水声学第八章 水下噪声

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。

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。

华北理工大学20 ～20 学年季学期考试试卷开课学院：信息学院课程号：812123 课程名称：水声学年级：级专业：海洋技术试卷类型： A 卷系主任签字：教学院长签字：100分钟1、声呐设备的接收器工作在噪声环境中，既接收，也接收，相应地，输出也有这两本部分组成。

2、声呐参数中，用来描述主动声呐所发射的声信号的强弱；在水声技术中，习惯上将设备刚好能正常工作所需的处理器输入端的信噪比值称为。

3、深海的典型声速结构，由温度垂直分布的“三层结构”所形成，分别为、、。

4、有一声速为1500m/s，水深20m的均匀水层，有一声源，它能够激发40阶正常传播的简正波，则声源的频率为，第40阶简正波的临界频率为，若海底为声速大于层中海水声速的非绝对硬质海底，全反射临界角为π/6，则距声源1000m 处的传播损失是。

5、海面处声速为1500m/s，若声速梯度为-0.5/s，则100m深处声速变为；若声源处掠射角为60度，层中声线轨迹的曲率半径为。

6、海面附近点源的辐射声场中，当接收点位于菲涅尔干涉区内时，声压极大值随距离的次方反比减小，声压极小值随距离的次方反比减小；当接收点位于方和菲区内，随距离的次方反比减小。

7、柱形水雷长2m，半径为0.5m，端部为半球形。

垂直入射时，在给定声波频率分别为100kHz和1000kHz是，目标强度分别为、。

8、水下噪声包括、、。

二、简答题（共30分）1、列举常用组合声呐参数，包括名称、表达式和物理意义（任意列举三个）。

（9分）2、画出以下海水中典型声速垂直分布图：a）深海声道；b）表面声道；c）浅海声道。

（6分）第1页共6页考试方式：（闭卷）3、说明射线声学的适用条件及其局限性，并说明球面波和柱面波传播时声线的传播方向.（6分）4、什么是等效平面波混响级？海洋混响是如何形成的？它的强弱与哪些因素有关？（9分）三、扫雷舰拖曳宽带噪声源，其辐射噪声引爆音响水雷，达到扫雷的目的。

设噪声源谱级为130dB ，被扫水雷上水声接收机工作带宽为50-300Hz ，当噪声信号高出4级海况（50-300Hz 时频带内环境噪声谱级68dB ）时的环境噪声15dB 时，水雷被引爆。

《水声学》部分习题参考答案绪论1略2略3略4略5环境噪声和海洋混响都是主动声呐的干扰，在实际工作中如何确定哪种干扰是主要的？解：根据水文条件及声呐使用场合，画出回声信号级、混响掩蔽级和噪声掩蔽级随距离变化的曲线，如下图，然后由回声信号曲线与混响掩蔽级、噪声掩蔽级曲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，r R<r n，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距离rr R r n6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，若工作频率为1000Hz，干扰来自：风成噪声、海底混响、螺旋桨引起的自噪声及水动力噪声。

7已知混响是某主动声呐的主要干扰，现将该声呐的声源级增加10dB，问声呐作用距离能提高多少？又，在其余条件不变的情况下，将该声呐发射功率增加一倍，问作用距离如何变化。

（海水吸收不计，声呐工作于开阔水域）解：对于受混响干扰的主动声呐，提高声源级并不能增加作用距离，因为此时信混比并不改变。

在声呐发射声功率增加一倍，其余条件不变的情况下，作用距离变为原距离的42倍，即R R 412 。

第一章 声学基础1 什么条件下发生海底全反射，此时反射系数有什么特点，说明其物理意义。

解：发生全反射的条件是：掠时角小于等于全反射临界角，界面下方介质的声速大于界面上方介质的声速。

发生全反射时，反射系数是复数，其模等于1，虚部和实部的比值给出相位跳变角的正切，即全反射时，会产生相位跳变。

2 略3 略第二章 海洋声学特性1 海水中的声速与哪些因素有关？画出三种常见的海水声速分布。

解：海水中的声速与海水温度、密度和静压力（深度）有关，它们之间的关系难以用解析式表达。

z浅海负梯度C表面声道Cz 深海声道Cz2 略3 略4 略5 略6 声波在海水中传播时其声强会逐渐减少。

第八章 水下噪声噪声定义：是指在特定条件下不需要的声音。

水下噪声：（1）海洋环境噪声和舰船的自噪声它们是声呐系统的主要干扰背景之一，限制装备性能。

（2）目标（舰船、潜艇、鱼雷等）辐射噪声它是被动声呐系统的声源，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）：（1）建立水下噪声的规律和特性，提高声呐设备的性能。

（2）降噪处理，提高自身隐蔽性。

8.1 噪声的基本概念1、噪声的描述噪声是一个随机过程，描述噪声的统计量有：噪声的概率密度函数：()()11110p 1p p p p p P limt ,p 1∆∆Φ∆+<<=→ 噪声的概率分布函数： ()()⎰+=+<<111p p p 1111dp t ,p t ,p p p p P ∆Φ∆平稳随机过程： ()()τΦΦ+=t ,p t ,p 11一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：()()222p e 21p σμπσΦ--=为高斯分布，相应的噪声称为高斯噪声。

其均值和方差：()()()()⎰⎰∞∞-∞∞--=-===dp p p p pdp p p 222ΦμμσΦμ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：()()()()()⎰⎰∞∞---∞→=-⋅=ττωττωτd e R S dt t p t p T 21limR j T T T 若噪声的功率谱是均匀，则称之为白噪声。

噪声声压有效值e p ：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：⎰∞∞-==dp )p (p I 22Φσ 或时间平均表示：⎰-∞→==2/T 2/T 2T 2dt )t (p T 1limI σ 噪声声压有效值： ⎰-∞→==2/T 2/T 2T e dt )t (p T1I p lim 2、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；而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。

⽔声学⽔声学1. 试写出混响⼲扰背景的主动声呐⽅程，说明各符号的物理意义。

2. 试写出噪声⼲扰背景的主动声呐⽅程，说明各符号的物理意义。

3. 试写出被动声呐⽅程，说明各符号的物理意义。

4. 海⽔中，引起声传播损失的原因为何？5. 海⽔中，引起声吸收的原因为何？6. 舰船航⾏噪声有哪些主要噪声源，舰船航⾏噪声的频谱如何？7．海洋混响是如何形成的？按形成原因如何分类?8．为何在⽔下噪声研究中将舰船噪声分为舰船辐射噪声和舰船⾃噪声？9．射线声学的适⽤条件为何？试表述射线声学的两个基本⽅程。

10．简述实验测量⽔下物体⽬标强度（TS值）的“⽐较法”11．海洋中什么样的声速分布能形成表⾯声道。

为什么声波在表⾯声道中能远距离传播？12．⽐较主动声纳和被动声纳的优缺点。

13．海洋中什么样的声速分布能形成深海声道。

为什么声波在深海声道中能远距离传播？14．何谓点声源？15．如果波阵⾯为球⾯扩张，试写出海⽔中声传播损失的⼀般表⽰式。

16．如果波阵⾯为柱⾯扩张，试写出海⽔中声传播损失的⼀般表⽰式。

17．半径为a的刚性球体的⽬标强度为何？简述潜艇的⽬标强度随潜艇⽅位⾓的变化规律。

18．请问⽤⽔声学中的乌德公式能计算什么值？19．简述实验测量⽔下物体⽬标强度（TS值）的“应答器”法。

20．请介绍⼀种实验测量⽔中声速的⽅法。

21．近代声纳设备的⼯作频率向低频发展，试分析这会有什么好处以及会带来什么问题？22．试描述海洋混响的物理现象。

23．螺旋桨噪声产⽣的机理为何？定性给出潜艇的螺旋桨噪声与航速和潜深的关系。

24．机械噪声产⽣的机理为何？机械噪声的特点为何？25．何谓简正波的截⽌频率？某阶简正波出现于波场中的条件为何？26．定性解释‘下午效应’。

27．等声速梯度的海洋环境下，声线轨迹是何种⼏何形状？28．如果在表⾯声道中，发射⼀个脉冲声信号；问：在远处接收，此信号有何变化？为什么？29．试定性描述海⾯附近的⼀个点声源的声场特点。

水声学原理
水声学原理是一种重要的研究领域，它是研究声波在水中的传播和衰减的一种科学方法。

水声学原理被广泛应用于海洋学、测深、海洋科学仪器仪表的设计、潜水器的设计、海洋探测和海洋环境研究等。

水声学原理研究需要考虑的因素有水体属性（温度、盐度、频率、测深范围）、水中声波的传播特性和衰减、海洋环境因素（温度、盐度、流量、深度等）以及潜水器的设计、性能和安全性等。

水中的声波的传播速度和衰减系数取决于水体的属性，比如温度、盐度、频率、测深范围等。

这些因素都会影响水声学的研究。

此外，温度、盐度的变化也会影响水声学的研究，因为它们会影响水中声波的传播特性和衰减。

潜水器的设计也是水声学研究的重要内容。

潜水器的设计需要考虑到水声学原理，比如声音探头的设计和安装，声音传播和衰减的研究，以及潜水器的性能和安全等。

水声学原理的研究对海洋科学仪器仪表的设计和海洋探测也有重要意义。

水声学原理可以帮助研究人员更深入地研究海洋环境，从而更好地了解海洋探测和海洋环境研究所需的信息。

总之，水声学原理是一个广泛的研究领域，它可以为海洋学、测深、
海洋科学仪器仪表的设计、潜水器的设计、海洋探测和海洋环境研究提供重要的理论依据。