниобата лития с жидкостным контейнером объемом 2 мл. Воздушный зазор определялся с помощью полосок бронзовой фольги толщиной 8 мкм. В исследовании использовались резонирующие пластины ниобата лития Z-X, Y-X-140° и Y-X+155° кристаллографических срезов с толщиной порядка 500 мкм. Наличие резонирующей пьезоэлектрической пластины ниобата лития приводило к появлению последовательности резонансных пиков на частотной зависимости полных потерь. Были приготовлены образцы проводящей (раствор хлористого натрия в воде) и вязкой (смесь воды и глицерина) жидкостей. Измерены зависимости глубины и частоты каждого резонансного пика от проводимости и вязкости жидкости для всех типов резонирующих пластин. Приводится объяснение полученных результатов и обсуждается возможность их использования при создании жидкостных сенсоров. Ключевые слова: линия задержки, щелевая акустическая мода, акустическая волна с поперечно-горизонтальной поляризацией, жидкостные датчики, вязкость и проводимость жидкостей

Семёнов А.П., Зайцев Б.Д., Теплых А.А., Бородина И.А. «Особенности измерения затухания акустической волны в жидкостях акустическим интерферометром в непрерывном и импульсном режимах» с. 44-45

Созданы три макета акустического интерферометра на частоты 2.5, 5 и 10 МГц. Каждый интерферометр состоял из двух преобразователей продольной акустической волны, один закреплялся в основании жидкостного контейнера, а второй мог перемещаться с точностью 10 мкм. Контейнер заполнялся исследуемой жидкостью. В непрерывном режиме преобразователи подключались к анализатору цепей, измеряющему коэффициент прохождения S12. Измерялась зависимость S12 от расстояния между преобразователями на фиксированной частоте, которая позволяла найти скорость акустической волны. Указанные зависимости также рассчитывались в представлении жидкости стандартной Т-образной схемой, нагруженной преобразователями. Подбирались значения сопротивления в плоскости преобразователей и затухания акустической волны, при которых теоретические зависимости максимально соответствовали экспериментальным. Были определены значения затухания для глицерина и смеси 90% глицерина и воды на указанных частотах. В импульсном режиме излучающий преобразователь подключался к генератору сигналов, работающему в импульсном режиме, а выходной преобразователь соединялся с цифровым осциллографом. На экране осциллографа наблюдалась последовательность эхо-импульсов, амплитуда которых уменьшалась благодаря затуханию волны и уходу части мощности через преобразователи. Получены выражения для мощности эхо-импульсов, учитывающие коэффициент преобразования преобразователей, затухание акустической волны и коэффициент прохождения волны через преобразователи. Оказалось, что отношения мощностей первых эхо-импульсов при различных расстояниях между преобразователями однозначно определяются затуханием акустической волны. Измерено затухание волны для указанных выше жидкостей на трех частотах и проведено сравнение с данными, полученными в непрерывном режиме. Ключевые слова: акустический интерферометр, затухание акустической волны, коэффициент преобразования, коэффициент прохождения S12, эхо-импульсы

Койгеров А.С. «Разработка физико-математической модели устройств на поверхностных акустических волнах для системы автоматизированного проектирования» с. 45

Рассмотрен подход к проектированию устройств на поверхностных акустических волнах (ПАВ). Среди множества требований к частотно-селективным устройствам на ПАВ (например, полосовым фильтрам) можно выделить не только требования к качеству характеристик – уменьшение вносимого затухания и неравномерности в полосе пропускания и т.д., но и требования по сокращению времени разработки устройства. Уменьшение времени разработки с одновременным снижением затрат на нее достигается путем предварительного моделирования. Данную задачу можно решить за счет использования системы автоматизированного проектирования с возможностью решения задач оптимизации с большим числом степеней свободы. Показано, что в рамках рассматриваемого подхода необходимо рассмотреть 4 основных этапа при проектировании: аналитический этап, структурный синтез, параметрический синтез и технологический этап (или производство). На этапе параметрического синтеза определяются и оптимизируются параметры выбранной топологии, рассчитываются характеристики (АЧХ, ГВЗ и т. д.). В работе параметрический синтез основан на работе расчетного модуля и модуля оптимизации. В качестве физико-математической модели, описывающей работу устройств на ПАВ, рассмотрена модифицированная модель связанных мод. Апробация работы по созданию реальных полосовых фильтров продемонстрирована на примере проектирования и изготовлении резонаторного фильтра с малым уровнем вносимого затухания. Ключевые слова: модель связанных мод, МКЭ, фильтр на ПАВ, оптимизация

Агейкин Н.А., Анисимкин В.И., Смирнов А.В. «Радиационные потери акустических волн Лэмба в пластинах, нагруженных невязкой непроводящей жидкостью» с. 45-46

Исследована зависимость интенсивности излучения волн Лэмба разных порядков n в жидкость в зависимости от соотношения скоростей в пластине V_n и жидкости V_ж и от величины нормальной компоненты смещения U₃ на поверхности пластины. Показано, что радиационные потери в основном зависят от U₃: эта зависимость прослеживается как для мод нулевого и высших порядков в одной пластине по разным направлениям, так и для мод в пластинах разных материалов и толщин. При малых U₃ излучение в жидкость практически отсутствует, и радиационные потери близки к нулю даже для V_n>V_ж. При больших U₃ величина радиационных потерь велика и, например, у волны Лэмба частотой 16.97 МГц в пластине YZ-LiNbO₃ с нормированной на длину волны толщиной 1.75 составляет 4 дБ/мм, что сравнимо с радиационными потерями поверхностных акустических волн в том же материале. Поляризации сильно излучающих в жидкость мод представляют собой эллипсы, вытянутые вдоль U₃. При этом у большинства мод плоскость эллипса близка сагиттальной плоскости, а у части из них – почти перпендикулярна как сагиттальной плоскости, так и поверхностям пластины. Это – новая модификация волн Лэмба. Ключевые слова: волны Лэмба, радиационные потери

Горбачев И.А., Смирнов А.В., Кузнецова И.Е., Колесов В.В., Ягодин А.В., Мартынов А.Г., Горбунова Ю.Г. «Акустоэлектронные химические датчики на основе мультислойных пленок Ленгмюра–Блоджетт тетра-трет-бутилфталоцианината цинка» с. 46

Изучены сенсорные свойства мультислойных пленок Ленгмюра–Блоджетт на основе тетра-трет-бутилфталоцианината цинка (tBu₄PcZn). Для этого на поверхности воды были сформированы ленгмюровские монослои ZnPc и изучены их физико-химические свойства. Методом Ленгмюра–Блоджетт (ЛБ) на поверхности кристалла ниобата лития были сформированы пленки, содержащие 5, 10, 20 и 40 монослоев фталоцианината цинка. Их морфология была изучена методом атомно-силовой микроскопии. Такие же пленки были сформированы на поверхности акустической линии задержки между встречно-штыревыми преобразователями. Линия задержки была создана на основе поверхностной акустической волны с частотой 116 МГц в 128YX LiNbO₃. Были получены зависимости изменения фазы и амплитуды акустического сигнала такого датчика от концентрации насыщенных паров (0–100%) ацетона, хлороформа, этилового спирта, метилового спирта и изопропилового спирта при комнатной температуре. Показано, что созданные ЛБ пленки на основе фталоцианината цинка обладают чувствительностью к парам хлороформа и ацетона во всем диапазоне исследуемых концентраций. Увеличение толщины пленки приводило к росту величины сенсорного отклика датчика. Таким образом, был разработан акустоэлектронный сенсор паров хлороформа и ацетона на поверхностных акустических волнах. Работа поддержана Министерством науки и высшего образования РФ (госзадание FFWZ-2025-0001). Ключевые слова: акустоэлектронный сенсор, сенсор паров химических соединений, пленки Ленгмюра-Блоджетт, монослои фталоцианинов

Алексеев С.Г., Ползикова Н.И., Лузанов В.А., Раевский А.О., Никитов С.А. «Взаимное преобразование акустических и спиновых колебаний в гибридных магнон-фононных резонаторных структурах» с. 46-47

Исследованию особенностей возбуждения линейных и параметрических спиновых волн (СВ) за счет объемных акустических волн (АВ) в композитном многочастотном резонаторе (HBAR) был посвящен ряд наших экспериментальных и теоретических работ последних лет. Резонатор содержит тонкопленочный пьезоэлектрический преобразователь объемных АВ и слои ферромагнетика (ЖИГ) на монокристаллической высокодобротной подложке (ГГГ), представляя собой магнон-фононную гибридную структуру для эффективного акустического возбуждения СВ. В работе проведено экспериментальное исследование особенностей акустического возбуждения СВ, описанного выше, и обратного явления: магнитного возбуждения АВ-мод без применения пьезопреобразователя. В последнем случае АВ сопровождают колебания намагниченности, которые возбуждаются на частоте ферромагнитного резонанса (ФМР) с помощью индукционного переменного магнитного поля, создаваемого СВЧ-антенной. Антенна располагалась непосредственно на пленке ЖИГ, с обратной стороны от пьезопреобразователя. В отличие от предыдущих работ, исследования проводились при разных направлениях постоянного магнитного поля, в том числе наклонного к плоскости структуры. И пьезоэлектрическое, и магнитное возбуждение HBAR демонстрируют перестройку резонансных частот АВ-мод в магнитных полях, соответствующих полям ФМР данного частотного диапазона. Полученные частотно-полевые зависимости коэффициентов отражения электромагнитной волны от структуры для обоих способов возбуждения магнитоупругой динамики соответствуют развитым теоретическим моделям. Работа выполнена в рамках государственного задания «Спинтроника-3». Ключевые слова: акустические волны, спиновые волны, магнитоупругость, HBAR, ЖИГ

Теплых А.А., Зайцев Б.Д., Семёнов А.П., Бородина И.А. «Теоретическое исследование щелевых акустических мод в различных структурах на основе линии задержки Y-X ниобата лития» с. 47

Рассматриваются щелевые акустические моды, которые распространяются в структуре из двух пьезопластин, разделенных узким вакуумным зазором. Если верхняя пьезопластина ограничена в продольном направлении, то при измерении частотных зависимостей полных потерь в этой системе могут возникать хорошо выраженные резонансные пики затухания. Форма, глубина и расстояние между пиками зависят от взаимной ориентации пьезопластин и расстояния между ними. В статье детально теоретически рассмотрены несколько ситуаций, когда обе пьезопластины изготовлены из ниобата лития, нижняя пьезопластина (линия задержки) имеет ориентацию Y-X и толщину 350 мкм, а верхняя (резонирующая) пластина может иметь различную ориентацию. Акустическая волна возбуждается и принимается при помощи двух одинаковых встречно-штыревых преобразователей, расположенных на верхней стороне линии задержки. Моделирование производилось в диапазоне частот 1.4–2.3 МГц при помощи метода конечных элементов. В результате были рассчитаны частотные зависимости абсолютного значения и фазы полных потерь (параметр S21) и показано, что в такой структуре на данных частотах возникают волны с преимущественно поперечно-горизонтальной поляризацией нулевого порядка. Впервые рассчитаны распределения акустических и электрических полей в такой структуре и продемонстрирован эффект перекачки энергии между пластинами. Ключевые слова: акустическая линия задержки, щелевая мода, пики резонансного поглощения, метод конечных элементов, S-параметры

Можаев В.Г., Недоспасов И.А. «О возможности превышения коэффициентом электромеханической связи объемных акустических волн в пьезоэлектриках единицы» с. 47

Существует множество альтернативных определений коэффициента электромеханической связи K для акустических волн в пьезоэлектриках. Некоторые из них в простых случаях и в пределе слабого пьезоэффекта дают совпадающие между собой аналитические выражения с вполне ожидаемым значением << 1. При расчете K через отношения энергий в задачах возбуждения либо приема акустических волн его максимальное значение очевидно меньше единицы. Но в отношении максимума K, определенного через относительное изменение скорости объемных акустических волн из-за влияния пьезоэффекта, в литературе нет однозначного мнения. Имеются утверждения как о возможности (Every, 1987), так и о недопустимости (Сиротин, Шаскольская, 1979) значений K>1 при таком определении. В докладе обсуждаются вопросы о том, 1) какая из противоположных точек зрения является правильной и 2) какие из имеющихся в литературе наборов значений материальных констант сверхсильного пьезоэлектрика ниобата калия не нарушают фундаментальных ограничений и описывают появление (из-за пьезоэффекта) вогнутости на сечении поверхности медленности для чисто сдвиговых волн. Ключевые слова: коэффициент электромеханической связи, объемные акустические волны, пьезоэлектрические кристаллы, ниобат калия, поверхность медленности

Шамсутдинова Е.С., Смирнов А.В., Анисимкин В.И., Колесов В.В. «Исследование фазовых переходов водных растворов электролитов с помощью акустических волн в пьезоэлектрических пластинах» с. 48

Представлены результаты исследования фазового перехода первого рода водных растворов электролитов с использованием акустоэлектронной линии задержки на волнах в пластинах. Для исследования фазового перехода использовалась только температурная зависимость вносимых потерь в диапазоне температур от –30 до +5°, поскольку данный параметр акустической волны слабо зависит от температуры. Представлены зависимости изменения вносимых потерь акустической волны от температуры при ее плавном изменении для водных растворов хлоридов натрия, калия, аммония, кальция, железа (III), никеля (II). Для всех исследованных солей обнаружено, что процесс замерзания начинается при более низкой температуре, чем процесс плавления (гистерезис). Это связано со специфическим взаимодействием акустических волн с исследуемыми объектами. Также представлены зависимости вносимых потерь от времени при быстром изменении температуры. Показано, что величина вносимых потерь акустической волны зависит от состава электролита. Ключевые слова: акустические волны в пластинах, водные растворы электролитов, кристаллизация растворов, фазовые переходы растворов, датчик фазового перехода

Смирнов А.В., Дацук Е.Р., Недоспасов И.А., Кузнецова И.Е. «Влияние проводимости жидкости на свойства обратных акустических волн в пластине ниобата лития» с. 48

В последние годы активно ведется поиск подходов в создании новых типов сенсорных устройств, основанных на различных физических принципах. Одно из направлений исследований – это использование акустоэлектронных устройств в качестве основы сенсорных элементов. Как правило, используются акустические линии задержки на поверхностных акустических волнах или резонаторы на объемных акустических волнах. Кроме того, перспективными является акустоэлектронные устройства на волнах в пластинах. Для регистрации акустических волн в пластине можно использовать как стандартные электродные структуры с излучающим и приемными встречно-штыревыми преобразователями (ВШП), так и единичный преобразователь. С помощью единичного ВШП можно возбудить в пьезоэлектрической пластине набор акустических волн с различной симметрией и поляризацией, в спектре которых существуют волны, обладающие ветвями с аномальной дисперсией, так называемые обратные волны. Обратные волны – это волны с противоположно направленной фазовой и групповой скоростями. Свойства обратных волн в пьезоэлектрических пластинах исследованы относительно неполно, поэтому их изучение актуальная проблема как с практической, так и с фундаментальной точки зрения. Одной из задач является исследование влияния жидкости с различными электрофизическими свойствами на свойства обратных волн. Поэтому целью работы было изучение влияния жидкости с различной проводимостью на характеристики обратной ветви волны А1. Для исследования был создан экспериментальный стенд, состоящий из пластины ниобата лития, содержащей ВШП с длиной волны 1.7, 1.8, 1.9 и 2.0 мм с одной стороны пластины и измерительной ячейки для жидкости с другой стороны. Проводимость жидкости варьировалась в диапазоне 0.0016–9 См/м, с переменным шагом. Данные приводятся в сравнении с прямой волной SH1, распространяющейся в той же пластине. Параметр S₁₁ в случае обратной волны изменяется с –0.8 дБ до –3.07 в диапазоне проводимости 0.0034–1.6 См/м, затем увеличивается до –2.19 дБ при дальнейшем увеличении проводимости электролита до 9 См/м. Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда, проект № 23-79-10079. Ключевые слова: обратные акустические волны, волны в пластинах, ниобат лития, аномальная дисперсия, проводимость

Дацук Е.Р., Смирнов А.В., Кузнецова И.Е. «Влияние температуры на свойства прямой и обратной акустических волн в пластине ниобата лития» с. 49

В недавних научных исследованиях была предложена идея создания акустоэлектронных датчиков на обратных акустических волнах в пластинах. Высокое значение производной фазовой скорости обратной волны по частоте способствует увеличению чувствительности датчика. Однако в настоящее время сенсорные свойства обратных акустических волн являются малоизученными. В работе было исследовано влияние температуры окружающей среды на свойства прямой и обратной акустических волн в пластине Y-X ниобата лития. В теоретической части работы был произведен расчет дисперсионных зависимостей акустических волн в пластине Y-X ниобата лития при различных температурах, найдены температурные коэффициенты скорости и температурные коэффициенты задержки волн. В экспериментальной части работы выбранные прямая и обратная акустические волны были возбуждены в пластине Y-X ниобата лития толщиной 350 мкм при помощи подключенных к векторному анализатору цепей встречно-штыревого преобразователя с длиной волны 1,8 мм. В климатической камере были выполнены измерения аплитудно-частотной характеристики параметра S₁₁ ВШП при температуре от –60 до 100°C. Произведено сопоставление теоретических и экспериментальных результатов. Показано, что обратная волна в пластине Y-X ниобата лития более чувствительна к изменению температуры, чем прямая. Ключевые слова: обратные акустические волны, волны в пластинах, влияние температуры, ниобат лития

Бахтин В.К., Зимина К.Д., Дерябин М.С., Касьянов Д.А., Балыкин Д.Е. «Разработка широкополосного электроакустического преобразователя на основе перспективных материалов» с. 50

Пьезополимеры и микроэлектромеханические системы (МЭМС) обладают значительными преимуществами при создании приемных акустических элементов. Пьезополимеры выделяются высокой чувствительностью по напряжению, обусловленной малой емкостью, и относительной простотой изготовления и обработки. Основным достоинством МЭМС является возможность миниатюризации конструкции. Компактные размеры этих преобразователей позволяют разрабатывать антенные решетки различных конфигураций для решения широкого спектра задач. В работе представлены результаты математического моделирования методом конечных элементов для ряда электроакустических преобразователей. Исследованы различные конструкции пьезополимерных преобразователей: круглые и эллиптические однослойные и многослойные элементы, преобразователи с переменной толщиной, а также более сложные мембранные и биморфные структуры. Рассмотрены нерезонансные преобразователи, характеризующиеся относительной простотой конструкции и равномерной амплитудно-частотной характеристикой (АЧХ). Однако их чувствительность и отношение сигнал/шум могут быть недостаточными для некоторых применений. Также исследованы резонансные преобразователи, где выравнивание АЧХ достигается за счет оптимального расположения низкодобротных резонансов. Для МЭМС-преобразователя проанализирована модель из четырех тензобалок с двумя мостовыми схемами. По результатам моделирования изготовлены прототипы пленочного и МЭМС-преобразователей. Ключевые слова: пьезополимеры, микроэлектромеханические системы (MEMS), электроакустический преобразователь, конечно-элементное моделирование, антенные решетки

Хатамтаев Б.И. «Измерительные гидрофоны серии ГИ7 и исследование их характеристик» с. 50

В настоящее время в Российской Федерации остро стоит вопрос о технологической независимости от импортных средств измерений в различных областях науки. Гидроакустика не стала исключением, в связи с этим во ФГУП «ВНИИФТРИ» были разработаны гидрофоны-аналоги ведущих европейских компаний, таких как «Teledyne RESON A/S» и «Bruel & Kjaer Sound&Vibration Measurement A/S». Для обеспечения импортозамещения гидрофонов был разработан и изготовлен комплект отечественных гидроакустических преобразователей ГИ7. Исследованы характеристики гидрофонов серии ГИ7 и проведен сравнительный анализ с гидрофонами серии TC40 (фирма «Teledyne RESON A/S»). Ключевые слова: гидроакустический преобразователь, чувствительный элемент, диапазон рабочих частот, чувствительность на прием

Карабутов А.А., Саватеева Е.В. «Использование лазерных источников субмикросекундных ультразвуковых импульсов для прецизионного измерения скорости ультразвука образцов миллиметровой толщины» с. 51

Анализируется возможность повышения точности измерения скорости ультразвука в твердых конструкционных материалах на образцах миллиметрового диапазона толщин. Показана возможность измерений групповой скорости с относительной погрешностью лучше 0.1%. Обсуждаются условия, необходимые для достижения такой точности, и требования к неоднородности и геометрии образца. Ключевые слова: термооптическое возбуждение ультразвуковых импульсов, меры скорости ультразвука, времяпролетный метод измерения скорости ультразвука

Сатарова Е.В., Фейзханов У.Ф. «Определение амплитудно-частотной характеристики акустических преобразователей методом взаимной корреляции» с. 51

Рассматривается методика определения амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) акустических средств измерений с использованием взаимного корреляционного анализа. Актуальность разработки обусловлена необходимостью точной и оперативной оценки характеристик микрофонов и других акустических преобразователей в условиях, приближенных к реальной эксплуатации, без применения громоздких и дорогостоящих измерительных установок. Предлагаемый метод основан на сравнительном анализе откликов исследуемого и эталонного преобразователей на акустическое возбуждение с известными статистическими параметрами. Вычисление взаимной корреляционной функции между сигналами позволяет выделить информацию, связанную с передаточной функцией измерительной системы, и снизить влияние некоррелированных шумов и помех. Методика не требует предварительного знания точной формы возбуждающего сигнала, что делает ее удобной для практического применения в условиях акустической неопределенности. В работе подробно описаны требования к измерительной системе, алгоритмы обработки сигналов и способы интерпретации полученных данных. Представлены результаты экспериментальных исследований, подтверждающие эффективность метода. Также приведено сравнение с традиционными способами измерения АЧХ, такими как методы с использованием звуковых калибраторов и акустических камер. Сделан вывод о перспективности применения взаимного корреляционного анализа в задачах метрологического контроля акустических средств измерений. Ключевые слова: взаимная корреляционная функция, корреляционный метод анализа сигналов, передаточная характеристика акустического преобразователя, амплитудно-частотная характеристика (АЧХ), оценка динамических свойств средств измерений

Копьев В.Ф., Чернышев С.А., Демьянов М.А. «Спектр квадрупольного момента круговой равновесной системы точечных вихрей» с. 52

Образование крупномасштабных вихрей наблюдается в турбулентных океанических или атмосферных потоках и может быть воспроизведено в лабораторных экспериментах и численном моделировании. Общее объяснение этого феномена было впервые предложено Онсагером через рассмотрение статистической механики для набора точечных вихрей в двумерной гидродинамике. Позднее другие авторы исследовали различные свойства статистических вихревых систем, включая флуктуации плотности вихревых частиц около равновесного состояния. В работе рассматривается круговая система точечных вихрей в безграничном пространстве несжимаемой жидкости. Это течение оказывается удобной моделью для анализа некоторых нерешенных проблем, связанных с генерацией шума турбулентными потоками при малых числах Маха, включая задачу о взаимодействии мелкомасштабных пульсаций с крупномасштабными колебаниями неоднородного течения, а также проблему описания стохастических источников звука в турбулентном течении на языке вихревой динамики. Для равновесной системы точечных вихрей определяется спектр квадрупольного момента, определяющего главный вклад в генерацию шума локализованными вихревыми течениями. С этой целью проводится численное моделирование системы точечных вихрей, а также теоретический анализ этой системы, основанный на решении стохастического уравнения для флуктуаций завихренности. Показано, что основной вклад в квадрупольный момент дает крупномасштабная эллиптическая мода коллективного течения, возбуждаемая стохастической динамикой точечных вихрей. Получено хорошее соответствие численных расчетов и аналитических оценок. Планируется использование предложенных аналитических методов для анализа звукового излучения турбулентных течений с более сложной геометрией. Ключевые слова: точечные вихри, статистическое равновесие, флуктуации завихренности, квадрупольный момент, турбулентные течения, генерация звука

Бычков О.П., Копьев В.Ф., Фараносов Г.А., Чернышев С.А. «Параметрическое исследование характеристик шума нагретых дозвуковых струй» с. 52

Для предварительных оценок шума на местности создаваемых или модернизируемых самолетов необходимо иметь представление обо всех его значимых источниках. Для самолетов с реактивными двигателями одним из таких источников является турбулентная струя, истекающая из сопла двигателя. Струи реальных двигателей являются нагретыми, и этот фактор необходимо учитывать при моделировании. Известно, что нагрев струи увеличивает ее шум при фиксированном перепаде давления не только за счет увеличения скорости истечения, но и за счет появления дополнительного источника шума, связанного с колебаниями плотности газа. Возможность экспериментального исследования этих эффектов появилась благодаря модернизации заглушенной камеры АК-2 ЦАГИ, где была впервые продемонстрирована дипольная структура источника шума для низкоскоростных струй. В работе представлены результаты измерений акустических характеристик нагретых струй и их анализ в широком диапазоне дозвуковых скоростей истечения (акустическое число Маха 0.4≤M_a≤0.7) и температур нагрева (температура

Крашенинников С.Ю. «О сходстве процессов образования тонального шума в закрученной струе и широкополосного шума в турбулентной струе» с. 53

Данные современных экспериментальных исследований и вычислительного моделирования нестационарных процессов при истечении турбулентных струй позволяют проследить последовательность различных процессов при их взаимодействии с внешней средой. Изучение последовательности элементов взаимодействия турбулентных пульсаций в турбулентном слое смешения показывает, что, несмотря на стохастический характер процесса смешения, проявляется периодичность во взаимодействии турбулентного течения с вовлекаемой в струю внешней средой. При распространении закрученной турбулентной струи с высокой интенсивностью закрутки процесс втекания в струю также имеет периодическую составляющую из-за прецессионного движения струи относительно ее оси как целого. Анализ «мгновенных» картин течения показывает, что характерные частоты этого пульсационного движения соответствуют периодам общего пульсационного процесса, формирующегося при втекании в струю внешней среды. Процесс вовлечения в струю внешней среды в рассматриваемых струйных течениях обусловлен понижением статического давления в области смешения. В закрученной струе из-за прецессионного движения всей структуры вместе со струей вращается область пониженного давления, создающая основной всасывающий эффект. Проявляется характерная частота вращения этой области. Она соответствует основному тону акустического излучения. В обычной турбулентной струе локальная частота излучаемого шума уменьшается вдоль слоя смешения из-за пропорционального роста продольного размера областей всасывания в струю внешней среды. Ключевые слова: турбулентные струи, эффект всасывания, появление периодичности

Демьянов М.А. «О разделении на объемные и поверхностные аэроакустические источники в случае малых чисел Маха на примере излучения звука при нестационарном обтекании цилиндра» с. 53-54

В сжимаемых средах характерной особенностью областей нестационарного течения является сопровождающаяся в них генерация звукового излучения. Звуковое излучение, возникающее при нестационарных течениях сжимаемого газа, является объектом изучения аэроакустики. Связь акустического поля с аэродинамическими параметрами течения, выводимая из общих уравнений движения сжимаемого газа, называется акустической аналогией. Получить аналитическую связь между акустическим полем и аэродинамическими параметрами течения можно разными способами. При этом выводимые уравнения вместе с правой частью, которую уместно называть аэроакустическим источником, получаются также различными. Таким образом возникло несколько наиболее плодотворных акустических аналогий. Вопрос о том, какая из акустических аналогий является правильной, не является корректным, так как любая из них должна приводить к одному и тому же акустическому полю вдали от областей интенсивного нестационарного течения. Уместнее задавать вопрос о физической интерпретации акустических аналогий и удобстве их применения в конкретных прикладных задачах. В работе рассмотрены аналогии Пауэлла–Хоу и Кёрла применительно к задаче излучения звука от нестационарного обтекания цилиндра при малых числах Маха. Проведены теоретический анализ и сопоставление полей акустических источников для данных аналогий, получена явная связь между ними. Показано, что в приближении малых чисел Маха, когда область интенсивного течения можно считать компактной, обе аналогии являются эквивалентными и приводят к одинаковому выражению для акустического излучения в дальнем поле. Ключевые слова: аэроакустический источник, акустический шум обтекания цилиндра

Копьев В.Ф., Зайцев М.Ю., Беляев И.В., Wang Yong, Zhao Kun «Экспериментальное исследование шума обтекания тематической модели крыла сверхзвукового гражданского самолета на режиме посадки» с. 54

Шум обтекания элементов конструкции планера является одним из основных источников шума современных дозвуковых самолетов на режиме посадки. Для сверхзвуковых гражданских самолетов (СГС) экспериментальные исследования шума планера в контролируемых условиях практически не проводились, поэтому количественная оценка вклада шума планера СГС в общий шум СГС на режиме посадки является затруднительной. В работе впервые были выполнены экспериментальные исследования шума обтекания тематической модели механизированного крыла СГС, проведенные в маломасштабных испытаниях в заглушенной камере АК-2 ЦАГИ и в крупномасштабных испытаниях в FL-17 CARDC. В качестве тематической модели использовалось крыло C608 NASA с различными отклонениями закрылков. Получены параметрические зависимости уровня шума и диаграммы направленности шума обтекания крыла СГС от различных скоростей потока и углов отклонения закрылков. Данные результаты позволят уточнить существующие полуэмпирические модели шума обтекания крыла, развить новые модели шума обтекания крыла СГС и уточнить оценки вклада шума обтекания крыла в шум на местности разрабатываемых перспективных СГС. Ключевые слова: шум обтекания, шум крыла, сверхзвуковой гражданский самолет

Фараносов Г.А. «Особенности ближнего звукового поля винта» с. 54

Воздушный винт является мощным источником тонального шума, который необходимо учитывать при оценке шума на местности различных летательных аппаратов. Характеристики тонального шума весьма чувствительны к концевому числу Маха, числу и геометрии лопастей. В работе на примере простой модели рассматриваются физические аспекты некоторых свойств тонального шума винтов, а также возможные механизмы шума взаимодействия винтов и элементов конструкции планера. Ключевые слова: шум винта, вращающийся источник, волны Маха

Акиньшин Р.В., Фараносов Г.А., Титарев В.А. «Численное исследование задачи о вращении ненагруженного винта в набегающем потоке с образованием импульсного шума» с. 54-55

Исследуется задача о вращении двухлопастного винта с нулевым углом установки лопастей в набегающем потоке. Геометрия лопастей создана на базе профиля BHT-540. Исследование проводится на основе численного решения уравнений Эйлера с помощью собственного пакета программ Акустического отделения ЦАГИ. Характерным моментом для такой задачи является образование трансзвукового течения на наступающей лопасти, что приводит к образованию импульсного шума. Основной целью работы является исследование аэроакустических характеристик импульсного шума в зависимости от параметров задачи. Ключевые слова: импульсный шум, трансзвуковое течение, численное решение

Юдин М.А., Копьев В.Ф., Фараносов Г.А., Чернышев С.А. «Сравнение различных подходов к моделированию распространения ударных волн вдоль канала воздухозаборника» с. 55

Одним из источников шума современного двигателя является вентилятор, который оказывается особенно заметным 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. В настоящий момент существует несколько способов моделирования распространения ударных волн по каналу воздухозаборника. Настоящая работа посвящена сравнению двух основных подходов: моделирования во временной области и моделирования в частотной области. Ключевые слова: шум вентилятора, ударные волны, распространение, моделирование

Башкатов В.В., Денисов С.Л., Остриков Н.Н. «О влиянии эффекта экранирования на результат настройки ЗПК в воздухозаборнике двигателя» с. 55

Для снижения шума вентилятора современного турбореактивного двухконтурного двигателя его каналы облицовывают звукопоглощающими конструкциями (ЗПК), параметры которых оптимизируют на максимальное снижение шума самолета на местности. Однако установка двигателя над поверхностью крыла может существенно изменить диаграмму направленности излучения в дальнем поле в силу наличия эффекта экранирования звука. Действительно, при отсутствии эффекта экранирования наиболее интенсивное излучение тональных компонент шума вентилятора двигателя из канала воздухозаборника реализуется в диапазоне углов наблюдения от 50 до 70 градусов. Поэтому параметры ЗПК в воздухозаборнике настраиваются на максимальное снижение амплитуд звуковых мод, излучаемых в дальнее поле в этом диапазоне углов наблюдения. В случае установки двигателя над крылом звук, излучаемый из воздухозаборника в этом диапазоне углов, может значительно экранироваться, а в дальнем поле начинают доминировать звуковые моды, излучаемые под малыми углами наблюдения. Поэтому с целью достижения наибольшего снижения шума самолета в дальнем поле необходимо перенастроить параметры ЗПК на снижение интенсивных звуковых мод, излучаемых под малыми углами наблюдения. В работе представлены результаты решения задачи оптимизации импеданса ЗПК в канале модельного воздухозаборника при наличии и отсутствии эффекта экранирования модельным прямоугольным крылом, выполненного с помощью ранее развитого метода, основанного на компиляции метода Геометрической Теории Дифракции, описывающего эффект экранирования, и метода конечных элементов расчета процесса распространения звука в канале при наличии потока. Ключевые слова: эффект экранирования, звукопоглощающие конструкции, снижение шума самолета на местности

Дружинин Я.М., Милешин В.И., Россихин А.А. «Расчетное исследование механизмов генерации тонального шума двухступенчатым вентилятором на режимах с дозвуковым течением» с. 56

Одним из возможных направлений развития современной авиастроительной индустрии является внедрение сверхзвуковых пассажирских самолетов (СПС). Для перспективных двигателей СПС со степенью двухконтурности от 1.0 до 3.0 предполагается применение двухступенчатых вентиляторов с широкохордными лопатками, обеспечивающих высокую степень повышения полного давления около 2. Такие вентиляторы существенно отличаются как от одноступенчатых вентиляторов современных дозвуковых пассажирских самолетов, так и от многоступенчатых вентиляторов, которые использовались на пассажирских самолетах первых поколений. Целью работы является численное исследование механизмов генерации тонального шума двухступенчатым вентилятором на режимах с дозвуковым течением. Такие особенности течения в вентиляторе характерны для посадочных режимов. На этих режимах основной вклад в генерацию шума вносит шум взаимодействия между рабочими колесами (РК) и направляющими аппаратами (НА). Представлено численное исследование тонального шума двухступенчатого вентилятора на режиме с дозвуковой окружной скоростью. В работе использовался метод расчета тонального шума многоступенчатых турбомашин в частотной области. В результате расчетов получен модальный состав излучения на входе в вентилятор и выходе из него. Вычислена мощность тонального шума, излучаемого вентилятором в исследуемом частотном диапазоне. Проведен анализ того, взаимодействие каких венцов дает наибольший вклад в излучение. Показано, что основной вклад в тональный шум вентилятора вносит шум, связанный с взаимодействием второго рабочего колеса с первым направляющим аппаратом. Ключевые слова: вычислительная аэроакустика, шум двухступенчатого вентилятора, расчет в частотной области

Кузнецов С.В., Голубев А.Ю. «Об особенностях трансформации поля пристеночных пульсаций давления при переходе от двумерных к трехмерным отрывным течениям» с. 56

Пристеночные пульсации давления в турбулентном пограничном слое являются источником шума, создаваемого обтекаемыми потоком упругими конструкциями. Наличие выступающих элементов на обтекаемой поверхности приводит к отрыву набегающего потока, в результате чего существенно возрастает интенсивность турбулентных пульсаций. В работе представлены результаты экспериментальных исследований поля пристеночных пульсаций давления в турбулентном пограничном слое в окрестности и на поверхности выступающих тел конечной ширины. Измерения проводились в аэроакустической установке П-2 Московского комплекса ЦАГИ. Физические особенности осредненного пристеночного течения исследовались посредством масляной визуализации предельных линий тока. Рассмотрена трансформация картины течения и статистических характеристик исследуемого поля, наблюдающаяся при увеличении степени трехмерности осредненного течения, сопровождающем уменьшение ширины выступающего тела. Анализируется связь спектров пристеночных пульсаций давления с размерами характерных областей отрывного течения. Ключевые слова: пульсации давления, отрывное течение, турбулентный пограничный слой

Зверев А.Я. «гибридный корреляционно-интенсиметрический метод определения звукоизоляции самолетных конструкций» с. 57

При принятии решений о конкретных способах снижения шума в салоне самолета необходимо знать пути его проникновения извне внутрь салона, то есть локализовать области конструкции фюзеляжа с повышенным прохождением звука. Наиболее перспективными методами для получения необходимой информации являются корреляционный метод и метод акустической интенсиметрии. Оба эти метода имеют свои преимущества и недостатки. Поэтому для более корректного определения звукового поля, излучаемого конструкцией, целесообразно при проведении измерений объединить достоинства этих методов и компенсировать их недостатки. Другими словами, необходимо создать гибридный метод, позволяющий на основе единожды проведенного измерения получить как интенсиметрические, так и корреляционные характеристики исследуемого поля. Для решения этой задачи сформирована схема измерений, использование которой позволяет по результатам проведения единого измерения и на основании показаний одних и тех же микрофонов оценить локальную звукоизоляцию элемента фюзеляжной конструкции интенсиметрическим и корреляционным методами. Исследования по отработке гибридного корреляционно-интенсиметрического метода проведены в звукомерных камерах и на натурном самолете. Показано, что предложенный метод позволяет корректно оценить звукоизолирующую способность элементов конструкции даже в условиях повышенного фонового шума и наличия обходных путей проникновения звука в салон самолета. Ключевые слова: звукоизоляция, корреляционный метод, интенсиметрический метод

Купрейчик М.И., Манцевич С.Н., Балакший В.И. «Применение акустооптических ячеек с фазированным пьезопреобразователем в системах генерации оптических частотных гребенок» с. 58

Изучена возможность применения ахроматических вариантов широкоапертурной акустооптической дифракции в ромбическом кристалле LiNa₅Mo₉O₃₀ в акустическом поле, создаваемом планарной электронно-управляемой решеткой преобразователей, для генерации оптических частотных гребенок в петле сдвига частоты. Основное внимание уделено режиму низкоселективного взаимодействия света и ультразвука в плоскости оптических осей. Для длин волн лазера накачки, лежащих в S-, Cи L-диапазоне, определены срезы кристалла и параметры структуры решетки, оптимальные для реализации такого режима дифракции, а также сформулированы требования к точности выведения звуковой грани акустооптической ячейки. Проведены оценки ширины генерируемой в таких ячейках оптической гребенки и диапазона перестройки ее межмодового интервала. Доказана перспективность применения исследуемого режима акустооптической дифракции в кристалле LiNa₅Mo₉O₃₀ для получения перестраиваемых частотных гребенок в расширенном C+L оптическом диапазоне. Ключевые слова: оптические частотные гребенки, акустооптическая дифракция, двуосные кристаллы, электронноуправляемые решетки пьезопреобразователей

Мильков М.Г., Купрейчик М.И., Хоркин В.С., Хохлов Н.А., Ежикова Е.В. «Акустооптические устройства на оптически двуосном кристалле литий натрий молибдена» с. 58

Измерены скорости продольных и сдвиговых упругих волн при их распространении как вдоль главных осей кристалла LiNa₅Mo₉O₃₀, так и вне этих направлений.

Балакший В.И., Манцевич С.Н., Купрейчик М.И. «Колебательные процессы в акустооптической системе с гибридной обратной связью» с. 59

Представлены результаты теоретического исследования колебаний в акустооптической системе на основе акустооптической ячейки, работающей в режиме коллинеарного акустооптического взаимодействия с оптоэлектронной обратной связью. Показано, что при достаточной глубине обратной связи в системе может возникнуть импульсный режим работы, при котором в ячейке формируются одиночные акустический и оптический импульсы, неразрывно связанные между собой через взаимную перекачку оптической и акустической энергии. Временной интервал между импульсами равен времени распространения ультразвука по длине акустооптической ячейки, а их длительность определяется коэффициентом обратной связи. По своим характеристикам система похожа на лазер с пассивной синхронизацией мод, но ее поведение определяется нелинейной зависимостью эффективности акустооптической дифракции света от акустической мощности. Численный расчет выполнен для варианта системы с акустооптической ячейкой, выполненной из кристалла молибдата кальция (CMoO₄) с параметрами: длина ячейки в направлении распространения света и ультразвука – 4 см, частота ультразвука – 46 МГц, длина волны оптического излучения – 633 нм, постоянная времени ячейки – 13,7 мкс. Рассмотрены возможности применения исследованной системы в задачах оптической обработки информации. Ключевые слова: акустооптическое взаимодействие, коллинеарная дифракция света, оптоэлектронный генератор, гибридная обратная связь, фазовый синхронизм

Котов В.М. «Управляемый поворот плоскости поляризации оптического излучения посредством дифракции в гиротропном кристалле» с. 59

Предложен метод управляемого поворота плоскости поляризации линейно-поляризованного излучения, распространяющегося в гиротропном кристалле, примером которого может служить кристалл парателлурита (ТеО₂). Метод основан на сложении двух эллиптически поляризованных взаимоортогональных волн, поляризации которых близки к круговым, и на изменении фазы между складываемыми волнами, причем фаза управляется частотой акустической волны в процессе акустооптического (АО) взаимодействия. Выбор кристалла ТеО₂ обусловлен его уникальными свойствами, в частности аномально низкой скоростью распространения звуковой волны. Это позволяет существенно (до 1000 раз!) понизить порог управляющих мощностей. Эффект сложения двух волн с циркулярными поляризациями приводит к формированию линейно-поляризованной волны, при этом изменение фазы между складываемыми волнами приводит к повороту плоскости поляризации суммарной волны. Анализ показывает, что угол поворота в два раза меньше углового набега фазы между складываемыми волнами. Будут представлены результаты использования режимов двухфононной и трехфононной брэгговских дифракций, в которых изменение фазы нулевого порядка происходит в существенно большей полосе акустических частот. Это позволяет увеличить более чем в 2 раза диапазон угла поворота в сравнении с однофононным режимом дифракции. Интенсивность суммарного излучения, формируемого в нулевом брэгговском порядке, не опускается ниже 70% от интенсивности исходного оптического излучения во всем диапазоне изменения частоты звуковой волны. Ключевые слова: акустооптическое взаимодействие, брэгговский режим, эллиптичность собственных волн, поворот плоскости поляризации

Давыдова Е.А., Титов С.А. «Обнаружение дефектов в ультразвуковых излучателях сдвиговых волн» с. 60

Предложен метод выявления дефектов в виде структурных неоднородностей в ультразвуковых излучателях сдвиговых волн акустооптических устройств. Метод основан на трансформации колебаний SH-поляризации в продольные волны на неоднородностях излучателя и их приеме через иммерсионную жидкость сканирующим ультразвуковым датчиком. С помощью акустического микроскопа в режиме приема экспериментально показано, что метод позволяет обнаруживать дефекты в виде расслоений на границе излучателя из ниобата лития и звукопровода из парателлурита, а также трещины в пьезоматериале. Наличие дефектов подтверждено ультразвуковыми изображениями, полученными в штатном режиме работы акустического микроскопа. Предполагается, что разработанный метод может быть использован для дефектоскопии излучателей сдвиговых волн и исследования их излучательной способности. Ключевые слова: сдвиговая волна, ультразвуковой излучатель, дефект, ультразвуковая визуализация

Карабутов A.A., Саватеева Е.В., Екимов Е.А., Дроздова Е.И. «Лазерно-ультразвуковое измерение упругих модулей композитов с наноалмазами» с. 60

Исследуются механические свойства (модули упругости) малых образцов композитов на основе наноалмазов с включениями различных металлов. Измерение производились с использованием лазерного возбуждения наносекундных импульсных пучков, что позволило измерять скорости как продольных, так и поперечных волн. Скорости продольных акустических волн изменялись в диапазоне 9–16 км/с. Ключевые слова: термооптическое возбуждение импульсных ультразвуковых пучков, времяпролетный метод измерения скорости ультразвука, модули упругости

Поликарпова Н.В. «Распространение акустических волн в ориентированных акустооптических кристаллах и новые применения устройств» с. 60-61

Исследование посвящено изучению особенностей отражения объемных акустических волн в акустооптическом кристалле при произвольной ориентации падения упругих волн на границу раздела с вакуумом. Анализируются различные типы волн и условия их взаимодействия с материалом. Особое внимание уделено уникальным сценариям отражения, существенно отклоняющимся от общепринятых моделей. Данная работа представляет собой углубленное исследование особенностей распространения и преобразования упругих колебаний в кристаллических структурах с выраженными акустооптическими свойствами. Основное внимание уделено изучению поведения объемных акустических волн при их взаимодействии с границей раздела кристаллическая среда–вакуум в условиях произвольной пространственной ориентации волнового фронта. В рамках исследования проведен комплексный анализ физических процессов, сопровождающих распространение различных типов упругих волн в монокристалле парателлурита, включая продольные и сдвиговые волны. Особый акцент сделан на изучении трансформаций, происходящих при отражении волн от границы раздела. Экспериментальные данные свидетельствуют о наличии нетривиальных эффектов, существенно отличающихся от предсказаний классической теории упругих волн: аномальных изменений фазовых характеристик отраженных волн, нелинейной зависимости коэффициентов отражения от угла падения, возникновении дополнительных волновых мод при определенных ориентациях. Выявленные особенности волновых процессов открывают новые перспективы для разработки современных акустооптических приборов. Полученные результаты имеют большое значение для разработки фундаментальных представлений о взаимодействии акустических и оптических волн в анизотропных средах, а также для решения прикладных задач в области оптической обработки информации и лазерной техники. Ключевые слова: взаимодействие звуковых и световых волн, механические свойства, зависящие от ориентации, отражение, монокристаллический диоксид теллура

Никитин П.А. «Модель брэгговской акустооптической дифракции поверхностных плазмон-поляритонов, распространяющихся вдоль границы металл–диэлектрик» с. 61

Предложена модель акустооптической дифракции поверхностных плазмон-поляритонов (ППП), распространяющихся вдоль границы металл–диэлектрик. Для упрощения был использован ряд гипотез: 1) существует только нулевой и первый дифракционные порядки; 2) неоднородность акустического поля приводит к частичному рассеянию ППП в объемное излучение; 3) доля энергия ППП в диэлектрике много больше доли энергии ППП в металле. В рамках указанных ограничений получены выражения для интенсивностей ППП в нулевом и первом дифракционных порядках, а также сделана оценка для доли энергии рассеянного объемного излучения. Показано, что если в пределах глубины проникновения поля ППП в диэлектрик амплитуда звуковой волны постоянна, то рассеяние ППП в объемное излучение не происходит. Ключевые слова: поверхностный плазмон-поляритон, акустооптика, дифракция

Буланов В.А., Соседко Е.В. «Эффективность нелинейного акустического взаимодействия и параметр нелинейности воды с пузырьками» с. 62

Представлены результаты исследований эффективности нелинейного взаимодействия в воде с пузырьками при различной функции распределения пузырьков по размерам и при различных частотах первичных волн накачки. Проведен анализ вклада нелинейности пузырьковых структур и поглощения звука при анализе эффективности параметрических излучающих антенн. Полученные результаты проанализированы применительно к применению параметрических антенн для изучения распределения нелинейного акустического параметра воды и поглощения звука в верхнем слое океана. Основной вклад в нелинейность воды и поглощение звука вблизи поверхности вносят воздушные пузырьки, вовлекаемые в толщу воды при обрушении ветровых волн и других возмущений на поверхности океана. Выявлены различные диапазоны волновых параметров, частот накачки, распределения нелинейности и коэффициента поглощения волн накачки, которые позволяют по отдельности определять параметр нелинейности и коэффициент поглощения звука. Проведены экспериментальные исследования параметра акустической нелинейности воды с пузырьками. Метод измерений основан на использовании параметрической генерации звука на различных разностных частотах при бигармоническом излучении высокочастотной накачки. Измерения нелинейного акустического параметра проводились в различные годы в приповерхностном слое в северо-западной части Тихого океана, в верхнем слое в Индийском океане, а также на шельфе Японского моря. Показано, что теоретические оценки согласуются с экспериментальными результатами при типичных функциях распределения пузырьков по размерам. Ключевые слова: нелинейный акустический параметр, вода с пузырьками

Гусев В.А. «Трансформация временных профилей пространственной структуры ограниченных пучков в средах с модульной нелинейностью» с. 62

Рассмотрено распространение ограниченных акустических пучков в среде с модульной нелинейностью. В этом случае исходная нелинейная задача сводится к совокупности линейных задач для разных временн'ых интервалов. Нелинейные искажения профиля при этом проявляются при проведении сшивания решений линейных задач. Такой подход позволяет описать нелинейно-дифракционные искажения в пучках с различными начальными волновыми профилями и поперечными пространственными формами. Рассмотрены характерные начальные временн'ые профили в виде гармонических волн и импульсных сигналов, N-волны. Рассчитаны поля сфокусированных пучков. Полученные решения позволяют проанализировать поле интенсивного пучка в фокальной области с учетом как дифракционных, так и нелинейных факторов. Предложены подходы к анализу полей интенсивных пространственно-модулированных волн в окрестности фокальных точек и каустик. Исследование выполнено в рамках государственного задания МГУ имени М.В. Ломоносова. Ключевые слова: ограниченные пучки, модульная нелинейность, фокусировка, N-волна

Квашенникова А.В., Юлдашев П.В., Есипов И.Б., Хохлова В.А. «Моделирование нелинейных взаимодействий в трехмерном поле двухчастотного параметрического подводного излучателя в неоднородных волноводных системах» с. 63

На основе нелинейно-дифракционного параболического уравнения типа Хохлова–Заболотской–Кузнецова в трехмерной постановке проведены численные эксперименты по моделированию генерации и распространения волны разностной частоты (ВРЧ) в поле подводного двухчастотного параметрического излучателя в виде двумерной антенной решетки в условиях волноводного распространения в неоднородной среде. Исследованы особенности возбуждения морского волновода полем направленного излучения ВРЧ в различных режимах работы параметрического излучателя, определяемых начальной амплитудой давления волн накачки, в том числе при сильном проявлении нелинейности среды. Разработанная авторами ранее спектральная численная модель для свободного однородного пространства была модифицирована с учетом наличия пространственных неоднородностей скорости звука путем введения дополнительного фазового множителя для каждой спектральной компоненты волны на каждом шаге сетки вдоль оси пучка, а учет волноводного распространения проводился путем изменения граничных условий в операторе дифракции на дне и поверхности волновода. В результате расчетов были получены распределения полей давления волн накачки и генерируемой ВРЧ как для различных регулярных, так и для случайных пространственных распределений скорости звука, характерных для распространения в условиях мелкого моря. Определены оптимальные по мощности режимы излучения бигармонической накачки для повышения дальности распространения и направленности низкочастотного излучения и его мощности, т.е. эффективности параметрической генерации. Ключевые слова: параметрические взаимодействия, волна разностной частоты, уравнение типа Хохлова–Заболотской–Кузнецова, неоднородный мелководный волновод

Михалев Е.С., Кокшайский А.И., Одина Н.И., Коробов А.И., Ширгина Н.В. «Учет удлинения образца при определении нелинейных коэффициентов упругости полимеров методом Терстона–Браггера» с. 63

Одним из способов измерения нелинейных упругих свойств материалов является метод Терстона– Браггера. Поскольку данный метод основан на определении зависимости относительного изменения скорости ультразвуковой волны в образце от приложенной к нему нагрузки, возникает необходимость учета вызванного одноосным сжатием удлинения образца вдоль направления распространения ультразвуковой волны. Особенно важно это для полимеров, удлинение которых достаточно велико в интервале прилагаемых характерных нагрузок. Так, относительное удлинение стального кубика со стороной 2/3 см при нагрузке 20 кг составит 0/0000005, а полимерного при тех же условиях – порядка 0/0002, что более чем на два порядка больше. Были разработаны экспериментальная установка и методика измерений для учета удлинения образца, вызванного одноосным сжатием, и произведен расчет коэффициентов упругости третьего порядка образца 3D-напечатанного фотополимера. Было выявлено, что неучтенное изменение длины полимерного образца при проведении эксперимента методом Терстона-Браггера может приводить к погрешности до 20%, что существенно искажает получаемые результаты. Исследование выполнено в рамках государственного задания МГУ имени М.В. Ломоносова. Ключевые слова: 3D-печать, нелинейные упругие свойства, метод Терстона–Браггера, эксперимент, фотополимер

Комаровский К.О., Гусев В.А. «Нелинейные волновые явления в узких трубках переменного сечения специального вида с учетом диссипации» с. 64

Рассмотрены явления, возникающие при распространении акустических волн в узких трубках переменного сечения. Задан закон изменения поперечного сечения трубки специального вида. Исследовано прохождение звука через сужение с учетом нелинейных поправок. Полученное уравнение решалось методом возмущений. Построены частотные зависимости коэффициента прохождения волны на второй гармонике по энергии. Показано, что частотная зависимость коэффициента прохождения носит резонансный характер, причем в точках резонанса величина коэффициента прохождения оказывается неограниченной. Это связано с неучетом диссипативных эффектов, играющих определяющую роль при выполнении условия резонанса. Для уточнения поведения системы вблизи резонанса в модель были введены диссипативные члены, описывающие потери энергии, связанные с вязкостью среды. Представлена частотная зависимость коэффициента прохождения нелинейной волны с учетом диссипации, а также выполнено сравнение зависимости с коэффициентом прохождения волны на основной гармонике в том диапазоне, где наблюдается режим туннелирования. Исследование выполнено в рамках государственного задания МГУ имени М.В. Ломоносова. Ключевые слова: уравнение Вебстера, коэффициент прохождения, метод возмущений, диссипативные эффекты

Смирнов В.В., Ковалева М.А. «Антирезонанс в существенно-нелинейных системах» с. 64

Явление резонанса является одним из наиболее значимых в теории колебаний и волн. Анализ резонансной кривой для волн, которые рассеиваются атомами и структурами, позволяет исследовать структуру и свойства вещества. Уго Фано в 1935 г. впервые показал, что интерференция волновых функций дискретного и континуальных состояний может приводить к необычной асимметричной форме резонансной кривой. Дальнейшие публикации дали начало большому количеству исследований в различных областях физики. В последние десятилетия процессы волновой интерференции интенсивно изучаются в наноразмерной физике, в частности в связи с развитием материалов нового поколения – метаматериалов. Несмотря на то, что оригинальная работа посвящена квантовомеханической задаче, эффекты асимметричного резонанса проявляются и в классических системах. Показано, что двухканальное резонансное рассеяние упругих волн на плоском дефекте в кристалле может приводить к полному отражению даже для волн, длина волны которых существенно больше толщины дефекта. Ранее был рассмотрен эквивалентный классический аналог резонанса Фано для линейных систем. В работе рассматривается аналог резонанса Фано на примере двух связанных осцилляторов с нелинейностью мягкого и жесткого типов. Осциллятор, возбуждаемый внешней силой, связан с континуумным состоянием квантово-механической системы, в то время как ведомый осциллятор соответствует дискретному состоянию. Ключевые слова: фано-резонанс, существенно-нелинейные системы

Коннова Е.О., Хохлова В.А., Юлдашев П.В. «Моделирование интенсивных ультразвуковых пучков в ударно-волновых режимах на основе уравнения Вестервельта с использованием графических ускорителей» с. 65

Численное моделирование распространения звуковых пучков в различных средах имеет большое значение для решения проблем во многих научных и прикладных областях, включая медицинскую акустику. В неинвазивной ультразвуковой хирургии ключевыми задачами являются разработка мощных ультразвуковых преобразователей, расчет параметров создаваемых акустических полей и планирование терапевтического воздействия. Для их решения часто применяется теоретическая модель, основанная на однонаправленном нелинейном уравнении Вестервельта. Однако в ударно-волновых режимах учет таких параметров, как малый размер фокальной области (порядка миллиметра), большой волновой размер излучателей (порядка сотен длин волн) и необходимость учета большого числа гармоник (до 1000), требует построения крупных пространственных сеток с матрицами поля давления размером порядка

Ерофеев В.И., Бутыгин Д.А. «Нелинейные продольные и крутильные волны, распространяющиеся в стержнях, деформирование материала которых описывается неогуковским потенциалом» с. 65

Из вариационного принципа Гамильтона-Остроградского получены уравнения нелинейной динамики стержней, деформирование материала которых описывается неогуковским потенциалом. Для продольных волн исследованы: генерация квазигармонической волны удвоенной частоты; формирование пространственно-локализованных волн (солитонов) деформации. Исследованы также различные сценарии попутного и встречного взаимодействия солитонов. При этом особое внимание уделено процессу расщепления уединенных волн, при котором каждый из взаимодействующих солитонов распадается на несколько солитонов и квазигармонических волновых пакетов. Установлено, что квазигармонические крутильные волны могут быть неустойчивыми по отношению к разбиению на отдельные волновые пакеты (модуляционная неустойчивость). Проанализирована зависимость области модуляционной неустойчивости волны от упругих свойств материала стержня. Ключевые слова: нелинейный гиперупругий метаматериал, неогуковский потенциал, стержень, продольная волна, крутильная волна

Сергеева М.С., Квашенникова А.В., Юлдашев П.В., Есипов И.Б., Хохлова В.А. «Моделирование параметрических эффектов в фокусированных осесимметричных ультразвуковых пучках при двухчастотном возбуждении излучателя» с. 66

Эффект параметрической генерации волны разностной частоты в фокальной области мощного двухчастотного излучателя представляет интерес как перспективный инструмент контроля за тепловым воздействием ультразвука на биоткани для развивающегося метода неинвазивной HIFU-хирургии. В работе развит конечно-разностный численный алгоритм решения аксиально-симметричного уравнения Хохлова–Заболотской–Кузнецова в квазилинейном приближении для фокусирующего излучателя в виде сферического сегмента. В численном алгоритме использованы спектральное представление поля давления для описания нелинейных взаимодействий волн накачки и метод эквивалентного излучателя, позволяющий переносить граничное условие со сферы на плоскость, сохраняя при этом точность расчета поля в фокальной области излучателя даже при больших углах схождения ультразвукового пучка. Полученные результаты для волны разностной частоты в воде показывают хорошее соответствие с интегральным решением неоднородного волнового уравнения, полученным в рамках квазилинейной теории. Проведено численное моделирование для двух типов излучателей (плоского круглого и сферического фокусирующего) и проанализировано влияние параметров фокусировки на эффективность генерации волны разностной частоты и на ширину диаграммы направленности низкочастотного излучения. Определены наиболее выигрышные параметры бигармонической волны накачки, обеспечивающие эффективную генерацию излучения на разностной частоте в фокальной области параметрического излучателя. Ключевые слова: фокусирующие излучатели, ультразвук, биоткань, хирургия

Нартов Ф.А., Карзова М.М., Хохлова В.А. «Особенности проявления нелинейных эффектов в ультразвуковых полях фокусирующих кольцевых преобразователей» с. 66

Для многих современных излучателей мощного фокусированного ультразвука медицинского назначения характерна геометрия, близкая к кольцевой. Обычно они представляют собой либо кольцевые фазированные решетки, либо преобразователи, одно или многоэлементные, в виде сферического сегмента с центральным отверстием круглой формы, использующимся для размещения диагностического датчика. В недавней работе, посвященной исследованию нелинейных эффектов в фокусе многоэлементных решеток с центральным отверстием достаточно большого размера, было показано, что проявление нелинейных эффектов в фокусе таких излучателей отличается от хорошо изученных эффектов в полях излучателей в виде сферического сегмента. В работе исследовалась зависимость проявления нелинейных эффектов в фокусе мощных кольцевых фокусирующих излучателей от соотношения между внутренним и внешним размерами их излучающей поверхности для различных углов схождения и волновых размеров внешней апертуры. Проанализированы различия в геометрии фокальной области и амплитуде акустического давления в линейном и нелинейном режимах фокусировки. Показано, что при увеличении площади отверстия размер фокального пятна увеличивается в направлении акустической оси и уменьшается в поперечном направлении как в линейных, так и в нелинейных пучках. В линейных пучках с постоянной мощностью излучателя амплитуда давления в фокусе уменьшается при увеличении площади отверстия. В нелинейных пучках переход к режиму образования развитого разрыва происходит при больших значениях мощности для больших отверстий, при этом амплитуда образующихся в фокусе ударных фронтов также увеличивается. Ключевые слова: медицинский ультразвук, HIFU, нелинейные волны, ударные фронты

Арабаджи В.В. «О постоянной во времени силе реакции волнового поля на границу с заданными условиями» с. 67

Предлагается обзор нескольких примеров простых линейных волновых краевых задач, в которых возникает постоянная во времени сила реакции волнового поля на излучающую границу. Обсуждаются сходства и различия проявлений этой силы: (а) для звуковых волн, электромагнитных волн, волн на воде; (б) для различной геометрической размерности краевой задачи 1D и 2D-3D; (в) для режимов максимального рассеяния (отражения) и максимального поглощения падающей волны. Рассматриваются различные комбинации перечисленных выше (а)–(в) характеристик краевых задач. Ключевые слова: краевая задача, сила реакции поля, размерность краевой задачи

Косарев О.И., Пузакина А.К. «Метод расчета вторичного звукового поля цилиндрической оболочки в жидкости в дальней зоне» с. 67

Предложен упрощенный метод расчета вторичного звукового поля цилиндрической оболочки жидкости в дальней зоне. Дана сравнительная оценка составляющих полного поля, связанных с излучением, вызываемым колебаниями оболочки, и отражением звука от абсолютно твердого тела. Даны рекомендации для использования упрощенного метода. Ключевые слова: вторичное поле, цилиндрическая оболочка, колебания, рассеянное поле, отраженное поле

Корунов А.О., Гусев В.А. «Быстрая оценка характеристик звукового удара в стандартной атмосфере на основных режимах полета сверхзвукового пассажирского самолета» с. 67-68

Предложен метод быстрой оценки характеристик звукового удара от сверхзвукового пассажирского самолета в условиях стандартной атмосферы. Кусочно-линейная зависимость профиля температуры и отсутствие атмосферного ветра позволяют полностью свести задачу о геометрии распространения волн звукового удара к алгебраическому виду. Для акустического давления сформулировано точное решение на основе подхода нелинейной геометрической акустики. Проведен анализ зависимости геометрии распространения волн звукового удара от параметров крейсерского полета сверхзвукового пассажирского самолета. В условиях третьего семинара SBPW (Sonic Boom Prediction Workshop) 2020 произведен расчет эпюр избыточного давления на земле от демонстратора X-59. Для основных нестационарных режимов полета (режим разгона и режим сверхзвукового поворота) разработаны алгоритмы построения линий пересечения каустики с земной поверхностью. Получен точный критерий фокусировки волн на земле на режиме сверхзвукового поворота, а также точное решение для ширины линии фокусировки на земле на режиме горизонтального сверхзвукового разгона. В рамках метода нелинейной геометрической акустики получена оценка для коэффициента усиления амплитуды избыточного давления при фокусировке волн на земле. Ключевые слова: звуковой удар, стандартная атмосфера, точные решения, оценка в режиме реального времени, нестационарные режимы полета

Окороков М.В., Скобельцын С.А. «Использование энергетического критерия для контроля корректности решений дифракционных задач» с. 68

Существенный прикладной потенциал решений дифракционных задач делает важной и актуальной проверку их корректности. В работе с этой целью предложено использовать энергетический критерий, заключающийся в исследовании баланса определенных энергетических характеристик акустических волн. Установлено, что в плоских дифракционных задачах он должен выражать равенство интенсивностей звуковых волн, а в пространственных задачах теории дифракции – усредненных по времени потоков энергии. Показано, что при прохождении звука через границу раздела двух различных жидких сред использование энергетического критерия позволяет обнаружить наличие в полученном решении искусственно введенных неточностей. Выполнение энергетического баланса исследовано в задаче о рассеянии плоской звуковой волны на однородном упругом шаре. При этом в найденные значения искомых коэффициентов случайным образом были внесены ошибки. Для повышения достоверности результатов и обоснованности выводов указанные действия были выполнены 100 раз, причем в каждом случае вычислялись средний поток энергии в рассеянной волне и средний поток энергии взаимодействия падающего и рассеянного поля. Выявлено, что график зависимости относительного расхождения между усредненными за 100 наблюдений значениями энергетических показателей от числового параметра, характеризующего величину введенной ошибки, имеет резонансно-подобный вид. Результаты исследований сопоставлены с аналогичными данными, полученными ранее при изучении дифракции звука на абсолютно жестком шаре. Определено, что внесение неточностей в значения коэффициентов приводит к видоизменению углового распределения среднего за период потока энергии в рассеянной волне. Ключевые слова: энергетический критерий, дифракция звука, граница раздела жидких сред, однородный упругий шар, искусственное введение неточностей

Агафонов А.А., Шараев П.А., Изосимова М.Ю., Кокшайский А.И., Одина Н.И., Коробов А.И. «Методика экспериментального исследования распространения упругих волн в цилиндрических стержнях» с. 68

Представлена методика, позволяющая экспериментально исследовать распространение упругих волн в цилиндрических стержнях, закрепленных у основания. С помощью лазерного сканирующего виброметра можно визуализировать колебания поверхности стержней, исследовать амплитудно-частотные характеристики стержня и выделить его моды. Методика опробована на стальном стержне. Выделены три семейства мод образца, представлены экспериментальные дисперсионные кривые. Произведен анализ полей колебательной скорости упругих мод в образце. Приводятся результаты сравнения экспериментальных данных с теоретическими. Исследование выполнено в рамках государственного задания МГУ имени М.В. Ломоносова. Ключевые слова: моды упругого цилиндрического стержня, лазерная сканирующая виброметрия, эксперимент

Аксенов С.П., Кузнецов Г.Н. «Сравнение характеристик инварианта Чупрова и фазо-энергетического инварианта в глубоком океане» с. 69

Для повышения эффективности оценки координат источника и помехоустойчивости обнаружения сигнала на фоне помех применяют различные алгоритмы согласованной или квазисогласованной со свойствами среды обработки. Одно из направлений работ предполагает использование устойчивых к изменению свойств среды волноводных инвариантов или инвариантных соотношений. В течение многих лет для этой цели применяется инвариант Чупрова. Позднее авторами было предложено использовать для указанных выше целей фазо-энергетический инвариант, свойства которого определяются градиентами фазы в зонах интерференционных максимумов и отличаются устойчивостью. В докладе приводятся результаты компьютерного моделирования и оценки инварианта Чупрова и фазо-энергетического инварианта в ближней и дальней зонах акустической освещенности и в зоне тени. Показано, что фазо-энергетический инвариант в зонах освещенности с большой точностью равен «1», а инвариант Чупрова в этих зонах неустойчив и изменяется в широких пределах. В зоне тени оба инварианта изменяются при увеличении расстояния более чем на порядок, но эта зависимость является инвариантной. Ключевые слова: глубокий океан, зоны освещенности и зона тени, зависимости от расстояния и характеристик волновода инварианта Чупрова и фазо-энергетического инварианта

Аксенов С.П., Кузнецов Г.Н. «Оценка расстояния до источника в мелком море с использованием фазо-энергетического инварианта» с. 69

Оценка координат источника в мелком и глубоком море выполняется с использованием различных алгоритмов, в том числе алгоритмов согласованной со свойствами среды обработки и инварианта Чупрова. Но для согласованной обработки требуется точная информация о передаточной функции волновода, а применение инварианта Чупрова возможно в случае его устойчивости при изменении расстояния и вариации свойств среды. В докладе приводятся результаты компьютерного моделирования и впервые применительно к мелкому морю показана возможность оценки расстояния до источника с использованием предложенного авторами фазо-энергетического инварианта. Установлено, что на всех расстояниях от источника до приемника, кроме самых малых расстояний, соизмеримых с глубиной волновода, фазо-энергетический инвариант имеет стабильное значение «+1» и его применение позволяет получить достаточно точную оценку расстояния. Причина погрешностей оценок на малых расстояниях – нестабильность значений фазо-энергетического инварианта в зоне формирования нормальных волн. Даются рекомендации по применению предложенного метода оценки расстояния и координат источника. Ключевые слова: мелкое море, определение фазо-энергетического инварианта, оценка расстояния до источника с использованием фазо-энергетического инварианта

Кузнецов Г.Н., Степанов А.Н. «Повышение помехоустойчивости обнаружения сигналов в мелком море с использованием фазового инварианта» с. 70

Для повышения помехоустойчивости обнаружения источника сигналов необходима информация, содержащаяся в моделях сигналов, волновода и помех. Для обнаружения обычно применяют различные алгоритмы согласованной или квази-согласованной со свойствами среды обработки. Одно из направлений работ предполагает использование устойчивых к изменению свойств среды волноводных инвариантов или инвариантных соотношений. В течение многих лет для этой цели применяется инвариант Чупрова. Позднее нами было предложено использовать для этих целей фазовый инвариант, свойства которого на плоскости частота–расстояние связаны с характеристиками линий равных фаз. Установлено, что как линии равных фаз, так и фазовые инварианты отличаются устойчивостью при изменении параметров волновода, расстояния, глубин источников и приемников, профиля скорости звука и т. д. Но фазовый инвариант равен «–1» в отличие от инварианта Чупрова или фазо-энергетического инварианта, которые равны «+1». В докладе приводятся результаты компьютерного моделирования и оценки фазового инварианта в мелком море. Показано, что при сканировании в пространственно-частотной области и сложении комплексных спектров вдоль линий равных фаз наблюдается когерентное накопление мощности сигнала, в отличие от суммирования спектральных плоскостей мощности сигналов с использованием инварианта Чупрова или фазо-энергетического инварианта, которые происходят энергетически (видеокогерентно). Ключевые слова: мелкое море, волноводные инварианты, фазовый инвариант, когерентное суммирование спектральных плотностей сигнала вдоль линии равных фаз

Миронов М.А. «Вибрационная черная дыра для крутильных волн, распространяющихся по стержню переменного сечения» с. 70

Рассмотрено распространение крутильных волн в стержнях переменного сечения. При линейном сплющивании стержня скорость распространения крутильной волны также уменьшается линейно и на конечной длине стержня обращается в ноль. При этом время распространения до заостренного конца равно бесконечности. Такая замедляющая конструкция в современной терминологии называется вибрационной черной дырой. Получены точные решения уравнения крутильных колебаний заостренного стержня с моментом инерции и моментом кручения в виде степенных функций и соответствующие выражения для входного импеданса со стороны начального сечения. Ключевые слова: крутильная волна, стержень переменного сечения, время распространения

Глушков Е.В., Глушкова Н.В., Еремин А.А., Татаркин А.А., Барейко И.А., Киселев О.Н. «Определение эффективных параметров упругих волноводов по измерениям бегущих волн» с. 70-71

Ультразвуковое зондирование является одним из инструментов определения упругих параметров материала и контроля их изменения в процессе производства и эксплуатации. Для тонкостенных конструкций, изготовленных, например, из слоистых композитных материалов, на первый план выходят бегущие волны, распространяющиеся вдоль слоев. Их волновые характеристики и само число возбуждаемых волн определяется упругими свойствами слоев и их толщиной и зависят также от частоты, обусловливая дисперсию волнового пакета. Тем самым они несут больше информации о слоистой структуре, чем бездисперсионные объемные волны, традиционно используемые в неразрушающем контроле. Эффективные параметры определяются путем минимизации невязки между расчетными и измеренными дисперсионными характеристиками при варьировании входных параметров расчетной модели. Здесь возникают две самостоятельные задачи: 1) разработка эффективных компьютерных моделей, позволяющих получать амплитудно-частотные и дисперсионные характеристики каждой из бегущих волн, возбуждаемых в многослойном упругом волноводе, в том числе и с учетом анизотропии упругих свойств; 2) выделение волновых характеристик из массива данных измерений. Важную роль играет также выбор целевой функции и алгоритма ее минимизации. В докладе обсуждается решение этих задач на основе полуаналитического подхода, базирующегося на явных интегральных и асимптотических представлениях волновых полей, их возбуждении и регистрации пьезосенсорами и лазерно-оптическими средствами и выделении волновых чисел методом H-функций и матричных пучков на примере восстановления свойств как изотропных пластин (сталь,

Юлдашев П.В., Коннова Е.О., Хохлова В.А. «Широкоугольная параболическая модель на основе операторного ряда Фурье в плавно-неоднородной среде» с. 71

Метод параболического уравнения широко используется для численного моделирования акустических полей в различных волновых задачах, в которых распространение волн имеет однонаправленный характер. В настоящее время основной способ построения широкоугольных параболических моделей заключается в применении Падэ аппроксимаций к пропагатору однонаправленного волнового уравнения. При рассмотрении трехмерных задач такой подход связан с известными вычислительными трудностями, которые до конца не преодолены. Недавно был предложен новый метод аппроксимации пропагатора операторным рядом Фурье, который сводит решение широкоугольной задачи к решению нескольких десятков задач, эквивалентных по математической постановке задаче для стандартного или узкоугольного параболического уравнения. Это дает возможность использовать более эффективные численные схемы при решении задач в трехмерной постановке. В настоящей работе исследуются возможности по расширению предложенной модели для описания распространения волн в неоднородных средах. В частности, анализируются поправки, связанные с учетом плавных изменений параметров среды вдоль выделенного направления распространения волн, а также возможность использования нового метода аппроксимации пропагатора для этих случаев. Анализ возникающих ошибок выполнен путем сравнения численных решений для однонаправленных моделей с результатами расчетов полноволновой модели «k-Wave» в тестовой неоднородной среде. Ключевые слова: широкоугольное параболическое уравнение

Шанин А.В., Лаптев А.Ю. «Асимптотическая оценка трехмерных интегралов с особенностями в применении к задаче о волнах Кельвина» с. 71-72

Рассматривается трехмерный интеграл типа Фурье, в экспоненте которого стоит произведение некоторой фазовой функции и большого параметра. Требуется найти асимптотику этого интеграла при стремлении большого параметра к бесконечности. В трехмерном случае вклад в асимптотику могут давать такие особые точки, как точки стационарной фазы в пространстве, на сингулярности и на пересечении сингулярностей, точки тройного пересечения сингулярностей, а также конические точки сингулярностей. Для всех этих типов особых точек возможно построить топологические условия существования ненулевых асимптотик и получить старшие члены соответствующих асимптотик. Предлагаемая техника опробована на примере классической задачи о волнах Кельвина на поверхности глубокой жидкости за буксируемым телом. Показывается, что волны за буксируемым телом описываются вкладом от точек стационарной фазы на пересечении сингулярностей, а переходный процесс, вызванный началом движения буксируемого тела, описывается вкладом от точек стационарной фазы на одной из сингулярностей. Также обосновывается, что известный угол Кельвина связан с положением точки перегиба на линии пересечения сингулярностей. Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда 25-22-00106, https://rscf.ru/project/25-22-00106/. Ключевые слова: многомерный метод стационарной фазы, преобразование Фурье, преобразование Лапласа, волны

Бибиков Н.Г. «Что мы узнали о нашем мозге, исследуя слуховой путь амфибий» с. 73

Хорошо известно, что подавляющее большинство данных, характеризующих обработку звуковых сигналов в слуховых ядрах ствола мозга млекопитающих, было получено на наркотизированных объектах. В самые последние годы выяснилось, что при введении наркотических веществ характер реакции нейронов продолговатого и среднего мозга может кардинально измениться, и эти изменения довольно трудно поддаются моделированию. В этой связи для понимания принципов обработки звуков на начальных этапах слухового пути актуальными могут оказаться данные, получаемые на тех животных, у которых регистрация осуществлялась в отсутствии наркоза. Среди них особое место занимают бесхвостые амфибии, которые отделились от эволюционного древа позвоночных практически одновременно с млекопитающими и которые, возможно, сохранили принципиально схожие схемы обработки сигнала. В докладе приведены некоторые результаты, обнаруженные вначале у амфибий, которые в последующем были описаны и у млекопитающих. Среди этих наблюдений можно отметить прежде всего механизмы, обеспечивающие в процессе адаптации к действию сигнала существенное повышение чувствительности слуха к его малым изменениям. Также именно у амфибий впервые были обнаружены специфические клетки, реагирующие не столько на параметры сигнала, сколько на его новизну. Резко выраженный у амфибий в режиме полной адаптации эффект стохастического резонанса, когда наличие шума позволяет выделять слабый сигнал, только сейчас, видимо, обнаружен у высших позвоночных. Ключевые слова: обработка звуковых сигналов мозга млекопитающих

Галутин В.З., Волк Г.М., Беликов Р.А. «Информационные возможности анализа эхолокационных сигналов беломорских белух» с. 73

Анализ полевых записей эхолокационных сигналов беломорских белух, выполненных с использованием двухканального приемника градиента давления и высокочастотного гидрофона, показал возможности использования приемных систем на их базе для оценки количества млекопитающих в шельфовой зоне. Проведено сравнение использования для оценки количества импульсных источников алгоритмов взвешивания интегральных сигналов в ортогональных каналах векторного приемника и вычисления задержки между принятыми высокочастотным гидрофоном прямым импульсным сигналом и его отражениями. Показано, что в условиях волновода использование приемной системы на базе одиночного высокочастотного гидрофона и предложенного алгоритма вычисления задержек достаточно для разделения принятой смеси прямых и отраженных импульсных сигналов на локационные серии, излученные разными животными. Ключевые слова: приемник градиента давления, гидрофон, локационные сигналы белух

Ахи А.В. «Возможности дифференцировки дельфинами Tursiops truncatus классов полигармонических шумоподобных сигналов при комплексном разрушении их спектральной структуры» с. 74

Исследовалась возможность пассивного слуха дельфинов осуществлять классификацию шумоподобных сигналов при разрушении их спектра, как по макро-, так и по микроструктуре. Деформация структур спектра проводилась сначала по отдельности, а затем комплексно, совмещая искажение спектральных информационных признаков, таких как форма огибающей и набор тональных дискретных составляющих. Значимость информационных признаков, содержащихся в макро и микроструктуре спектра, оценивалась с точки зрения необходимости и количественной достаточности для возможности проведения слуховой системой дифференциации одного класса сигналов от других. Ключевые слова: дельфин, шумоподобный сигнал, классификация, спектральная структура

Хорунжий Г.Д., Егорова М.А. «Влияние изменения дофаминергической нейротрансмиссии на коротколатентные стволовые слуховые вызванные потенциалы у крыс гетерозиготной линии DAT-HET» с. 74

Хорошо известно, что развитие синдрома дефицита внимания и гиперактивности (СДВГ) у детей обусловлено системным нарушением функционирования дофаминергических нейронов (Viggiano et al., 2003). Сведения о повышенном риске развития тяжелых форм СДВГ у пациентов, страдающих нарушениями слуха (Soleimani et al., 2020; Tsur et al., 2024), дают основания полагать, что результаты оценки слуховой чувствительности могут выступать в качестве дополнительного критерия при диагностике СДВГ, и создают предпосылки для изучения слуховой функции у животных – экспериментальных моделей данной патологии. В этой связи нами было предпринято сравнительное исследование характеристик слуха у нормальных крыс линии Wistar и крыс трансгенной гетерозиготной линии DAT-HET со сниженным уровнем экспрессии гена Slc6a3, кодирующего транспортер обратного захвата дофамина DAT-1. Для их оценки анализировали амплитудные и временные параметры коротколатентных стволовых слуховых вызванных потенциалов (КСВП), зарегистрированных у крыс обеих линий при действии парных щелчков и одиночных тональных сигналов. Полученные результаты показали, что при в целом сходных амплитудных и временных параметрах КСВП у крыс обеих линий, у гетерозигот DAT-HET амплитуда 1 волны КСВП была достоверно больше, чем у животных с нормально функционирующим транспортером обратного захвата дофамина DAT1. Повышение амплитуды 1 волны КСВП у крыс линии DAT-HET, видимо, связано с изменением уровня дофаминергической нейротрансмиссии, сопряженной с активацией D1 рецепторов, присутствующих в мембранах нейронов спирального ганглия улитки. Работа поддержана федеральным бюджетом по госзаданию № 075-00263-25-00. Ключевые слова: дофаминергическая система, СДВГ, трансгенные животные, крыса, слух, КСВП

Горовой С.В., Катин И.О. «Предварительные результаты исследования акустического репертуара ларг Phoca largha, полученные в приморском океанариуме» с. 75

Звуковые сигналы ларг Phoca largha, обитающих в прибрежных акваториях и вблизи островов дальневосточного побережья России, воспринимаются на слух как рычания, завывания, крики и др., но детальный анализ показывает, что они представляют собой амплитудно-модулированные последовательности импульсов длительностью до единиц миллисекунд, следующих через регулярные интервалы времени. Описаны предварительные результаты анализа некоторых звуковых сигналов, входящих в акустический репертуар отдельных особей ларг, содержащихся более 5 лет в открытых плавучих вольерах Приморского океанариума в б. Парис, о. Русский залива Петра Великого в Японском море. Регистрация звуковых сигналов ларг была выполнена в воздухе на частотах до 20 кГц с использованием измерительного конденсаторного микрофона. В процессе специально подготовленных экспериментов ларги издавали различные звуковые сигналы по командам тренеров. Приведены результаты сравнения осциллограмм и спектрограмм зарегистрированных звуковых сигналов, описана методика проведения экспериментов. Ключевые слова: ларга Phoca largha, морские млекопитающие, звуковые сигналы морских млекопитающих

Рябков М.В., Грамович В.В., Дмитриев К.В. «Неинвазивная диагностика легочной гипертензии с помощью анализа сердечных тонов» с. 75

Легочная гипертензия (ЛГ) – синдром, характеризующийся повышенным давлением в легочной артерии (ЛА) и ведущий к летальному исходу без лечения. Ранняя диагностика критически важна для улучшения прогноза, однако традиционные методы (эхокардиография, катетеризация легочной артерии) малодоступны в первичном звене здравоохранения. Сложность диагностики этого патофизиологического состояния обусловлена неспецифичностью его клинических проявлений. Исторически выслушивание тонов сердца было ключом к диагнозу ЛГ. Однако у современных врачей навыки аускультации сердца утрачиваются из-за использования инструментальной диагностики. Решением может стать фонокардиография (ФКГ) – запись звуков сердца. Аналоговая ФКГ широко применялась в диагностике болезней сердца в 20 веке, однако, как и аускультация, требовала большого опыта для интерпретации. Современная цифровая ФКГ с машинным автоматическим анализом может упростить процесс и объективизировать анализ звуков сердца. Метод неинвазивен, безопасен и применим у постели больного, что в совокупности с современными вычислительными технологиями делает метод перспективным. В настоящем исследовании методика диагностики опиралась на анализ звуков, возникающих при работе клапанов сердца. Анализ производился на уникальной базе данных, содержащей записи ФКГ и ЭКГ 140 пациентов, у которых уровень давления в ЛА был определен при катетеризации сердца и/или проведении эхокардиографии в ФГБУ «НМИЦ кардиологии им. ак. Е.И. Чазова». Данные обрабатывались алгоритмом на основе сверточной нейросети. На текущий момент удалось достичь диагностической точности 91%, что подтверждает перспективность использования разработанного алгоритма для выявления ЛГ. Исследование поддержано грантом РНФ № 24-22-00192, https://rscf.ru/project/24-22-00192/. Ключевые слова: анализ сигналов, нейронные сети, фонокардиография, легочная гипертензия

Костив А.Е., Малаева В.В. «К вопросу об акустических аналогах спирометрических характеристик форсированного выдоха человека» с. 76

При современном развитии науки и техники в широкой клинической практике пассивные акустические методы диагностики по-прежнему имеют экспертный характер. Спирометрия – метод исследования внешнего дыхания человека по поток-объемным параметрам, который используется в доказательной медицине. В работе подтверждается гипотеза о существовании акустических аналогов спирометрических параметров форсированного выдоха. Исследование выполнено с помощью статистического анализа (критерий Спирмена) по группе из 43 добровольцев, оценивалось 248 дыхательных маневра. Получены значимые (р<0.05) корреляции акустических и спирометрических параметров: продолжительность шумов и спирометрическая продолжительность выдоха, 0.22; время достижения максимального значения амплитуды шумов и время достижения пиковой объемной скорости выдоха, 0.18; звуковая энергия форсированного выдоха и форсированная жизненная емкость легких выдоха, 0.29; звуковая энергия форсированного выдоха за первую секунду и объем форсированного выдоха за первую секунду, 0.24; звуковая энергия форсированного выдоха за первые 0.75 секунды и объем форсированного выдоха за первые 0.75 секунды, 0.34. Выявлено увеличение силы корреляции для отношений параметров: звуковая энергия форсированного выдоха за первую секунду к звуковой энергии форсированного выдоха и объем форсированного выдоха за первую секунду к форсированной жизненной емкости легких, 0.61; звуковая энергия форсированного выдоха за первые 0.75 секунды к звуковой энергии форсированного выдоха и объем форсированного выдоха за первые 0.75 секунды к форсированной жизненной емкости легких, 0.46. Полученный в работе результат должен способствовать продвижению акустических методов в медицинскую клиническую практику. Ключевые слова: шум дыхания, аускультация, респираторная акустика, спирография, индекс Генслера

Почекутова И.А., Сафронова М.А. «Влияние физиологических параметров на полосовые акустические характеристики шумов форсированного выдоха» с. 76

Анализ трахеальных шумов форсированного выдоха (ФВ) является полезным инструментом для выявления бронхиальной обструкции. Однако недостаточно изучено влияние физиологических показателей (пол, возраст, антропометрические параметры) на акустические характеристики дыхательных шумов человека. Вместе с тем их учет при разработке референсных значений акустических параметров, разграничивающих норму и патологию, чрезвычайно важен. Характеристиками дыхательных шумов ФВ, перспективными для оценки вентиляционной функции легких, представляются разработанные нами продолжительности, энергии и их нормированные на общую продолжительность и суммарную энергию шумов производные в средне(200–800 Гц) и высокочастотных (800–2000 Гц) полосах в диапазоне 200–2000 Гц.

Вьюгинова А.А., Новик А.А., Вьюгинов С.Н., Новик А.А., Лбов А.А., Новик А.А. «Применение магнитострикционных и пьезоэлектрических преобразователей в ультразвуковых технологических системах» с. 77

Ультразвуковые технологии – обширная область возможностей для различных областей промышленности, они позволяют решать задачи высокоэффективных раскроя и сварки термопластичных материалов (пластмасс, нетканых материалов), резки пищевых и непищевых продуктов, сварки металлов (проводов, шин, контактов, фольги), пайки и лужения металлов и неметаллов (керамики, стекла), просеивания порошков, обработки жидкостей для реализации ультразвуковой экстракции, лизиса, диспергирования, эмульгирования, гомогенизации, упрочняюще-чистовой обработки поверхности металлов (уменьшение шероховатости и повышение твердости), снятия остаточных напряжений в сварных конструкциях, обработки расплавов металлов и др. Основой ультразвуковых систем для реализации вышеуказанных технологий является электроакустический преобразователь, при этом в технологических ультразвуковых системах применяются как пьезоэлектрические преобразователи, так и магнитострикционные. В работе исследуются опыт, возможности и преимущества применения преобразователей каждого типа для различных технологий и требований производственных процессов. Ключевые слова: электроакустический преобразователь, пьезоэлектрический преобразователь, магнитострикционный преобразователь, ультразвуковая технология, мощный ультразвук

Швецов И.А., Швецова Н.А., Петрова Е.И., Луговая М.А., Константинова М.Г., Колпачева Н.А., Рыбянец А.Н. «Упругие потери и дисперсия в плотной и пористой сегнетопьезокерамике» с. 77-78

Требования к характеристикам высокочастотных медицинских ультразвуковых преобразователей за последние годы кардинально изменились в связи с появлением новых областей применения, в первую очередь преобразователей высокоинтенсивного сфокусированного ультразвука (HIFU) для систем ультразвуковой абляции и терапии. Появление новых высокочастотных приложений и удовлетворение их специфических потребностей стимулирует разработку и совершенствование пьезоэлектрических материалов и технологий их изготовления. Пористая сегнетопьезокерамика является одним из новых перспективных пьезоэлектрических материалов, имеющих важное значение для многих технических приложений, в том числе HIFU преобразователей. Упругие и электромеханические потери и дисперсия являются одними из основных физических параметров, ограничивающих применимость пьезоэлектрических материалов в высокочастотных ультразвуковых устройствах. В работе представлены результаты сравнительного исследования упругих потерь и дисперсии в плотной и пористой сегнетопьезокерамике системы ЦТС одинакового состава. Для измерения и анализа действительных и мнимых частей комплексных упругих параметров, а также их частотных зависимостей мы использовали ранее разработанный метод анализа пьезорезонансных спектров для основного и высших резонансов толщинной моды колебаний пьезокерамических дисков. Экспериментальные образцы плотной и пористой сегнетопьезокерамики были изготовлены с использованием традиционных методов синтеза и спекания, а также модифицированного метода выжигания порообразователя. В ходе исследования в пористой сегнетопьезокерамике были обнаружены области аномальной упругой дисперсии, обусловленные изменением соотношения длины волны резонансных колебаний пьезокерамического элемента к масштабу пространственной неоднородности его пористой микроструктуры с ростом частоты. Ключевые слова: пористая и плотная сегнетопьезокерамика, пьезорезонансный спектр, комплексные параметры, упругие потери и дисперсия

Пугачев С.И., Рытов Е.Ю. «Ультразвуковые технологии изготовления пьезокерамических преобразователей» с. 78

Технология ультразвукового формообразования (УЗФО) позволяет изготавливать высококачественные пьезокерамические элементы (ПКЭ) различной конфигурации при пониженных значениях статического давления и пониженной температуре обжига. Технология ультразвуковой металлизации (УЗМ) материалов низкотемпературными сплавами может служить альтернативой промышленной технологии создания металлических электродов на пьезокерамике методом вжигания серебросодержащей пасты, создавая соединения пьезокерамика – металл повышенной прочности и надежности. Технология ультразвукового склеивания (УЗСкл) материалов позволяет оптимизировать процесс соединения активных и пассивных элементов составного стержневого пьезокерамического преобразователя (ПКП), улучшая смачивание клеем поверхности твердого тела и сокращая продолжительность отверждения клея. Ключевые слова: ультразвук, пьезокерамика, формообразование, металлизация, склеивание

Гончар А.В., Мишакин В.В., Клюшников В.А. «Влияние усталостного разрушения на коэффициент Пуассона и параметр акустической анизотропии метастабильной аустенитной стали» с. 78

Исследовалось влияние усталостного разрушения на упругие характеристики метастабильной аустенитной стали AISI 321: коэффициент Пуассона и параметр акустической анизотропии. Расчет упругих характеристик производился по данным ультразвуковых измерений времени распространения продольных и поперечных упругих волн. Исследования показали, что на параметр акустической анизотропии влияют изменение кристаллографической текстуры матрицы материала и образование ориентированных кристаллов деформационного мартенсита. Основными факторами, влияющими на коэффициент Пуассона, являются накопление микроповреждений и изменение фазового состава. По результатам анализа экспериментальных результатов получены выражения для расчета по данным акустических измерений поврежденности и относительной накопленной пластической деформации, широко используемых в инженерной практике для определения усталостного ресурса материалов конструкций. Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 24-29-00857 (https://rscf.ru/ project/24-29-00857/). Ключевые слова: аустенитная сталь, усталость, ультразвуковой метод, параметр акустической анизотропии, коэффициент

Глушков Е.В., Глушкова Н.В., Бойко О.В. «Восстановление свойств микромембран и массы напыленных наночастиц по пикосекундным акустическим измерениям» с. 79

Определение эффективных упругих модулей микромембран и осредненной массы осаждаемых на них наночастиц имеет важное значение для развития современных нанотехнологий. Традиционные подходы, такие как просвечивающая электронная микроскопия и энергодисперсионная рентгеновская спектроскопия, широко используются в настоящее время, но имеют определенные ограничения. В работе на примере исследований, проведенных на образцах с наносферами из оксида кремния, нанесенными на мембраны субмикронной толщины из нитрида кремния с золотым покрытием, демонстрируются возможности пикосекундной акустики в сочетании с полуаналитическим моделированием бегущих волн, возбуждаемых в таких структурах. Разработанный метод включает следующие этапы: – проведение лазерно-оптических измерений; – дискретное преобразование Фурье полученных данных из пространственно-временной области в область волновое число–частота; – применение улучшенной схемы метода матричных пучков для получения стабильных экспериментальных точек дисперсионных кривых бегущих волн; – определение эффективных параметров свободной мембраны путем минимизации невязки между расчетными и экспериментально полученными волновыми характеристиками; – оценка осредненной массы наночастиц путем подгонки характеристик бегущих волн, рассчитываемых в рамках полуаналитической модели для двуслойного волновода с поверхностным пригрузом, к экспериментально полученным точкам для образца с наночастицами. Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда, проект № 24-11-00140. Ключевые слова: субмикронные мембраны, поверхностные наночастицы, пикосекундные зондирующие сигналы, ультразвуковые бегущие волны, обратная коэффициентная задача

Курашкин К.В. «Об определении скорости и затухания ультразвука в алюмоматричных композитах» с. 79

Проводятся ультразвуковые исследования дисперсно-упрочненных алюмоматричных композитов с целью разработки способа ультразвукового контроля их структуры и свойств. Рассматривается проблема определения скорости распространения и затухания ультразвуковых продольных и сдвиговых волн в алюмоматричных композиционных материалах с различной пористостью. Обсуждается выбор оптимальной частоты (длины волны) ультразвука для проведения исследований. Анализируется влияние размера испытательных образцов, концентрации и размера частиц наполнителя на результаты определения скорости распространения и затухания ультразвука на разных частотах. Обсуждаются зависимости скорости распространения и затухания ультразвуковых волн от плотности материала. Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 25-29-00922, https://rscf.ru/project/25-29-00922/, регистрационный номер НИОКТР 125021702350-8. Ключевые слова: ультразвуковые волны, частота и длина волны, скорость и затухание ультразвука, алюмоматричный композиционный материал

Легуша Ф.Ф., Лисенков Н.М., Попов Ю.Н., Чижов В.Ю. «Численное моделирование звукоизоляции пластины в условиях диффузного поля» с. 80

В определении звукоизоляции конкретных промышленных изделий удобно пользоваться инженерными методами. Расчетные формулы данных методов, как правило, получены для упрощенной модели конструкции в виде однородной плоской пластины или системы плоских слоев. Акустическое поле задается в приближении плоской монохроматической волны при косом падении, то есть идеализированном случае, далеком от практики, или в виде диффузного поля. При этом приближение диффузного поля часто является малопригодным для оценки звукоизоляции из-за зависимости результата от расстояния до источника звука, а также трудновыполнимых требований равномерного углового распределения средних потоков энергии, некогерентности волн, равенства средней плотности звуковой энергии. В решении проблемы совершенствования методов оценки акустических характеристик реальных конструкций и источников представляют практический интерес возможности численных методов. В работе приводится опыт численного моделирования диффузного акустического поля и расчет звукоизоляции для упругой ограниченной пластины. Полученные результаты на расчетной модели сравниваются с экспериментальными результатами измерения звукоизоляции пластины в реверберационной камере, позволяющей реализовать на практике условия диффузности поля. Анализируются технические сложности при численном моделировании условий диффузного поля и достижимая точность в оценке звукоизоляции пластины. Ключевые слова: звукоизоляция, диффузное поле, акустическое давление, плоская волна, численные методы

Зайнутдинова Д.А., Павлов Г.И., Горбунова О.А. «Экспериментально-теоретическое исследование взаимодействия пульсирующего сушильного агента с твердой увлажненной частицей» с. 80

Рассматривается взаимодействие пульсирующего потока газа с твердой увлажненной сферической частицей. Пульсациями потоков возможно интенсифицировать явления тепло и массопереноса в несколько раз по сравнению со стационарным течением. Авторами анализируются влияние температуры газа, начальной влажности частицы и ее диаметра на характеристики тепло и массообмена путем проведения эксперимента и моделирования процесса в программной среде COMSOL Multiphysics. Ключевые слова: увлажненная частица, сушка, пульсирующий режим, пульсации, газовый поток, сушильный агент

Нец П.А., Евдокимов А.А., Татаркин А.А., Еремин А.А. «Влияние условий контакта между пьезопреобразователем и упругим слоем на особенности возбуждения фундаментальных и высших волн Лэмба» с. 80-81

Обсуждаются результаты компьютерного моделирования и экспериментального изучения особенностей возбуждения бегущих упругих волн (волн Лэмба) в изотропном слое поверхностным пьезопреобразователем. Используемая в работе вычислительная схема основана на гибридном численно-аналитическом подходе (Е.В. Глушков, Н.В. Глушкова, А.А. Евдокимов, Акуст. журн. 64(1) (2018) 3–12), сочетающем конечно-элементные расчеты для ограниченной области, содержащей пьезоактуатор, и представления волнового поля в оставшихся полубесконечных однородных частях волновода в виде суперпозиции нормальных мод. Исследовано влияние различных типичных для инженерной практики условий контакта между пьезоэлементом и упругим слоем (контакт без трения, моделирующий установку пьезоактуатора с использованием ультразвукового геля, контакт через клеевую прослойку с различными упругими свойствами) на амплитудно-частотные характеристики фундаментальных и высших волн Лэмба, а также на особенности распределения волновой энергии между отдельными нормальными модами. Для экспериментальной верификации полученных результатов с использованием лазерной виброметрии проводились измерения ультразвуковых колебаний в образцах из алюминия, возбуждаемых устанавливаемыми на их поверхность пьезокерамическими преобразователями в форме прямоугольных пластин. В качестве контактной среды применялся ультразвуковой гель, цианакрилатный клей или тонкая двухсторонняя клеевая пленка. Для широкого диапазона частот наблюдается хорошая согласованность между расчетными и экспериментальными относительными амплитудами отдельных волн Лэмба, в том числе и высших, в зависимости от условий контакта между пьезоактуатором и упругой подложкой. Работа выполнена в рамках государственного задания Минобрнауки России № FZEN-2024-0003. Ключевые слова: бегущие упругие волны, поверхностные пьезоэлементы, клеевая прослойка, возбудимость нормальных мод

Лукин Г.С. «Текущее состояние обеспечения единства измерений ультразвуковых полей устройств медицинского назначения в воде в частотном диапазоне свыше 0.5 МГц» с. 82

Представлены метрологические характеристики эталонов и прослеживаемых к ним средств измерений, применяемых для обслуживания ультразвукового медицинского оборудования. Приведена информация о стандартах и требованиях безопасности, предъявляемых к ультразвуковому медицинскому оборудованию. Обозначены проблематика и перспективы развития обеспечения единства измерений в здравоохранении. Ключевые слова: обеспечение единства измерений, ультразвук, медицинское изделие, техническое состояние

Петронюк Ю.С., Храмцова Е.А., Богаченков А.Н., Ужакова Э.А., Антипова К.Г., Васильева С.Г., Григорьев Т.Е. «Ультразвуковая характеризация губчатых биокомпозитов» с. 82

Импульсная акустическая микроскопия является эффективным неразрушающим методом. В работе показаны чувствительность и особенности применения метода сканирующей импульсной акустической микроскопии для интактного исследования объемной микроструктуры и количественной характеризации пористых губчатых биокомпозитов. На примере композитных образцов из хитозана показано, что наличие функциональных добавок в виде растительного клеточно-структурированного материала и иммобилизованных клеток отражается на акустических параметрах композита. Распространение сфокусированного ультразвукового импульса в объеме набухшей в жидкости губки сопровождается рассеянием на изотропно ориентированных стенках толщиной менее длины волны. Показано, что степень набухания и деградации губки, ее механические характеристики и состав биокомпозита можно анализировать по изменению скорости и затухания ультразвука в образцах, а также по изменениям в спектре регистрируемого акустического сигнала. В экспериментах использовался ультразвук в виде коротких импульсов длительностью 30 нс, регистрируемый в диапазоне частот 10–70 МГц. В исследовании дополнительно применялись электронная микроскопия и механические тесты. Показано, что акустические исследования актуальны для наблюдения динамики развития биообъектов in vivo, в том числе благодаря простой подготовке образцов и наличию ультразвуковой иммерсии, естественных для образцов условий. Ключевые слова: акустическая микроскопия, ультразвуковые измерения, композиты, хитозан

Булгакова Ю.В. «Исследование акустических характеристик материалов фантомов для обучения навыкам регионарной анестезии» с. 83

Фантомы необходимы для обучения и отработки навыков ультразвуковой диагностики, поэтому характеристики материалов, из которых они изготавливаются, должны максимально соответствовать свойствам живых тканей. Для выполнения этого требования при разработке фантомов используют агар-агар, желатин и куриное мясо. Однако такие материалы имеют свои недостатки, а именно: подверженность росту бактерий, высыханию, а также недостаточное анатомическое сходство с моделируемым органом, поэтому целесообразно использование иных материалов. Применение специальных полимеров позволяет преодолеть перечисленные недостатки и достичь необходимого уровня эхогенности и износостойкости. Эти характеристики являются определяющими для многократного использования фантома в обучении навыкам малоинвазивных анестезиологических манипуляций. Однако эти материалы недостаточно изучены с точки зрения акустических характеристик, которые в значительной степени зависят от химического состава образцов. Ключевые аспекты исследования включают измерение затухания и скорости распространения звука в тканеимитирующих материалах. Критерии выбора материалов основаны на сопоставимости эхогенности и способности адекватно имитировать акустические свойства тканей человека. В работе представлены результаты измерений акустических характеристик материалов, сопоставимых с параметрами тканей человека, а именно: мягких тканей, костей, нервов и сосудов, которые моделируются в фантоме. Ключевые слова: ультразвуковая диагностика, тканеимитирующие материалы, акустические характеристики, регионарная анестезия, фантом

Сорокин С.Д., Цысарь С.А., Сапожников О.А., Кадрев А.В., Хохлова В.А. «Измерение акустических параметров фантомов биологических тканей» с. 83

Создание фантомов с акустическими свойствами, близкими к биологическим тканям, является важной задачей для обеспечения повторяемости условий экспериментов по разработке новых методов ультразвуковой диагностики и терапии, калибровке и регулярном тестировании работы излучателей лабораторных и клинических установок. Характеризация акустических параметров создаваемых фантомов представляет собой отдельную метрологическую задачу. В работе были проведены измерения плотности, скорости звука, частотно-зависимого коэффициента поглощения, сдвигового модуля и параметра нелинейности образцов прозрачных гелевых фантомов на основе силикона, полиакриламида, агарозы и ПВХ пластизоля с различной жесткостью и примесями. Измерения плотности проводились с помощью весов и метода Архимеда. Скорость звука и коэффициент поглощения измерялись с использованием метода замещения, сдвиговый модуль был измерен в фантомах с рассеивателями при помощи ультразвукового сканера в режиме эластографии сдвиговой волной. Была проведена оценка точности полученных экспериментальных данных, произведено сравнение параметров различных типов мягких тканей человека и параметров фантомов, имитирующих ее свойства. Ключевые слова: ультразвук, фантомы, скорость звука, коэффициент поглощения, коэффициент нелинейности

Зотов Д.И., Румянцева О.Д. «Модельное восстановление акустических характеристик мягких биотканей при ультразвуковом томографировании» с. 84

Рассматривается задача акустической томографии – восстановление внутренней структуры исследуемого объекта в виде неоднородных пространственных распределений (томограмм) скорости звука и коэффициента поглощения. С этой целью объект последовательно облучается зондирующим полем со всех сторон, и рассеянные (прошедшие через объект) поля регистрируются приемниками также со всех сторон. Такая всесторонняя информация, в сочетании со специально разработанными алгоритмами обработки томографических данных, позволяет обеспечивать желаемую высокую разрешающую способность восстановленных изображений – вплоть до половины характерной длины волны. Один из алгоритмов обработки – двухшаговый. На первом шаге алгоритма с помощью импульсного режима зондирования восстанавливаются крупномасштабные (с характерным размером в несколько длин волн) неоднородности. На втором шаге восстанавливается тонкая структура объекта, т.е. мелкомасштабные детали (с минимальным размером около одной трети длины волны), которые наиболее информативны для диагностических целей. Показано, что тонкая структура может быть восстановлена адекватно только при учете неоднородного крупномасштабного фона, оцененного на первом шаге. Алгоритм восстановления совсем другого типа – это функциональный алгоритм, который хорошо адаптируется для решения акустических задач томографического типа. В отличие от двухшагового алгоритма, в процессе восстановления не происходит разделения структуры исследуемого объекта на крупномасштабные и мелкомасштабные составляющие. Высокая разрешающая способность сохраняется благодаря строгому учету процессов многократного рассеяния акустических волн. Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 24-22-00192, https://rscf.ru/project/24-22-00192/. Ключевые слова: акустическая томография, высокое разрешение, количественные характеристики

Сахарова Г.М., Крохмаль А.А., Галимова Р.М., Хатмуллина А.Н., Набиуллина Д.И., Бузаев И.В., Авзалетдинова Д.Ш., Чупова Д.Д., Хохлова В.А. «Увеличение акустической прозрачности черепа после приема бисфосфонатов» с. 84-85

Метод тепловой абляции с помощью фокусированного ультразвука под контролем МРТ успешно используется для лечения болезни Паркинсона, эссенциального тремора и дистонии. Ключевым критерием отбора пациентов является величина, характеризующая усредненное отношение минимальной и максимальной плотности черепа (показатель SDR>0.35), не всегда гарантирующая успех операции. Исследования показывают, что прием бисфосфонатов может повысить плотность костной ткани, что позволяет проводить операцию даже при изначально низком SDR. В работе рассмотрены 5 клинических случаев, где первая попытка тепловой абляции на аппарате ExAblate Neuro 4000 оказалась неудачной. У 4 из 5 пациентов SDR был выше порогового значения (0.32–0.42). После 6–12 месяцев терапии алендроновой кислотой, витамином D и кальцием все пациенты успешно прошли повторную процедуру. SDR увеличился у 4 пациентов (в среднем до 0.424±0.045), а в одном случае снижение с 0.39 до 0.37 не помешало успеху операции. Средняя максимальная фокальная температура повысилась с 53.6±4.0 до 55.7±4.1°C (p=0.018), а максимальная температура у каждого пациента увеличилась с 57.0±2.4 до 60.2±1.8°C (p=0.031). Анализ КТ-изображений показал уплотнение костной ткани: уменьшилась доля вокселей с низкой плотностью и увеличилась доля с высокой. Трехмерная регистрация выявила локальные изменения плотности, замещение дефектов и зарастание пустот. Визуальный анализ изменений может быть полезен для принятия решения о повторной операции, так как SDR не всегда отражает ультразвуковую проницаемость кости. Ключевые слова: терапевтический ультразвук, тепловая абляция, медицинский ультразвук, транскраниальный фокусированный ультразвук

Чупова Д.Д., Росницкий П.Б., Крохмаль А.A., Солонцов О.В., Сахарова Г.М., Галимова Р.М., Бузаев И.В., Сапожников О.А., Хохлова В.А. «Влияние внутренней структуры костей черепа человека на искажение ультразвукового пучка при транскраниальной фокусировке ультразвука в мозг» с. 85

Высокоинтенсивный фокусированный ультразвук является активно развивающимся методом неинвазивной транскраниальной хирургии и уже применяется в клинической практике преимущественно для лечения эссенциального тремора и тремора, возникающего при болезни Паркинсона. Метод заключается в фокусировке ультразвукового пучка через кости черепа в центральную область мозга, сопровождающейся локализованным нагревом и некрозом тканей в области фокуса. Важным фактором, влияющим на прохождение ультразвука, является степень однородности внутренней структуры костей черепа. Для ее оценки используется параметр SDR (Skull Density Ratio), вычисляемый как отношение плотностей трабекулярной и кортикальной костей черепа. Для пациентов с низким значением SDR возможно проведение медикаментозной терапии с целью уплотнения костной ткани. В работе были рассмотрены анонимизированные данные КТ пациентов до и после лекарственной терапии. На их основе были построены трехмерные акустические модели голов пациентов и с помощью программного пакета k-wave проведено моделирование поля фокусирующего 256-элементного компактного ультразвукового излучателя с рабочей частотой 1.2 МГц с учетом и без учета компенсации аберраций. Расчет поля проводился через различные участки черепа путем поворота излучателя. Проведено сравнение степени искажений пучка участками черепа до и после лекарственной терапии, оценка максимального давления в фокусе и качества фокусировки после проведения компенсации аберраций. Получено, что для пациентов после лечения характерно меньшее искажение ультразвукового пучка, а также более высокие значения давления в фокусе излучателя. Ключевые слова: медицинский ультразвук, многоэлементные решетки, ультразвуковая транскраниальная хирургия, компьютерная томография

Пономарчук Е.М., Тома Ж., Сонг М., Хохлова В.А., Хохлова Т.Д. «Методы компенсации дыхательных движений при гистотрипсии с кипением тканей печени и почек свиньи» с. 85-86

Гистотрипсия с кипением (ГК) – один из методов неинвазивной ультразвуковой (УЗ) хирургии, использующий мощные фокусированные УЗ-импульсы миллисекундной длительности для механического разрушения целевой биоткани под УЗИ-контролем. При воздействии на органы брюшной полости дыхательные движения уменьшают точность ГК-воздействия. В работе сравнивались два метода компенсации дыхательных движений, основанные на эхо-импульсном отслеживании движения кожи вдоль оси УЗ-пучка, т.е. перпендикулярно поверхности кожи. В первом методе компенсация проводилась с помощью роботизированной руки, перемещающей ГК-излучатель вдоль оси УЗ-пучка. Во втором методе проводилось отключение ГК-импульсов при смещении кожи, превышающем пороговое, т. е. на фазе вдоха. Объемные ГК-разрушения получались в печени и почках анестезированных свиней импульсами 2–10 мс с помощью 256-элементного 1.5МГц излучателя. Прицеливание, отслеживание движений и визуализация воздействия осуществлялись УЗИ-датчиком, коаксиальным с ГК-излучателем. Размеры зон полностью и частично разрушенной ткани, полученные с использованием рассматриваемых двух методов компенсации движений или без них, измерялись гистологически. Показана синхронность дыхательных движений печени и почек с движением кожи. Из-за превалирования дыхательных движений поперек оси УЗ-пучка, компенсация только вдоль оси оказалась недостаточной для предотвращения внецелевого повреждения ткани в поперечном направлении. Отключение импульсов на фазе вдоха, благодаря синхронности дыхательных движений в обоих направлениях, позволило увеличить точность воздействия. Таким образом, отключение импульсов увеличило время разрушения на 24%, обеспечивая при этом его полноту и точность. Ключевые слова: мощный фокусированный ультразвук, неинвазивная хирургия, гистотрипсия, дыхательное движение, компенсация

Абакумова Т.О., Травникова Д.Ю., Шашковская В.С., Белоусов В.В. «Разработка стимул-чувствительных методов доставки лекарств для сенсибилизации глиом» с. 86

Поиск новых терапевтических мишеней и разработка методов для сенсибилизации опухолевых клеток является перспективным направлением в терапии глиобластом – одной из наиболее агрессивных и трудноизлечимых опухолей. Ингибирование онкогенного белка PSMD10 позволяет снизить пролиферацию опухолевых клеток, стимулирует апоптоз и инициирует гибель клеток. Использование частиц для доставки лекарств, а также открытие гемато-энцефалического барьера при помощи сфокусированного ультразвука позволяет увеличить концентрацию препарата в опухолевом очаге, снижая побочное действие на организм. Целью работы является разработка полимерных и липидных систем доставки препаратов для сенсибилизации глиобластом и улучшение их накопления с помощью сфокусированного ультразвука. На первом этапе было показано, что уровень экспрессии онкогенного белка PSMD10 коррелирует с развитием опухолевого процесса, а его подавление позволяет повысить чувствительность клеток глиомы к препарату выбора – темозоломиду на культуре клеток глиомы. Далее нами были синтезированы полимерные и липидные частицы субмикронного диапазона (от 100 до 800 нм) для доставки малых интерферирующих РНК и темозоломида мышам с моделью глиобластомы. Было оценено влияние параметров сфокусированного ультразвука на стимул-чувствительное высвобождение препаратов, а также оценена безопасность воздействия на здоровую ткань. При помощи флуоресцентной томографии было показано, что использование сфокусированного ультразвука позволило значительно увеличить накопление частиц в очаге глиомы, а также уменьшить размер опухоли при систематическом введении. Работа выполнена при поддержке гранта РНФ 22-75-10151. Ключевые слова: миРНК, темозоломид, глиома, сфокусированный ультразвук

Осминкина Л.О. Кудрявцев А.А. «Наночастицы пористого кремния: новые подходы к неинвазивной терапии с использованием медицинского низкоинтенсивного ультразвука» с. 86-87

Сонодинамическая терапия представляет собой перспективный метод неинвазивного лечения злокачественных опухолей, сочетающий воздействие низкоинтенсивного ультразвука с применением соносенсибилизаторов – агентов, повышающих чувствительность опухолевых клеток к ультразвуковому излучению. Особый интерес в последние годы представляют наночастицы пористого кремния (pSi NPs), обладающие высокой биосовместимостью, способностью к биодеградации до нетоксичной кремниевой кислоты, а также выраженной фотолюминесценцией, обусловленной квантово-размерными эффектами. В работе показано, что одной из ключевых особенностей pSi NPs является способность выступать в роли центров нуклеации кавитационных пузырьков, что значительно снижает порог возникновения кавитации и усиливает ультразвуковое воздействие на опухолевые ткани. Кавитационные эффекты приводят к механическому разрушению клеточных мембран и гибели клеток. Кроме того, даже на докавитационной стадии pSi NPs способны индуцировать апоптоз, что способствует селективному устранению опухолевых клеток без развития воспаления. Комбинированное воздействие ультразвука и pSi NPs демонстрирует синергетический эффект и высокую эффективность как in vitro, так и in vivo. Таким образом, pSi NPs являются многообещающей платформой для разработки новых стратегий неинвазивной онкотерапии. Ключевые слова: сонодинамическая терапия, пористый кремний, наночастицы, медицинский ультразвук, кавитация

Зинин П.В., Есина Д.А., Левин В.М. «Моделирование взаимодействия микропузырьков с делящимися раковыми клетками в ультразвуковом поле» с. 87

Ранние работы по воздействию непрерывного ультразвука на развитие клеток яйца морского ежа показали, что ультразвуковая обработка приводит к появлению чудовищных эмбрионов, которые погибают на последних стадиях своего развития. Эти результаты объясняются действием стабильной кавитации. В этой работе мы исследуем реакцию клеток и деформацию, вызванные соседним колеблющимся пузырьком, используя оболочечную модель клетки. В модели оболочки движение клетки состоит из движения трех компонентов: внутренней вязкой жидкости, тонкой эластичной оболочки и окружающей вязкой жидкости. Толщина оболочки мала по сравнению с радиусом клетки, так что оболочку можно рассматривать как упругую поверхность, разделяющую две вязкие жидкости. Показано, что даже при дипольных колебаниях оболочка ячейки деформируется из-за изменения площади оболочки. Для колебаний квадрупольной моды и мод более высокого порядка движение ячейки определяется модулем сдвига оболочки μ. Также обсуждаются потенциальные приложения, связанные с разрушением бактерий и раковых клеток. Ключевые слова: ультразвук, раковые клетки

Карзова М.М., Пестова П.А., Цысарь С.А., Хохлова В.А. «Тепловое разрушение биоткани в ударно-волновых импульсно-периодических фокусированных ультразвуковых полях» с. 87-88

Воздействие мощным фокусированным ультразвуком (HIFU) используется в клинической практике для получения теплового некроза биоткани при ее локальном нагревании в фокальной области ультразвукового пучка. Формирование объемных тепловых разрушений, состоящих из множественных единичных, происходит за счет тепловой диффузии, что приводит к неопределенности конечной формы разрушения и возможным нежелательным повреждениям окружающих тканей. В работе исследованы импульсно-периодические ударно-волновые режимы облучения с постоянной по времени средней мощностью, при этом увеличение пиковой мощности компенсируется увеличением скважности. Главным преимуществом режимов с большой пиковой мощностью и соответствующим сильным проявлением нелинейных эффектов является образование в фокусе ударных фронтов в профиле волны и, как следствие, быстрое получение единичных разрушений в строго заданном объеме за счет эффективного тепловыделения на ударных фронтах. Представлены результаты проведенных лабораторных экспериментов ex vivo по созданию объемных тепловых разрушений в различных биологических тканях. В качестве источника мощного ультразвука использовался одноэлементный излучатель с частотой 1.2 МГц, фокусным расстоянием 120 мм и полной апертурой 120 мм. Показано, что использование импульсно-периодических ударно-волновых режимов облучения позволяет получить разрушения с резкой границей между коагулированной и интактной тканью, в несколько раз увеличить скорость тепловой абляции по сравнению с непрерывным режимом облучения с той же средней мощностью, а также визуализировать процесс формирования разрушения с помощью диагностического ультразвука за счет рассеяния на пузырьках кипения. Ключевые слова: фокусированный ультразвук, нелинейные волны, ударный фронт, HIFU

Швецова Н.А., Швецов И.А., Петрова Е.И., Луговая М.А., Колпачева Н.А., Рыбянец А.Н. «Комбинационный метод нагрева биологических тканей с использованием цилиндрических стоячих волн» с. 88

Ультразвуковые методы широко используются для хирургического и терапевтического лечения мягких тканей, заживления ран, опухолей простаты и печени, а также окклюзии сосудов. Разработка новых методов и устройств для терапевтического воздействия на большие объемы поверхностных тканей с использованием ультразвуковой энергии более эффективными и безопасными способами является одним из приоритетных направлений современной эстетической и восстановительной медицины. Одной из таких возможностей является использование кольцевых или цилиндрических ультразвуковых преобразователей в сочетании с вакуумной фиксацией обрабатываемой ткани внутри преобразователя. В работе проведено математическое и компьютерное моделирование, а также экспериментальная валидация процесса ультразвукового нагрева биологической ткани, помещенной внутрь полого цилиндрического пьезоэлемента. В численных расчетах использован метод конечных элементов, реализованный в пакетах ACELAN и COMSOL. Нестационарная задача о нагреве акустической среды решалась в конечно-элементном пакете FlexPDE. В натурном эксперименте биологическая ткань (говяжья печень) помещалась внутрь полого цилиндрического пьезоэлемента, поляризованного по радиусу. В цилиндрическом пьезоэлементе возбуждались высокочастотные колебания по толщине стенки цилиндра. Внутри пьезоэлемента формировалась цилиндрическая стоячая волна, волновая картина которой характеризовалась функцией Бесселя первого рода. Максимум акустического давления находился на оси цилиндра, за счет чего эта область биологической ткани постепенно нагревалась. Осевой разрез ткани позволял определить картину температурного поля и сравнить ее с результатами численного эксперимента. Результаты численного моделирования хорошо согласуются с данными натурного эксперимента. Ключевые слова: цилиндрический пьезоэлемент, акустическая среда, стоячая волна, ультразвуковой нагрев

Пестова П.А., Рыбянец А.Н., Сапожников О.А., Карзова М.М., Цысарь С.А., Хохлова В.А. «Тепловая абляция биоткани плоским ультразвуковым излучателем в сочетании с поверхностным охлаждением» с. 88-89

Представлены результаты экспериментов, реализующих тепловое ультразвуковое воздействие на поверхностные слои биологической ткани путем сочетания объемного ультразвукового нагрева с охлаждением поверхности. Эксперименты по получению объемной тепловой абляции говяжьей печени

Грановский Н.В., Аносов А.А., Ерофеев А.В., Мансфельд А.Д., Беляев Р.В., Казанский А.С. «Локализация теплового излучения источника с использованием методов пассивной акустической термометрии» с. 89

Задача работы заключается в определении местоположения теплового источника с использованием метода корреляционного приема. Для этого предлагается применять корреляционный прием акустического излучения в мегагерцовом диапазоне частот, используя систему из четырех датчиков вместо традиционных двух. В качестве источника теплового акустического сигнала использовался длинный тефлоновый цилиндр диаметром 5,5 мм. Процесс локализации включал суммирование пространственных кросс-корреляционных функций, полученных от всех четырех датчиков. Эксперименты проводились при двух различных положениях вертикального источника – в центре и со смещением на 10 мм. Полученные результаты подтвердили смещение источника на 10 мм относительно расчетных данных. Ключевые слова: кросс-корреляционная функция, тепловое акустическое излучение, восстановление температуры

Ерофеев А.В. Грановский Н.В., Спирин Д.В., Мансфельд А.Д., Аносов А.А. «Исследование возможности контроля локальной гипотермии спортсменов методами пассивной акустической термометрии и инфракрасной термографии» с. 89-90

Проведены эксперименты с измерением глубинной и поверхностной температур при процедуре гипотермии спортсменов методами пассивной акустической термометрии (ПАТ) и инфракрасной термографии (ИКТ). Испытуемый помещался в бочку с водой с температурой 10°С. До и сразу после процедуры проводили инфракрасную термометрию (ИКТ). Во время охлаждения в бочке проводили ПАТ четырьмя датчиками. Измеряли левое бедро испытуемого до и после физической нагрузки, правую голень и левую кисть. Наблюдали снижение глубинной температуры с 28 до 20°С и поверхностной с 32 до 16,5°С. Впервые в исследовании с участием спортсменов профессионального уровня были использованы неинвазивные методики измерения глубинной температуры. Данные результаты способствуют расширению фундаментальных знаний о реакции организма на нагрузку высокой интенсивности. Ключевые слова: пассивная акустическая термометрия, акустояркостная температура, ИК-термография, гипотермия, работоспособность спортсменов

Сапожников О.А., Цысарь С.А., Росницкий П.Б. «Использование акустической голограммы в качестве обращающего время зеркала для нахождения положения и формы излучающей поверхности ультразвукового преобразователя» с. 91

Акустическая голография является перспективным практическим инструментом для исследования характеристик ультразвуковых преобразователей. Определенная сложность при использовании акустических голограмм заключается в том, что положение излучающей поверхности относительно области записи голограммы известно лишь приблизительно, поэтому обратная проекция волнового поля происходит, вообще говоря, не на колеблющуюся поверхность, а на некоторую поверхность в ее окрестности. Это вносит существенные искажения, особенно в распределение фазы на излучающей поверхности. Еще одной практической проблемой является неопределенность в определении реальных размеров и формы источника ультразвука. Обычно размеры задаются на основе геометрических размеров, а форма предполагается идеально сферической или плоской. В реальности параметры преобразователя отличаются от номинальных, что может приводить к заметным ошибкам в описании излучаемых полей. Таким образом, важной частью исследования характеристик ультразвуковых преобразователей является определение формы и размеров излучающей поверхности, а также ее положения в пространстве. В настоящем докладе представлен метод решения этой задачи. Метод основан на концепции зеркала, обращающего время. Такое зеркало можно смоделировать на основе нестационарной голограммы, которая измеряется путем регистрации акустического сигнала в большом количестве точек на плоской площадке, расположенной напротив исследуемого излучателя. Этот процесс фактически представляет собой синтез двумерной приемной решетки, осуществляемый путем импульсного возбуждения источника одним и тем же сигналом и приема сигнала при различных положениях гидрофона. При использовании голограммы для численного восстановления пространственной структуры поля в предыдущие моменты времени эта синтезированная решетка выступает в качестве излучающей решетки. Численное моделирование позволяет, в частности, найти пространственное распределение акустического давления в начальный момент времени и на его основе определить положение и форму излучающей поверхности. Ключевые слова: акустическая голография, характеризация ультразвуковых излучателей

Цысарь С.А., Саматов А.А., Сапожников О.А. «Коррекция акустической голограммы при помощи независимого измерения скорости звука» с. 91-92

Определение реальной пространственно-временной структуры акустического поля является критически важным для ряда приложений ультразвука, среди которых особые требования предъявляют медицинские и метрологические области. Акустическая голография является мощным перспективным инструментом, позволяющим по измерению поля акустического давления вдоль некоторой поверхности перед излучателем определить полную структуру поля. При этом предполагается, что в процессе измерений параметры среды распространения остаются постоянными. В настоящее время измерения ультразвуковых полей в рамках метода акустической голографии проводятся, как правило, с использованием метода апертурного синтеза, который для источников больших волновых размеров может занимать продолжительное время (вплоть до нескольких часов), в течение которого трудно обеспечить стабильность свойств среды. Одним из основных параметров, способных заметно влиять на качество голограммы, является температура, нестабильность которой может приводить к существенным фазовым отклонениям за счет неконтролируемого изменения скорости звука в среде. В работе предложен метод коррекции голограммы по данным одноканальной эхо-импульсной системы независимого непрерывного измерения скорости звука. Проведено сравнение результатов с предложенным ранее методом компенсации по данным непрерывного измерения температуры в нескольких точках. Показано, что предложенные методы компенсации позволяют обеспечить уровень отклонения до 10% относительно термостабильной голограммы при ошибках до 50% без компенсации. Ключевые слова: акустическая голография, ультразвуковые излучатели, калибровка акустических полей, термокомпенсация

Котельникова Л.М., Цысарь С.А., Петров Е.А., Сапожников О.А. «Исследование полного момента радиационной силы закрученного пучка, оказываемого на акустический поглотитель» с. 92

Настоящая работа направлена на исследование фундаментального эффекта, связанного со способностью акустических волн переносить момент импульса. Проявлением этого эффекта является способность волн оказывать закручивающее действие на объекты, таким образом вызывая возникновение крутящего момента. Для создания крутящего момента применяются т. н. «закрученные» («вортексные») волновые пучки, которые переносят не только энергию и импульс, но и момент импульса. Передача момента импульса расположенному в среде объекту позволяет его вращать, что может найти применение для измерения момента инерции малых частиц, отсоединения частиц от подложек, ускорения процесса растворения веществ и т.д. В связи с развитием указанных перспективных направлений актуальной задачей является количественное исследование способности ультразвука оказывать крутящее воздействие на различные объекты (миллиметровые рассеиватели, протяженные поглотители и рассеиватели), что требует развития методов прецизионного измерения крутящего момента для различных типов поглотителей и рассеивателей, а также экспериментальная верификация имеющихся теоретических моделей. В связи с этим настоящая работа посвящена исследованию полного момента радиационной силы закрученного пучка, оказываемого на акустический поглотитель. Исследованы поля закрученных пучков путем измерения акустических голограмм для разных типов излучателей. Произведен численный расчет момента силы на основе результатов измерений голограмм используемых пучков, создана экспериментальная установка и проведены демонстрационные эксперименты по измерению крутящего момента исходя из результатов расчетов. Работа поддержана стипендией Фонда развития теоретической физики и математики “Базис” № 22-2-10-14-1. Ключевые слова: момент силы, крутящий момент, поглотитель, фокусированный пучок

Митыпов Ч.М., Дамдинов Б.Б. «Экспериментальное исследование рассеяния и затухания ультразвука в суспензиях» с. 92-93

Свойства реальных жидкостей существенно отличаются от свойств идеальной жидкости из-за присутствия в них различных неоднородностей. В зависимости от размера и физических свойств неоднородностей акустические свойства могут меняться различным образом. Знания о влиянии неоднородностей любых размеров на свойства жидкостей имеют большое значение как для фундаментального понимания процессов, происходящих в природе, так и в различных прикладных задачах. Исследования распространения звука в таких жидкостях (суспензиях, эмульсиях, коллоидных растворах и т. д.), проведенные различными авторами, позволили решить многие вопросы акустики жидких систем, включая создание различных методов акустической спектроскопии. Поэтому исследование основных характеристик звукового поля в неоднородных жидкостях актуально и имеет большое научное значение. Настоящая работа посвящена теоретическому и экспериментальному исследованию температурных, размерных и концентрационных зависимостей поглощения и рассеяния ультразвуковых волн в разбавленных жидких дисперсных системах, таких как суспензии и эмульсии в области малых концентраций. Размеры частиц и длины волн задают три условия поглощения: режим длинных волн (the long wavelength regime), режим средних волн (the intermedite wavelength regime) и режим коротких волн (short wavelength regime). В зависимости от этих условий были исследованы теории поглощения, такие как: модель Урика для твердых частиц, модель Аллегра–Хоули для негазовых частиц и модель сопряженных фаз, ограниченная режимом длинных волн. Составлена частотно-размерно-концентрационная плоскость с зонами тепловых, вязко-инерционных, рассеянных волн, которые образуются при взаимодействии ультразвука с неоднородностями соответствующих размеров. Показано, что при низких частотах и размерах преобладают вязко-инерционные потери, а при высоких частотах потери на рассеяние. Проведен сравнительный анализ применимости данных моделей поглощения и рассеяния ультразвуковых волн в суспензиях и эмульсиях при описании экспериментальных данных затухания. Работа выполнена в рамках государственного задания СФУ (номер FSRZ-2020-0012). Ключевые слова: жидкость, суспензия, эмульсия, акустические свойства, скорость и затухание ультразвука, дисперсная фаза, моделирование поглощения

Мелентьев В.В. «Уравнение Тейта в рамках теории флуктуации плотности» с. 93

Показано, что уравнение состояния типа Тейта, основанное на теории флуктуации плотности, позволяет точно предсказать плотность различных жидкостей при высоких давлениях. Для этого используются данные об их плотности и изотермической сжимаемости, определенные только при атмосферном давлении. Экспериментальные данные для различных видов жидкостей, приведенные в литературе в зависимости от температуры и давления, были использованы для сравнения с расчетами. Ключевые слова: уравнение Тейта, теории флуктуации, скорость звука, давление, изотермическая сжимаемость, плотность

Артемьева К.В., Гулгенов Ч.Ж., Симаков И.Г., Базарова С.Б. «Затухание поверхностных акустических волн в системе адсорбированная вода–ниобат лития» с. 93

Представлены результаты исследования зависимости затухания поверхностных акустических волн (ПАВ) в слоистой системе адсорбированная вода–ниобат лития от толщины жидкого слоя. В рамках теоретической модели затухание ПАВ может быть представлено двумя составляющими, имеющими механическую и электрическую природу. Затухание ПАВ в слоистой системе экспериментально исследовано на частотах 43.2 МГц и 129.6 МГц. В отличие от монотонной зависимости, предсказанной на основе свойств объемной воды, экспериментальные данные демонстрируют значительное затухание с выраженным пиком при определенных значениях толщины адсорбционного слоя. Этот пик поглощения объясняется максимумом электрической составляющей затухания ПАВ, когда частота дебаевской релаксации адсорбированной воды совпадает с круговой частотой ПАВ. Ключевые слова: поверхностные акустические волны, диэлектрическая проницаемость, затухание, адсорбированная вода, акустоэлектрический метод

Агейкин Н.А., Анисимкин В.И., Смирнов А.А. «Общее свойство акустических волн в монокристаллических материалах» с. 94

Известно, что при распространении по осям 2, 4, 6-го порядков и перпендикулярно плоскости зеркальной симметрии продольная и обе поперечные объемные волны имеют нулевые отклонения потоков энергии. В работе путем численных расчетов на конкретных примерах показано, что тем же свойством в кристаллах кубической, гексагональной, тригональной, тетрагональной, орторомбической и моноклинной сингонии обладают поверхностные и нормальные волны, причем последние – при произвольной толщине пластины и для мод любого порядка. Иными словами, отклонение потока энергии по 4 указанным направлениям отсутствует одновременно у всех основных типов акустических волн – трех объемных, одной поверхностной и всех нормальных. В кристаллах триклинной сингонии то же свойство не проявляется ввиду отсутствия необходимых элементов симметрии. Оно также отсутствует вдоль осей симметрии 3-го порядка, для которых нарушается идентичность кристалла при его повороте на 180°. Объяснение общего свойства дано в терминах анизотропии скоростей акустических волн, которая для волн всех типов однозначно связана с углами отклонения потоков энергии. Ключевые слова: акустические волны, поток энергии, монокристаллы

Сучков С.Г., Николаевцев В.А., Сучков Д.С. «Подавление ультразвуковых волн в стенках металлических труб системой поверхностных неоднородностей» с. 94

Проведено математическое моделирование прохождения ультразвуковых волн в стенках металлической трубы с поверхностными неоднородностями прямоугольной и треугольной форм. В программном пакете COMSOL Multiphysics рассчитаны и построены акустические поля в стенке трубы и в поверхностных неоднородностях, рассчитаны коэффициенты прохождения и отражения ультразвуковых волн от нерегулярной системы указанных неоднородностей. Показано, что в полосе частот 80–120 кГц возможно подавление ультразвуковых волн, распространяющихся по трубе, не менее чем на 30 дБ в зависимости от длины системы неоднородностей. Ключевые слова: ультразвук, волна Лэмба, металлические трубы, подавление шумов, система поверхностных неоднородностей

Пирозерский А.Л., Чарная Е.В., Смирнова О.И., Абдуламонов Х.А., Недбай А.И. «Особенности плавления и кристаллизации в эвтектической системе диметилсульфоксид–вода в условиях наноконфайнмента» с. 94-95

Представлены результаты исследований процессов плавления и кристаллизации чистого диметилсульфоксида и его водных растворов, внедренных в пористые стеклянные матрицы двух типов со средним размером пор порядка 13 и 100 нм. Импульсно-фазовым методом проведены измерения скорости продольных ультразвуковых волн частотой 7 МГц в широком температурном диапазоне. В случае раствора с массовой долей диметилсульфоксида 80%, внедренного в пористое стекло с размером пор 100 нм, на температурной зависимости скорости обнаружены выраженные аномалии, которые можно интерпретировать как твердотельные фазовые переходы. Для чистого диметилсульфоксида методом дифференциальной сканирующей калориметрии получены температурные зависимости теплоемкости и определены теплоты фазовых переходов. Ключевые слова: плавление и кристаллизация в нанопорах, размерные эффекты, диметилсульфоксид, эвтектические системы, ультразвуковой импульсно-фазовый метод

Рочев А.М., Микушев В.М., Чарная Е.В., Нефедов Д.Ю. «Спин-решеточное взаимодействие ядер галлия в высокоомном кристалле GAs» с. 95

Спин-решеточная релаксация ядер в кристаллах определяется аддитивными вкладами нескольких различных механизмов спин-фононного взаимодействия. В настоящем докладе представлены исследования подавления вклада дефектов в спин-фононную связь двух изотопов галлия ⁶⁹Ga и ⁷¹Ga в высокоомном кристалле GaAs при стационарном магнитном насыщении ядерных спин-систем. Эксперименты проводились на спектрометре ядерного магнитного резонанса (ЯМР) Avane 400 производства Bruker с применением специально разработанной последовательности импульсов. Подавление дефектного вклада во взаимодействие ядерных спинов с колебаниями решетки проявляется в возрастании времени продольной релаксации обоих изотопов галлия. Предполагается, что основными дефектами, ответственными за вклад в спиновую релаксацию, являются центры EL2, содержащие ионы As на позициях галлия. При достаточно высоких температурах такие центры ведут себя как переориентирующиеся упругие диполи и генерируют локальные динамические градиенты электрических полей, взаимодействующих с ядерными квадрупольными моментами. Полученные результаты могут быть использованы для исследования собственных дефектов в реальных кристаллах арсенида галлия с применением промышленных спектрометров ЯМР. Ключевые слова: магнитная квантовая акустика, ядерное спин-фононное взаимодействие, акустическое и магнитное насыщение линии ЯМР, спин-решеточная релаксация, EL2-центры

Мельников Н.П. «Влияние выпрямленной диффузии на резонансные свойства кавитационного пузырька» с. 95

Рассматривается динамика одиночного кавитационного пузырька, пульсирующего в газонасыщенной сжимаемой вязкой жидкости под действием однородного акустического поля с частотой f=22100 Гц и амплитудой P_m=0.305×105 Па в течение T =1.2×108 периодов внешнего акустического поля. Теоретические расчеты хорошо совпадают с экспериментальными данными. В процессе роста равновесного радиуса пузырька R₀, начальный радиус которого R₀₀ = 3.5·10^–5 м, порядок пульсаций пузырька меняется и последовательно становится равным n/m=4/1, 3/1, 2/1, 3/2 и 1/1. При переходе пульсаций пузырька от одного порядка к другому форма пульсаций плавно перетекает из одного порядка в другой. Резонансное возбуждение пузырька на резонансах порядка 3/1, 2/1 и 1/1 сопровождается резко нестабильным, непериодическим характером пульсаций пузырька. Изменение амплитуды внешнего акустического поля P_m также приводит к изменению порядка пульсаций пузырька. Однако в этом случае происходит резкий переход к другому порядку пульсаций (резкое изменение формы пульсаций) при

Зинин П.В., Титов С.А., Ломоносов А.М., Попов М.Ю., Кутуза И.Б. «Акустическая микроскопия и лазерный ультразвук для изучения упругих свойств сверхтвердых углеродных материалов» с. 96

Интерес к новым сверхтвердым материалам, вызванный появлением новых материалов с повышенной твердостью, привел к серии обширных экспериментальных исследований аморфных и нано-кристаллических углеродных фаз и их свойств. Несмотря на большое количество публикаций с рекордно высокими показателями твердости новых материалов, результаты измерения упругих свойств этих материалов показывают скромные значения упругих модулей. Подвергнутый воздействию высоких давлений и температур фуллерит С60, метастабильная фаза углерода, претерпевает превращения в более стабильные алмаз и графит через последовательность ранее неизвестных промежуточных фаз. Так, нагрев при Р>8 ГПа привел к образованию трехмерных (3-D) полимеризованных аморфных фаз С60 с большим количеством атомных центров sp3 и нанокристаллических композитов (нанокерамики) алмаза и графита, что вызвало самые последние дебаты о существовании сверхтвердых фуллереновых фаз с твердостью выше алмаза. Проведенные исследования показали, что упругие модули образцов, синтезированных при высоких давлениях и температурах из C60, превышают упругие модули большинства сверхтвердых материалов, включая В4С (К=234.9 ГПа, G=197.3 ГПа) изотропного нитрида бора. При этом чем выше давление синтеза, тем выше упругие модули сверхтвердых образцов, полученных из С60. Скорости упругих волн в наноалмазах оказались ниже соответствующих волн сверхтвердых образцов, полученных из С60. Исследование внутренней микроструктуры углеродных нанокластерных композитов методами акустической микроскопии показало наличие множественных внутренних дефектов в синтезированных фуллеритах. Ключевые слова: лазерный ультразвук, акустическая микроскопия, сверхтвердый фуллерит

Пупырев П.Д., Недоспасов И.А. «Акустический нелинейный параметр при генерации волн утечки для обобщенных мод пластин» с. 96

Проанализированы процессы смешивания акустических волн с помощью нелинейности второго порядка на примере двух идеально волноводных мод, порождающих волну утечки. Эффективность таких процессов характеризуется акустическим нелинейным параметром (АНП), определяемым как линейная скорость роста амплитуды генерируемой волны на начальном этапе ее эволюции. Предлагаются приближенные способы оценки данного параметра для процессов с участием волн утечек. Один из них исходит из стационарного решения уравнения движения и граничных условий для поля смещений, полученных в рамках теории возмущений. Второй основан на расширении резонансного состояния поля смещения, генерируемого в процессе смешивания. Он позволяет выразить нелинейный параметр в виде интеграла по перекрытию, требуя нормализации поля смещения, связанного с волной утечки. Для вытекающих волн с высокой степенью локализации в волноводе, генерируемых в процессе смешивания частот, оба метода дают согласующиеся результаты, что продемонстрировано на примере мод обобщенных пластин. Первый подход был также применен к конечно-элементным расчетам АНП для нелинейных процессов смешивания краевых волн в упругой пластине с жесткими гранями. Ключевые слова: волноводные моды, обобщенная пластина, генерация второй гармоники, акустический нелинейный параметр, метод конечных элементов

Кожарин Н.Ю., Павлов Г.И., Накоряков П.В. «Исследование поведения газовых пузырьков в воде под влиянием звуковых колебаний» с. 97

Пузырьки в жидкости оказывают влияние на распространение звука и изменяют акустические свойства среды. Данное свойство может быть использовано для гашения колебательных процессов, возникающих в технических устройствах. В условиях учебно-исследовательского центра КНИТУ-КАИ им. А.Н. Туполева, г. Казань, проведены эксперименты по изучению поведения газовых пузырьков в воде под влиянием звуковых колебаний. Цель исследований – выявить количественные закономерности влияния частоты колебания и объемного содержания газа на дисперсный состав пузырьков в смеси газа и жидкости. Эксперименты проводились на специально сконструированном стенде с проведением фотофиксации. В результате обработки фотоснимков получена характеристика дисперсного состава пузырьков в жидкости. Выявлены закономерности изменений дисперсного состава пузырьков под влиянием звуковых колебаний. В работе представлено описание экспериментального стенда для изучения влияния звукового давления на пузырьки газа, дано описание методики выполнения экспериментов и краткий анализ полученных результатов. Сделан вывод о перспективах дальнейшего прикладного применения полученных результатов. Ключевые слова: пузырьки газа, дисперсный состав пузырьков, собственная частота колебаний

Томилина Т.М. «Проблемы создания акустических метаматериалов» с. 98

Несмотря на впечатляющие достижения в области акустических метаматериалов (АММ), существует ряд значительных проблем в их разработке, крупномасштабном проектировании и коммерческом производстве. Одна из главных технологических задач – точный контроль взаимодействия акустических волн. В отличие от обычных материалов, свойства которых основываются на поглощении или отражении, уникальные возможности АММ определяются точно спроектированными геометрическими структурами на микро и нано уровне. Тщательное расположение единичных ячеек в структурированной решетке может настроить взаимодействие звуковой волны с материалом и привести к таким эффектам, как изгиб звука, маскировка и выборочная фильтрация. Проектирование этих структур требует очень сложных математических моделей и компьютерного моделирования, в то время как реальные условия, их изменение, могут существенно снизить их эффективность. Отдельной проблемой является интегрирование АММ в существующие промышленные объекты. В данном докладе рассматриваются разные типы АММ, их функционал, методы их реализации, а также последние технологические достижения в области акустических метаматериалов, в том числе полученных с помощью 3-D печати. Ключевые слова: акустические метаматериалы, 3-D технологии

Усачева И.А., Горшонков А.С., Костылев К.А., Салин М.Б. «Фазовращатель на основе резонаторов Гельмгольца для управления звуковыми волнами» с. 98

Представлены результаты исследования акустического фазовращателя на основе резонаторов Гельмгольца, которые располагаются в отростках волновода и изменяют набег фазы проходящей через этот участок волны. В рассмотренном устройстве регулирование фазы прошедшей волны осуществляется путем одновременного изменения объемов нескольких последовательно установленных резонаторов с помощью поршня. Численно была оценена зависимость характеристик фазовращателя от числа резонаторов и высоты волновода, что помогло найти оптимальную конфигурацию для лучшей работы. Методом 3D-печати были изготовлены образцы фазовращателей, и их испытание в импедансной трубе подтвердили, что разрабатываемая система может изменять фазу звука от 0 до 2π в диапазоне частот от 2 до 4 кГц. Для перехода от волноводных задач к управлению акустическим полем в пространстве описанный фазовращатель предполагается использовать в качестве элементарной ячейки акустической метаповерхности, которая может отклонять или фокусировать проходящую через нее волну. Ключевые слова: акустический фазовращатель, резонатор Гельмгольца, метаповерхность, контроль акустических полей, импедансная труба

Сорокин С.А., Смирнов В.В., Ковалёва М.А. «Волновой отклик в двумерных акустических метаматериалах с существенной нелинейностью» с. 99

Исследование и разработка метаматериалов является одним из наиболее актуальных направлений в науке о материалах. Метаматериалами называют структуры, свойства которых определяются микроструктурой субволновых масштабов – метаатомами. Выбор параметров метаатомов позволяет добиваться желаемых свойств и эффектов, в том числе недостижимых в классических материалах. Отдельный интерес представляют метаповерхности – тонкие пластины или поверхности с регулярным массивом резонаторов. На данный момент наиболее изучены метаматериалы с линейными характеристиками, однако область нелинейных метаматериалов также активно развивается. Данная работа посвящена акустическим локально-резонансным метаматериалам с существенной нелинейностью. Для реализации нелинейного взаимодействия предлагается структура, представляющая собой тонкую пластину, лежащую на поверхности упругой подложки с регулярными выступами. Такая система допускает как линейные, так и существенно нелинейные взаимодействия между пластиной и подложкой. Линейное приближение справедливо при малых кривизнах точек контакта. Если же кривизна большая, необходимо учитывать нелинейность. При этом в случае амплитуд колебаний, меньших величины предварительного сжатия, взаимодействие описывается потенциалом Герца. При больших амплитудах применяется виброударное приближение. В работе рассмотрены все три вида взаимодействий и проанализировано влияние каждого из них на волновые свойства системы. Работа проведена при поддержке гранта РНФ No 24-23-00435. Ключевые слова: акустические метаматериалы, локально-резонансные структуры, функции Грина, Рэлеевские волны, спектры

Лыкасов А., Ковалёва М.А. «Эволюция волн в существенно нелинейных квази-одномерных цепных моделях» с. 99-100

Перенос и локализация энергии в протяженных системах в последние десятилетия привлекли интерес многих исследователей. Это явление в значительной степени связано с проблемой существования и распространения уединенных волн – солитонов и бризеров в нелинейных решетках и цепочках, включая поглотители энергии, механизмы и сенсоры, акустические линзы и волноводы. В работе рассмотрено прохождение и остановка локализованных волн (бризеров) в квази-одномерной модели локально-резонансного метаматериала с существенной нелинейностью при различных параметрах нелинейности. Были проведены численные эксперименты, на основании которых построено аналитическое решение. Было получено соотношение между величинами полуширины бризера и его максимальной амплитудой, описывающее наблюдаемый эффект уширения бризера в среде без учета сил трения. В среде с трением рассмотрены закономерности эволюции бризеров, показаны зависимости глубины проникновения энергии в систему при различных параметрах системы. Работа проведена при поддержке гранта РНФ No 24–23–00435.

Карпов И.А. «Особенности дискретного ARMA и ARX–моделирования в исследовании акустических поглотителей метаматериального типа» с. 100

Несмотря на то, что в последние годы параметрические методы анализа динамических систем, основанные на моделях авторегрессии и скользящего среднего (например, ARMA и ARX-модели), получили широкое распространение, практическое применение данных методов сопряжено с рядом особенностей, которые необходимо учитывать для получения корректных результатов. В докладе рассматриваются ключевые аспекты использования параметрических методов для анализа линейных колебательных систем. Особое внимание уделяется выбору порядка модели по разработанному энергетическому критерию [Акуст. журн. 2023. Т. 69. № 6. С. 665–684], определению потерь поглотителей звука, устойчивости идентификации параметров и влиянию шумов на точность результатов. Дополнительно в работе описаны методические приемы, позволяющие улучшить вычислительную эффективность и точность расчетов. В частности, рассматриваются: а) постобработка в виде постфильтрации для уменьшения численного шума собранных записей, б) подбор частоты дискретизации с учетом особенностей исследуемой системы, в) использование эквалайзера частот для оптимизации спектрального анализа. Рассмотренные в работе особенности и методические приемы позволяют расширить область применения ARMA и ARX-моделей и повысить их точность при анализе сложных колебательных систем. Ключевые слова: дискретно-временные случайные процессы, ARMA-модели, ARX-модели, идентификация параметров, измерение коэффициента потерь

Павлов И.С., Зайцев В.В., Дмитриев С.В., Васильев А.А. «Дисперсионные свойства акустического метаматериала, моделируемого цепочкой сферических частиц "масса-в-массе" из сферических частиц» с. 101

Построена одномерная модель акустического метаматериала «масса-в-массе», представляющая собой цепочку сферических частиц двух сортов. Взаимодействия между частицами моделируются упругими пружинами нескольких видов. Пружины двух типов соединяют каждую из больших частиц с ближайшими соседями по цепочке. Аналогичные взаимодействия между большой и маленькой частицами моделируются пружинами третьего и четвертого типов. Каждая частица обладает шестью степенями свободы: тремя трансляционными и тремя ротационными. Получена система из 12 дифференциальных уравнений, описывающая распространение акустических и ротационных волн в данном метаматериале. Проанализированы зависимости коэффициентов этих уравнений от параметров микроструктуры, к каковым относятся жесткости пружин четырех типов, период решетки, диаметры частиц первого и второго сорта. Изучены дисперсионные свойства полученной модели. В частности, проанализировано влияние параметров микроструктуры данного метаматериала на критические (минимальную и максимальную) частоты различных волновых мод и на размеры запрещенных зон частот (полос непропускания). Ключевые слова: метаматериал, цепочка частиц «масса-в-массе», микроструктура, акустические и ротационные волны, дисперсионные свойства

Колесов Д.А., Ерофеев В.И. «Влияние ауксетичности метаматериала, содержащего точечные дефекты, на дисперсию и затухание распространяющейся в нем плоской продольной волны» с. 101

Задача о распространении акустической волны в ауксетическом (т. е. обладающем отрицательным коэффициентом Пуассона) метаматериале рассматривается как самосогласованная, включающая в себя, наряду с динамическими уравнениями деформируемого твердого тела, кинетическое уравнение для плотности дефектов. При постановке задачи предполагается, что основными процессами, определяющими поведение дефектов, являются процессы генерации, рекомбинации и диффузии. Дисперсионное уравнение рассматриваемой системы содержит комплексные коэффициенты, откуда следует, что волна будет не только распространяться в среде, но и затухать по мере распространения. Выявлено влияние типов точечных дефектов (вакансии, межузлия), а также ауксетичности материала на характер дисперсии (нормальная или аномальная) и частотную зависимость затухания волны. Работа выполнялась при поддержке Российского научного фонда (грант № 25-29-00675). Ключевые слова: ауксетический метаматериал, точечные дефекты, акустическая волна, дисперсия, частотно-зависимое затухание

Миронов М.А., Канев Н.Г. «От волноводных изоляторов к акустическим метаматериалам» с. 102

В 1970-х гг. в Акустическом институте были предложены и экспериментально и теоретически исследованы новые вибро- и акустические изоляторы. Идея состоит в использовании нескольких одинаковых резонаторов для создания широкополосной изоляции. Ширина полосы набора таких резонаторов оказывается существенно большей ширины полосы одного резонатора. Основные результаты были опубликованы в Трудах Акустического института и в трудах конференций. К сожалению, авторы этого изобретения (соответствующий патент имеется) сочли эти публикации достаточными для популяризации и результаты остались неизвестными для широкого круга акустиков. В настоящее время теоретические и экспериментальные исследования искусственных сред, содержащих резонаторы различных типов, значительно расширились. Исследователи обращают особое внимание на свойства сред, которые не встречаются у обычных упругих материалов, и исследуют их возможности для решения некоторых практических задач. В современной терминологии такого рода конструкции называются метаматериалами. В докладе представлены наиболее интересные результаты современных работ по акустическим метаматериалам.

Бобровницкий Ю.И. «Метод волновой гомогенизации виброакустических метаматериалов как периодических структур» с. 102

Под термином «гомогенизация» понимается моделирование, т.е. замена сложных структур более простыми структурами или средами с целью упрощения их анализа. Методы гомогенизации отличаются друг от друга двумя основными характеристиками – типом упрощенной модели и критерием эквивалентности модели и моделируемой структуры. Под типом модели подразумевается какая-либо простая непрерывная среда или дискретная структура, которая обычно, но не всегда, получается путем структурного сглаживания и пространственного усреднения сложных моделируемых структур. А в качестве критерия эквивалентности используется величина, наиболее важная для решаемых практических задач. Из равенства критерия для модели и моделируемой структуры определяются эффективные параметры модели. Излагаемый в докладе метод гомогенизации относится к произвольным периодическим структурам и, в частности, к периодическим виброакустическим метаматериалам. Модель периодической структуры в методе представляет собой также периодическую структуру той же размерности и геометрии, ячейка периодичности которой является простейшей дискретной механической колебательной системой с минимально возможным числом сосредоточенных параметров. В качестве критерия эквивалентности в методе предлагается матрица так называемых групповых импедансов – величина, которая полностью характеризует все волновые свойства. Так что в этом случае периодическая структура и ее модель имеют одинаковое число нормальных волн, обладающих идентичной дисперсией и одинаковыми энергетическими характеристиками. При этом относительная конструктивная простота модели упрощает анализ сложных периодических систем и метаматериалов, а использование импедансных характеристик делает модель универсальной, т.е. применимой к структурам, изготовленным из любых материалов. Модель также является основой для классификации виброакустических метаматериалов, для их сравнительного анализа, а также для их проектирования. В докладе дано описание метода и приводятся примеры его применения. Ключевые слова: виброакустические метаматериалы, волновые свойства, гомогенизация