水声学第八章 水下噪声
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水下噪声
水下噪声具有指向性： 噪声源具有指向性、噪声源空间分布、海洋传播条件等原因。 常识： 海面噪声（风浪噪声）—垂直指向性；
远处航船的辐射噪声—水平指向性。
注意：
工程上通常将海洋环境噪声视为各向同性的，便于信号处理。
水声学 第7章 水下噪声 12
7.2 海洋环境噪声
海洋环境噪声也称自然噪声，是水声信道的一种干扰背景。 研究环境噪声的目的： 研究噪声场的时空统计特性与环境因素之间的依赖关系，找出 其规律，预报NL值，为声呐设备设计、研制提供必要的数据；
（3）平稳随机过程： p1，t p1，t 结论：平稳随机过程的概率密度函数与时间无关。
水声学 第7章 水下噪声 3
7.1 噪声的基本概念
1、噪声描述
短时间内水中噪声可视为平稳随机过程，且噪声声压服从高 斯分布，称为高斯噪声，其概率密度函数为：
p
其均值和方差：
环境噪声与环境条件密切相关，如风速等自然条件。
水声学ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
第7章 水下噪声
14
7.2 海洋环境噪声
1、深海中的环境噪声源
从低频到高频次序讨论噪声源及其特性：
（1）潮汐和波浪的海水静压力效应 潮汐和海面波浪是引起海洋内部海水静压力变化的原因， 是低频噪声源。 （2）地震扰动 地震扰动是海洋中的极低频噪声源。 地震扰动在海水中产生的压力：
7.2 海洋环境噪声
3、自然噪声间歇源及其变化特性
（1）间歇源的噪声源 一种暂时存在的噪声源，如能发声的海洋生物、降雨等。 海洋生物噪声：
甲壳类、鱼类和海生哺乳类—特殊鸣声、嘈杂声等；
降雨噪声： 提高自然噪声级，与降雨率和降雨面积有关。
水声学
第7章 水下噪声
远处航船的辐射噪声—水平指向性。
注意：
工程上通常将海洋环境噪声视为各向同性的，便于信号处理。
水声学 第7章 水下噪声 12
7.2 海洋环境噪声
海洋环境噪声也称自然噪声，是水声信道的一种干扰背景。 研究环境噪声的目的： 研究噪声场的时空统计特性与环境因素之间的依赖关系，找出 其规律，预报NL值，为声呐设备设计、研制提供必要的数据；
（3）平稳随机过程： p1，t p1，t 结论：平稳随机过程的概率密度函数与时间无关。
水声学 第7章 水下噪声 3
7.1 噪声的基本概念
1、噪声描述
短时间内水中噪声可视为平稳随机过程，且噪声声压服从高 斯分布，称为高斯噪声，其概率密度函数为：
p
其均值和方差：
环境噪声与环境条件密切相关，如风速等自然条件。
水声学ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
第7章 水下噪声
14
7.2 海洋环境噪声
1、深海中的环境噪声源
从低频到高频次序讨论噪声源及其特性：
（1）潮汐和波浪的海水静压力效应 潮汐和海面波浪是引起海洋内部海水静压力变化的原因， 是低频噪声源。 （2）地震扰动 地震扰动是海洋中的极低频噪声源。 地震扰动在海水中产生的压力：
7.2 海洋环境噪声
3、自然噪声间歇源及其变化特性
（1）间歇源的噪声源 一种暂时存在的噪声源，如能发声的海洋生物、降雨等。 海洋生物噪声：
甲壳类、鱼类和海生哺乳类—特殊鸣声、嘈杂声等；
降雨噪声： 提高自然噪声级，与降雨率和降雨面积有关。
水声学
第7章 水下噪声
《水声学》部分习题答案
线的交点所对应的距离来确定混响是主要干扰，还是噪声为主要干扰，如下图，
rR<rn，所以混响是主要干扰。
声信号级
回声信号级
混响掩蔽级
噪声掩蔽级
rR rn
距离r
6 工作中的主动声呐会受到哪些干扰？若工作频率为 1000Hz，且探测沉底目
标，则该声呐将会受到哪些干扰源的干扰。
解：工作中的主动声呐受到的干扰是：海洋环境噪声、海洋混响和自噪声，若工
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8
水声学课程组
哈尔滨工程大学国家级精品课程——《水声学习题集参考答案》
解：早晨时声呐作用距离远，因为此时可能存在表面声道，而下午一般不会形成 表面声道。即使不出现表面声道时，早晨的负梯度也小于下午的负梯度，所以早 晨的作用距离远于下午，这就是下午效应。 9 画出深海声道声速分布，应用射线理论说明声波在深海声道中远距离传播的
7
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哈尔滨工程大学国家级精品课程——《水声学习题集参考答案》
第 4 章 典型传播条件下的声场
1 邻近海面的水下点源声场中的声压振幅随距离变化具有哪些规律？ 2 表面声道的混合层中的声线传播具有那些特点？ 3 什么是反转深度？什么是临界声线和跨度？ 4 什么是会聚区和声影区？二者之间声强大小如何？会聚增益是如何定义的？
声线曲率半径 R = c0 ，所以水平传播距离 g
x = R 2 − (R − d )2 = 2Rd − d 2
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6
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哈尔滨工程大学国家级精品课程——《水声学习题集参考答案》
一般情况下，声速垂直梯度 g 为远小于 1 的量 所以曲率半径较水深大得多 x ≈ 2Rd = (2c0d / g)1/ 2
解：1）声速绝对梯度 g = dc = 1500 −1450 = −0.5s −1
水下振动,噪声及相关问题研究
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Harbin Engineering University
➢海洋上有涌浪起伏的海面，下有凸凹不平的 海底；海水中各点处的声速，受该点处温度、 盐度、和压力的影响而不同：
➢ 温度每增加1℃，声速增加4.2m/s. ➢ 盐度每增加1‰, 声速增加1.3m/s. ➢ 压力每增加1atm.声速增加0.17m/s.
水声工程学院
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声波的传播方式图
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➢声纳是一种可用来进行水下 探测、导航、定位的设备， 它利用声波作为信息载体， 实现对水下目标信息的主动 或被动感知；
➢既服务于不同的海洋活动， 也同时受制于复杂的海洋环 境条件。
➢利用声的传播规律，也可以通过反演，获
得介质及海底海面环境条件。
➢；
测深仪、 测冰仪、 旁侧声纳
海洋层析 术、大洋 测温计划
海底堪探、 海底底质 参数测量
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大洋测温布置图
★
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简正波群速度随频率变化图
c 前三阶简正波群速度 u(i) 与相速度 (i)与频率的关系
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深海声传播衰减规律图
声道中不同深度接收时声强与距离的关系
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舰船水下噪声测量 标准
舰船水下噪声测量标准
舰船水下噪声测量是一项重要的技术，可以用于评估舰船的隐蔽性能和潜艇的探测能力。
为了保证测量结果的准确性和可比性，国际上制定了一系列的标准和规范，下面将对其中几个常用的标准进行介绍。
1. ISO 17208-1：这是国际标准化组织（ISO）发布的舰船水下噪声测量标准之一，主要用于评估商用船舶和海洋工程设施的水下噪声水平。
该标准规定了测量方法、测量设备、数据处理和报告等方面的要求，同时还提供了一些参考值和建议。
2. MIL-STD-740：这是美国国防部发布的军用舰船水下噪声测量标准，适用于评估军用舰艇的水下噪声水平。
该标准要求测量设备必须符合军用标准，同时还规定了测量方法、数据处理和报告等方面的要求。
3. ANSI/ASA S12.64：这是美国声学学会（ASA）发布的舰船水下噪声测量标准，适用于评估商用船舶和军用舰艇的水下噪声水平。
该标准要求测量设备必须符合声学学会标准，同时还规定了测量方法、数据处理和报告等方面的要求。
除了上述标准外，还有一些国家和地区制定了自己的舰船水下噪声测量标准，如英国的DEF STAN 00-35和中国的GB/T 18388等。
这些标准在测量方法、测量设备、数据处理和报告等方面可能存在一些差异，但都致力于提高测量结果的
准确性和可比性，为舰船水下噪声的研究和评估提供科学依据。
主动声纳方程期末总结-水声学讲义
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第六章 声波在目标上的反射和散射
本章主要内容
目标强度参数定义 刚性大球目标强度计算理论推导 常见声纳目标的目标强度值和特性 目标强度测量方法 目标回波组成及其特征 壳体目标的回波信号特征
College of Underwater Acoustic Engineering
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25
作业点评
聚集因子F是如何定义的，它有什么物理意义？ 举出二个F>1的场合。
解：聚集因子 F Ix, z/ I0 ，其中I是非均匀介
质中的声强，I0是按球面波衰减的声强，若 F>1，表示该处衰减小于球面波规律，反之， 则表示该处衰减大于球面波规律。会聚区和焦 散线上F>1。
声信号级
回声信号级 混响掩蔽级 噪声掩蔽级
rR rn
距离r
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22
作业点评
第四章
声线弯曲满足的基本条件是什么？并定性说明它们 之间的规律。
海水中声速值从海面的1500m/s均匀减小到100m深处 的1450m/s。求（1）速度梯度；（2）使还表面的水平 声线达到100m深处时所需要的水平距离；（3）上述 声线到达100m深处时的角度。
30
第六章 声波在目标上的反射和散射
本章主要内容
刚性球体散射声场计算及其特性 弹性球体散射声场计算 弹性球体散射声场特性 求解散射声场的理论方法
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华北理工水声学讲义07水下噪声
第7章 水下噪声本讲主要内容1、噪声的基本概念（了解）2、海洋环境噪声（了解）3、海洋环境噪声的指向性（重点）4、舰船辐射噪声的声源级和噪声谱（了解）5、舰船辐射噪声源及其一般特性（重点）6、辐射噪声源概要（了解）7、舰船、潜艇、鱼雷的辐射噪声级（了解）8、辐射噪声的测量（重点）一、噪声的基本概念1、噪声的定义：是指在特定条件下不需要的声音。
2、水下噪声：它们是声呐系统的主要干扰背景之一，限制装备性能。
3、噪声描述噪声是一种随机过程描述噪声的统计量有：概率密度函数、概率分布函数。
一般水中噪声被视为平稳随机过程，若噪声的声压概率密度函数表示为：为高斯分布，相应的噪声称为高斯噪声。
其均值和方差：常识：一般将水声干扰噪声视为高斯噪声。
一般，表征噪声统计特性的统计量：概率密度函数、数学期望、方差、相关函数、功率谱。
由随机过程理论可知，噪声自相关函数的傅立叶变换即为功率谱密度函数：由随机过程理论可知，噪声自相关函数的傅立叶变换即为功率谱密度函数：功率谱是均匀的噪声，则称之为白噪声。
4、噪声的频谱分析噪声声压是一个随机量，与时间量之间不存在确定关系，因此分析噪声声压幅值的频谱没有意义；随机过程的功率谱函数是一个确定的统计量，反映了该过程的各频率分量的平均强度。
()()222p e 21p σμ--πσ=Φ()()()()⎰⎰∞∞-∞∞-Φμ-=μ-=σΦ==μdp p p p pdp p p 222()()()()()⎰⎰∞∞-ωτ--∞→ττ=ωτ-⋅=τd e R S dt t p t p T 21lim R j T T T根据信号频谱曲线形状划分：1）线谱：数学上能够用傅氏级数来表示，水声中周期、准周期信号的频谱就是线谱信号；2）连续谱：频谱分析用傅氏变换来表示，水声中瞬态非周期信号的频谱就是连续谱。
声强平均频谱密度： 声强频谱密度函数：带宽内的总声强：提示：连续谱某确定频率分量上的声强贡献无限小。
水下振动噪声及控制技术绪论PPT课件
第38页/共56页
• 随着近代工业的迅猛发展，噪声污染越 来越严重，已成为一种公害。控制噪声 污 染 、 保 护 环 境 已 成 为第人6页们/共的56页共 识 。
噪声的评价方法
声压、声强和声功率
声波引起空气质点的振动，使大气压力产生压强的波 动称为声压，亦即声场中单位面积上由声波引起的压力增 量为声压，其单位为N/m2，简称帕（帕斯卡），符号为Pa。 通常都用声压来衡量声音的强弱。
• 暂时听阈偏移，亦称听觉疲劳。 • 听觉疲劳时，听觉器官并未受到器质性损害。 • 如果人们长期在强烈的噪声环境中工作，日积月累，内膜器官不断受噪声
刺激，恢复不到暴露前的听阈，便可发生器质性病变，成为永久性听阈偏 移，这就是噪声性耳聋。
第32页/共56页
听力损失
国际标准化组织(ISO)于1964年规定，在500Hz、1000Hz、 2000Hz三个倍频程内听阈提高的平均值在25dB以上时，即 认为听力受到损伤，又叫轻度噪声性耳聋。按照听力损失 的大小，对耳聋性程度进行分级，见表2-1。
噪声分析的基本知识
音调是人耳对声音的主观感受。（宫 商 角 徵 羽） 试验证明，音调的高低主要由声源振动的频率决定。 由于振动的频率在传播过程中是不变的，所以声音的频 率指的就是声源振动的频率。 声音按频率高低可分为次声、可听声、超声。
第20页/共56页
噪声分析的基本知识
• 次声是指低于人们听觉范围的声波，即频率低于 20Hz；可听声是人耳可以听到的声音，频率为2020000Hz；
• 当声波的频率高到超过人耳听觉范围的极限时，人 们观察不出声波的存在，这种声波称为超声波。
• 噪声控制中研究的是可听声，在噪声控制这门学科 中，通常把500Hz以下的称为低频声，
• 随着近代工业的迅猛发展，噪声污染越 来越严重，已成为一种公害。控制噪声 污 染 、 保 护 环 境 已 成 为第人6页们/共的56页共 识 。
噪声的评价方法
声压、声强和声功率
声波引起空气质点的振动，使大气压力产生压强的波 动称为声压，亦即声场中单位面积上由声波引起的压力增 量为声压，其单位为N/m2，简称帕（帕斯卡），符号为Pa。 通常都用声压来衡量声音的强弱。
• 暂时听阈偏移，亦称听觉疲劳。 • 听觉疲劳时，听觉器官并未受到器质性损害。 • 如果人们长期在强烈的噪声环境中工作，日积月累，内膜器官不断受噪声
刺激，恢复不到暴露前的听阈，便可发生器质性病变，成为永久性听阈偏 移，这就是噪声性耳聋。
第32页/共56页
听力损失
国际标准化组织(ISO)于1964年规定，在500Hz、1000Hz、 2000Hz三个倍频程内听阈提高的平均值在25dB以上时，即 认为听力受到损伤，又叫轻度噪声性耳聋。按照听力损失 的大小，对耳聋性程度进行分级，见表2-1。
噪声分析的基本知识
音调是人耳对声音的主观感受。（宫 商 角 徵 羽） 试验证明，音调的高低主要由声源振动的频率决定。 由于振动的频率在传播过程中是不变的，所以声音的频 率指的就是声源振动的频率。 声音按频率高低可分为次声、可听声、超声。
第20页/共56页
噪声分析的基本知识
• 次声是指低于人们听觉范围的声波，即频率低于 20Hz；可听声是人耳可以听到的声音，频率为2020000Hz；
• 当声波的频率高到超过人耳听觉范围的极限时，人 们观察不出声波的存在，这种声波称为超声波。
• 噪声控制中研究的是可听声，在噪声控制这门学科 中，通常把500Hz以下的称为低频声，
水声学原理
水声学原理
水声学是研究水中声波传播和水中声学现象的学科，它涉及到声波在水中的传播特性、声波的产生和接收、水中声场的特征等内容。
水声学原理是水声学研究的基础，对于理解水声学的相关知识具有重要意义。
首先，我们来看一下水声学原理中的声波传播特性。
声波是一种机械波，它是由介质的微小振动引起的，能够传播能量和信息。
在水中，声波的传播速度约为1500米/秒，远远快于空气中的声波传播速度。
这是因为水的密度比空气大，声波在水中传播时受到的阻力较小，传播速度较快。
此外，水中的声波传播距离也比空气中的远，这是由于水的吸收和散射特性导致的。
其次，声波的产生和接收也是水声学原理中的重要内容。
声波的产生可以通过声源来实现，比如声纳、声呐等设备可以产生声波并将其传播到水中。
而声波的接收则需要利用水下声学传感器来实现，这些传感器可以将声波转化为电信号，并进行相应的处理和分析。
通过声波的产生和接收，我们可以获取水下的信息，比如水下地形、水下目标等。
最后，水中声场的特征也是水声学原理中的重要内容。
水中声场是指水中的声波分布情况，它受到水下地形、水下目标等因素的影响。
水中声场的特征可以通过声纳、声呐等设备进行测量和分析，从而获取水下环境的信息。
水中声场的特征对于水下通信、水下导航等应用具有重要意义。
总结一下，水声学原理涉及到声波传播特性、声波的产生和接收、水中声场的特征等内容。
通过对水声学原理的研究，我们可以更好地理解水下环境，并应用于水下通信、水下探测等领域。
希望本文能够对水声学原理有所了解，并对相关领域的研究和应用有所帮助。
水下噪声原理
水下噪声原理嘿，朋友们！今天咱来聊聊水下噪声原理。
你想啊，水下的世界就像一个神秘的大舞台，各种生物在里面生活着，而噪声呢，就像是这个舞台上突然出现的不和谐音符。
比如说，轮船在海上航行，那“轰轰”的声音可不小，就像一个庞然大物在水下跺脚一样。
还有那些各种各样的机器设备，在水下工作的时候也会发出声音，这些声音在水里可不会凭空消失，而是会传播开来。
这就好比在一个安静的房间里，突然有人大声喧哗，整个房间都会被这声音填满。
水下的噪声也是这样，会影响到很多生物。
你说那些小鱼小虾们，本来好好地在水里游来游去，突然听到这么大的噪声，会不会被吓一跳呀？它们可能会觉得：“哎呀妈呀，这是咋回事呀！”而且啊，水下噪声还可能会干扰生物的交流呢。
就像我们人类说话，如果周围太吵了，就听不清对方在说啥。
水下生物也有它们自己的“语言”呀，噪声一来，它们可能就没法好好沟通了，这多耽误事儿呀！说不定还会让它们找不到回家的路呢，那可就糟糕啦。
再想想看，要是我们一直生活在充满噪声的环境里，那心情能好吗？肯定会觉得烦躁不安吧。
水下生物也是一样呀，它们也需要一个安静舒适的环境来生活。
那怎么才能减少水下噪声呢？这就需要我们大家一起努力啦。
比如那些轮船，可以采用一些更先进的技术，让它们发出的声音小一点。
还有那些工程建设，也要注意控制噪声，别给水下生物带来太多困扰。
我们人类可不能光顾着自己方便，也要为水下的这些小生灵们着想呀。
毕竟，这个地球不只是我们的，也是它们的呀。
要是把水下世界弄得乱糟糟的，那多不好呀！所以说呀，我们要重视水下噪声原理，保护好水下的环境。
让那些小鱼小虾们能在安静的水下快乐地生活，这难道不是一件很棒的事情吗？大家一起行动起来吧，为了我们美丽的水下世界！。
水声学波动问题
水声学波动问题一、水声学介绍水声学是研究水中声波传播和接收的学科，主要涉及声波在水中的传播特性、声源与接收器的特性、噪声控制等方面。
水声学应用广泛，包括海洋勘探、海底通信、船舶和潜艇探测等领域。
二、水中声波传播特性1. 声速声速是指在介质中传播的声波的速度，它受到介质密度、压力和温度等因素的影响。
在海洋中，由于深度不同导致温度和压力变化较大，因此海洋中的声速也会随深度变化而发生变化。
2. 声阻抗声阻抗是指介质对于通过其表面传播的声波所产生的反射和透射效应。
在海洋中，由于海水密度较大，所以其表面反射能力较强。
3. 衍射和散射衍射是指当声波遇到物体时发生弯曲现象；散射是指当声波遇到物体时发生分散现象。
这些现象都会影响到海洋中声波的传播。
三、水声学波动问题1. 海洋中的声波传播海洋中的声波传播受到多种因素的影响，如水深、海底地形、温度和盐度等。
这些因素会导致声速变化和衍射散射现象，从而影响声波的传播路径和强度。
2. 海洋中的噪声问题海洋中存在着各种各样的噪声源，如船舶、潜艇、鲸鱼等。
这些噪声会对海洋生物产生影响，并且也会干扰海洋勘探和通信等应用。
3. 水下通信问题水下通信是指在水下进行信息交流。
由于水中的电磁波传输距离较短，因此常常采用声波来进行通信。
但是由于水中的衰减和散射等问题，使得水下通信面临很大的挑战。
四、应对措施1. 声速测量与预测为了更好地预测海洋中声波传播路径和强度，需要对海洋中各种因素进行测量，并建立相应的模型来进行预测。
2. 噪声控制为了减少海洋中的噪声干扰，需要采取一系列措施，如减少船舶和潜艇的噪声、调整通信频率等。
3. 水下通信技术研究为了克服水下通信面临的问题，需要研究新型的水下通信技术，如水声纳技术、多路径传输技术等。
五、结论水声学波动问题是一个复杂而又重要的问题，在海洋勘探、海底通信和军事领域等方面都有着广泛的应用。
我们需要认真研究和解决这些问题，以更好地利用海洋资源和保护海洋环境。
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（4）流体空化和湍流及排气（泵、管道、凝汽器等）； （5）机械摩擦（轴承等）——产生连续谱噪声。
2020/10/17
34
舰船辐射噪声源及其一般特性
机械噪声 结论： （1）舰船辐射噪声为强线谱加弱连续谱的迭加， 与舰船航行状态及机械工作状态密切相关，一 般较复杂、多变； （2）机械噪声是舰船辐射噪声低频段主要成分。
ppdp 2 p2pdp
提示：水下噪声研究中经常将某一类干扰假定为高斯 噪声。
2020/10/17
8
噪声的基本概念
噪声是一种随机过程
一般，表征噪声统计特性的统计量：概率密度函数、 数学期望、方差、相关函数、功率谱。
白噪声
由随机过程理论可知，噪声自相关函数的傅立叶变 换即为功率谱密度函数：
Rlim1 T ptpt T2T T
13
噪声的基本概念
水下噪声的指向性特性 水下噪声具有指向性 原因：噪声源具有指向性、噪声源空间分布、海 洋传播条件等。 提示：工程上将噪声视为各向同性的，便于处理。 常识：海面噪声（风浪噪声）—垂直指向性； 远处航船的辐射噪声—水平指向性。
2020/10/17
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海洋环境噪声
海洋环境噪声也称自然噪声，研究环境噪声的 目的：解决NL及其时空统计特性与环境因素之间的 依赖关系，找出其规律，并由此作出必要的预报， 为声纳设备设计、制作提供必要的数据。 深海中的环境噪声源 从低频到高频次序讨论噪声源及其特性： 潮汐和波浪的海水静压力效应
2020/10/17
16
海洋环境噪声
深海中的环境噪声源 行船 行船是50Hz~500Hz频率范围内的主要噪声源， 与风和天气无关。 海面波浪 海面波浪噪声是500Hz~
25000Hz频率范围内的噪声 源，与海况直接相关。
Kundson海洋环境噪声谱
2020/10/17
17
海洋环境噪声
深海中的环境噪声源 热噪声 海洋分子的热噪声限制水听器的高频灵敏度， 等效热噪声谱级：
舰船辐射噪声声源级 在远场测得噪声级后，再修正传播损失，归算到 离声源声中心1米处，并计算出1Hz带宽内的声 强，则声源级（谱级）为：
SL10lg IN
I0f
式中，f 是换能器工作带宽， I 0 为参考声强，I N
为距声源声中心1米处的噪声声强。
2020/10/17
31
舰船辐射噪声的声源级和噪声谱
第八章 水下噪声
本章主要内容
噪声的基本概念（了解）
噪声是一种随机过程 噪声的频谱分析 水下噪声的指向性特性
海洋环境噪声（了解）
深海中的环境噪声源 深海环境噪声谱 自然噪声的间歇源及自然噪声的变化特性 海洋环境噪声的振幅分布和空间相关
2020/10/17
2
本章主要内容
海洋环境噪声（了解）
目标（舰船、潜艇、鱼雷等）辐射噪声 它是被动声纳系统的声源，通过接收该噪声实现 目标检测。
水下噪声研究的意义（对抗与反对抗） 提高设备性能、提高自身隐蔽性
2020/10/17
6
噪声的基本概念
噪声是一种随机过程 描述噪声的统计量有：概率密度函数、概率分布
函数。 平稳随机过程 描述：如果一个随机过程经过时间平移后，其统计 特性保持不变，即
舰船辐射噪声的危害： 破坏了舰船的隐蔽性； 可能引爆某些水中兵器； 干扰本舰的水声设备（自噪声）。
舰船、鱼雷辐射噪声特点 噪声源繁多、集中，噪声强度大，频谱成分复杂。
2020/10/17
28
舰船和鱼雷的辐射噪声
2020/10/17
29
舰船和鱼雷的辐射噪声
2020/10/17
30
舰船辐射噪声的声源级和噪声谱
2020/10/17
26
海洋环境噪声
深海环境噪声的指向性 深海自然噪声具有指向性：
低频噪声来自远处——水平指向性 高频噪声源来自顶部的海面——垂直指向性
提示：海面辐射噪声具有 cosm 的指向特性 （噪声源和海面上虚源干涉效应引起的）。
2020/10/17
27
舰船和鱼雷的辐射噪声
舰船、潜艇和鱼雷的辐射噪声是被动声纳系统赖以 探测、跟踪的信号。
螺旋桨噪声 螺旋桨噪声：螺旋桨空化噪声和螺旋桨叶片振 动辐射噪声。
2020/10/17
35
舰船辐射噪声源及其一般特性
螺旋桨噪声 螺旋桨空化噪声 螺旋桨旋转时，叶片尖上和表面上产生空化。
Blade Tip Cavitation
Water Flow
Sheet Cavitation
Water Flow
dt
S Rejd
功率谱是均匀的噪声，则称之为白噪声。
2020/10/17
9
噪声的基本概念
噪声是一种随机过程
噪声声压有效值 p e
定义：等于介质阻抗为单位值时平均声强 I 的平
方根。
如果假设噪声的平均值为零，介质阻抗为单位值，则 它的方差便等于平均声强：
I2 p2(p)dp
I2lim 1 T/2p2(t)dt T T T/2
2020/1Leabharlann /1721海洋环境噪声
深海环境噪声谱 工程上，为预报海洋环境噪声级，需要不同条
件下的平均典型自然噪声谱，见下图。 图中画出了不同航 运和风速条件下的预报 用曲线。使用时，选择 适当的航运和风速条件 曲线，和相邻频段的曲 线连接起来，近似地预 报自然噪声谱。
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潮汐和海面波浪是海洋内部海水静压力变化的 原因，它们是低频噪声源。
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海洋环境噪声
深海中的环境噪声源 地震扰动 地震是海洋中的极低频噪声源。 海洋湍流 湍流产生噪声的方式： 湍流使水听器、电缆等颤动或作响——自噪声 （不是自然噪声）； 湍流压力变化辐射噪声——四极子源，随距离 迅速衰减，不是主要源；湍流区内部压力的声 效应。海洋湍流是海洋中的低频噪声源。
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海洋环境噪声
深海环境噪声谱 深海环境噪声谱的例子
如右图，谱由斜率不同的 五部分组成，解释如下：
1）1Hz以下，这段谱至今 还不为人所知。估计该噪 声来源于海水静压力效应 或是地球内部的地震扰动。
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海洋环境噪声
深海环境噪声谱 2）谱斜率为-8~-10dB/倍频 程，与风速仅有很微弱的关 系，最可能的噪声源是湍流。 3）自然噪声谱变平，远处 行船是主要噪声源。 4）具有-5~-6dB/倍频程，噪 声源是不远处的粗糙海面。 5）海水介质分子热运动噪 声，谱线斜率为6dB/倍频程。
p 1 ,t p 1 ,t
则称这过程为平稳随机过程。 提示：平稳随机过程的概率密度函数与时间无关，为
处理上的方便，往往把水中噪声视为平稳随机过程
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噪声的基本概念
高斯噪声 若噪声的声压概率密度函数表示为：
p 1 ep222
2 上述概率密度函数为高斯分布，相应的噪声称为高斯 噪声。其均值和方差为：
海洋环境噪声
自然噪声的间歇源及自然噪声的变化特性
间歇源的噪声源
1）它是一种暂时存在的噪声源，如能发声的海洋 生物、降雨等。
2）海洋生物：甲壳类、鱼类和海生哺乳类——特 殊的鸣声、嘈杂声等；
3）降雨：提高自然噪声级，与降雨率和面积有 关——在1kHz~10kHz频段接近于白噪声。
变化特性
自然噪声具有易变性。产生原因：噪声源的易变 性和传播条件的改变。
(d)siknd /kd
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海洋环境噪声
海洋环境噪声的振幅分布和空间相关
Cron和Sherman研究了具有 cosm 指向性的 单频噪声源构成的界面噪声场的相关系数。 （B. F. Cron, C. H. Sherman. Spatial-correlation
functions for various noise models. J. Acoust. Soc. Am.,1962,34(11))。
lim pe I
1 T/2p2(t)dt T T T/2
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噪声的基本概念
噪声的频谱分析 噪声声压是一个随机量，与时间量之间不存在确 定关系，因此分析噪声声压幅值的频谱没有意义； 随机过程的功率谱函数是一个确定的统计量，反 映了该过程的各频率分量的平均强度。
根据信号频谱曲线形状划分： 线谱：数学上能够用傅氏级数来表示，水声中周 期、准周期信号的频谱就是线谱信号； 连续谱：频谱分析用傅氏变换来表示，水声中瞬 态非周期信号的频谱就是连续谱。
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噪声的基本概念
噪声的频谱分析
声强平均频谱密度
Si
Ii fi
声强频谱密度函数
SflimIi dI
f fi0 i df
带宽内的总声强：I f2 Sf df f1
提示：连续谱某确定频率分量上的声强贡献无限小。
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噪声的基本概念
噪声的频谱分析 海洋环境噪声级
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舰船辐射噪声源及其一般特性
机械噪声 机械噪声是航行或作业舰船上的各种机械的振 动，通过船体向水中辐射而形成的噪声。 产生机理： （1）不平衡的旋转部件（电机电枢等）； （2）重复的不连续性（齿轮、涡轮机叶片等）； （3）往复部件（汽缸的爆炸）——产生线谱噪声， 其成分是振动基频及其谐波分量
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舰船辐射噪声源及其一般特性
螺旋桨噪声 螺旋桨空化噪声 1）空化噪声产生条件：航速大于舰船临界航速。
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N L10 lgIN/I0
假设水听器工作带宽内噪声谱为 S(f ) 、且其响应 是均匀的，则有：
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舰船辐射噪声源及其一般特性
机械噪声 结论： （1）舰船辐射噪声为强线谱加弱连续谱的迭加， 与舰船航行状态及机械工作状态密切相关，一 般较复杂、多变； （2）机械噪声是舰船辐射噪声低频段主要成分。
ppdp 2 p2pdp
提示：水下噪声研究中经常将某一类干扰假定为高斯 噪声。
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噪声的基本概念
噪声是一种随机过程
一般，表征噪声统计特性的统计量：概率密度函数、 数学期望、方差、相关函数、功率谱。
白噪声
由随机过程理论可知，噪声自相关函数的傅立叶变 换即为功率谱密度函数：
Rlim1 T ptpt T2T T
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噪声的基本概念
水下噪声的指向性特性 水下噪声具有指向性 原因：噪声源具有指向性、噪声源空间分布、海 洋传播条件等。 提示：工程上将噪声视为各向同性的，便于处理。 常识：海面噪声（风浪噪声）—垂直指向性； 远处航船的辐射噪声—水平指向性。
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海洋环境噪声
海洋环境噪声也称自然噪声，研究环境噪声的 目的：解决NL及其时空统计特性与环境因素之间的 依赖关系，找出其规律，并由此作出必要的预报， 为声纳设备设计、制作提供必要的数据。 深海中的环境噪声源 从低频到高频次序讨论噪声源及其特性： 潮汐和波浪的海水静压力效应
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海洋环境噪声
深海中的环境噪声源 行船 行船是50Hz~500Hz频率范围内的主要噪声源， 与风和天气无关。 海面波浪 海面波浪噪声是500Hz~
25000Hz频率范围内的噪声 源，与海况直接相关。
Kundson海洋环境噪声谱
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海洋环境噪声
深海中的环境噪声源 热噪声 海洋分子的热噪声限制水听器的高频灵敏度， 等效热噪声谱级：
舰船辐射噪声声源级 在远场测得噪声级后，再修正传播损失，归算到 离声源声中心1米处，并计算出1Hz带宽内的声 强，则声源级（谱级）为：
SL10lg IN
I0f
式中，f 是换能器工作带宽， I 0 为参考声强，I N
为距声源声中心1米处的噪声声强。
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舰船辐射噪声的声源级和噪声谱
第八章 水下噪声
本章主要内容
噪声的基本概念（了解）
噪声是一种随机过程 噪声的频谱分析 水下噪声的指向性特性
海洋环境噪声（了解）
深海中的环境噪声源 深海环境噪声谱 自然噪声的间歇源及自然噪声的变化特性 海洋环境噪声的振幅分布和空间相关
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本章主要内容
海洋环境噪声（了解）
目标（舰船、潜艇、鱼雷等）辐射噪声 它是被动声纳系统的声源，通过接收该噪声实现 目标检测。
水下噪声研究的意义（对抗与反对抗） 提高设备性能、提高自身隐蔽性
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噪声的基本概念
噪声是一种随机过程 描述噪声的统计量有：概率密度函数、概率分布
函数。 平稳随机过程 描述：如果一个随机过程经过时间平移后，其统计 特性保持不变，即
舰船辐射噪声的危害： 破坏了舰船的隐蔽性； 可能引爆某些水中兵器； 干扰本舰的水声设备（自噪声）。
舰船、鱼雷辐射噪声特点 噪声源繁多、集中，噪声强度大，频谱成分复杂。
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舰船和鱼雷的辐射噪声
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舰船和鱼雷的辐射噪声
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舰船辐射噪声的声源级和噪声谱
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海洋环境噪声
深海环境噪声的指向性 深海自然噪声具有指向性：
低频噪声来自远处——水平指向性 高频噪声源来自顶部的海面——垂直指向性
提示：海面辐射噪声具有 cosm 的指向特性 （噪声源和海面上虚源干涉效应引起的）。
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舰船和鱼雷的辐射噪声
舰船、潜艇和鱼雷的辐射噪声是被动声纳系统赖以 探测、跟踪的信号。
螺旋桨噪声 螺旋桨噪声：螺旋桨空化噪声和螺旋桨叶片振 动辐射噪声。
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舰船辐射噪声源及其一般特性
螺旋桨噪声 螺旋桨空化噪声 螺旋桨旋转时，叶片尖上和表面上产生空化。
Blade Tip Cavitation
Water Flow
Sheet Cavitation
Water Flow
dt
S Rejd
功率谱是均匀的噪声，则称之为白噪声。
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噪声的基本概念
噪声是一种随机过程
噪声声压有效值 p e
定义：等于介质阻抗为单位值时平均声强 I 的平
方根。
如果假设噪声的平均值为零，介质阻抗为单位值，则 它的方差便等于平均声强：
I2 p2(p)dp
I2lim 1 T/2p2(t)dt T T T/2
2020/1Leabharlann /1721海洋环境噪声
深海环境噪声谱 工程上，为预报海洋环境噪声级，需要不同条
件下的平均典型自然噪声谱，见下图。 图中画出了不同航 运和风速条件下的预报 用曲线。使用时，选择 适当的航运和风速条件 曲线，和相邻频段的曲 线连接起来，近似地预 报自然噪声谱。
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潮汐和海面波浪是海洋内部海水静压力变化的 原因，它们是低频噪声源。
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海洋环境噪声
深海中的环境噪声源 地震扰动 地震是海洋中的极低频噪声源。 海洋湍流 湍流产生噪声的方式： 湍流使水听器、电缆等颤动或作响——自噪声 （不是自然噪声）； 湍流压力变化辐射噪声——四极子源，随距离 迅速衰减，不是主要源；湍流区内部压力的声 效应。海洋湍流是海洋中的低频噪声源。
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海洋环境噪声
深海环境噪声谱 深海环境噪声谱的例子
如右图，谱由斜率不同的 五部分组成，解释如下：
1）1Hz以下，这段谱至今 还不为人所知。估计该噪 声来源于海水静压力效应 或是地球内部的地震扰动。
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海洋环境噪声
深海环境噪声谱 2）谱斜率为-8~-10dB/倍频 程，与风速仅有很微弱的关 系，最可能的噪声源是湍流。 3）自然噪声谱变平，远处 行船是主要噪声源。 4）具有-5~-6dB/倍频程，噪 声源是不远处的粗糙海面。 5）海水介质分子热运动噪 声，谱线斜率为6dB/倍频程。
p 1 ,t p 1 ,t
则称这过程为平稳随机过程。 提示：平稳随机过程的概率密度函数与时间无关，为
处理上的方便，往往把水中噪声视为平稳随机过程
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噪声的基本概念
高斯噪声 若噪声的声压概率密度函数表示为：
p 1 ep222
2 上述概率密度函数为高斯分布，相应的噪声称为高斯 噪声。其均值和方差为：
海洋环境噪声
自然噪声的间歇源及自然噪声的变化特性
间歇源的噪声源
1）它是一种暂时存在的噪声源，如能发声的海洋 生物、降雨等。
2）海洋生物：甲壳类、鱼类和海生哺乳类——特 殊的鸣声、嘈杂声等；
3）降雨：提高自然噪声级，与降雨率和面积有 关——在1kHz~10kHz频段接近于白噪声。
变化特性
自然噪声具有易变性。产生原因：噪声源的易变 性和传播条件的改变。
(d)siknd /kd
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海洋环境噪声
海洋环境噪声的振幅分布和空间相关
Cron和Sherman研究了具有 cosm 指向性的 单频噪声源构成的界面噪声场的相关系数。 （B. F. Cron, C. H. Sherman. Spatial-correlation
functions for various noise models. J. Acoust. Soc. Am.,1962,34(11))。
lim pe I
1 T/2p2(t)dt T T T/2
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噪声的基本概念
噪声的频谱分析 噪声声压是一个随机量，与时间量之间不存在确 定关系，因此分析噪声声压幅值的频谱没有意义； 随机过程的功率谱函数是一个确定的统计量，反 映了该过程的各频率分量的平均强度。
根据信号频谱曲线形状划分： 线谱：数学上能够用傅氏级数来表示，水声中周 期、准周期信号的频谱就是线谱信号； 连续谱：频谱分析用傅氏变换来表示，水声中瞬 态非周期信号的频谱就是连续谱。
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噪声的基本概念
噪声的频谱分析
声强平均频谱密度
Si
Ii fi
声强频谱密度函数
SflimIi dI
f fi0 i df
带宽内的总声强：I f2 Sf df f1
提示：连续谱某确定频率分量上的声强贡献无限小。
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噪声的基本概念
噪声的频谱分析 海洋环境噪声级
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舰船辐射噪声源及其一般特性
机械噪声 机械噪声是航行或作业舰船上的各种机械的振 动，通过船体向水中辐射而形成的噪声。 产生机理： （1）不平衡的旋转部件（电机电枢等）； （2）重复的不连续性（齿轮、涡轮机叶片等）； （3）往复部件（汽缸的爆炸）——产生线谱噪声， 其成分是振动基频及其谐波分量
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舰船辐射噪声源及其一般特性
螺旋桨噪声 螺旋桨空化噪声 1）空化噪声产生条件：航速大于舰船临界航速。
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N L10 lgIN/I0
假设水听器工作带宽内噪声谱为 S(f ) 、且其响应 是均匀的，则有：