Глушков Е.В., Глушкова Н.В., Мякишева О.А. «Распределение энергии ультразвукового излучателя между бегущими волнами, возбуждаемыми в погруженном упругом волноводе» с. 723-735
Изучается распределение волновой энергии бесконтактного ультразвукового пьезопреобразователя между отраженными, прошедшими и бегущими волнами, возбуждаемыми при зондировании упругой пластины, погруженной в акустическую жидкость. Анализируется зависимость осредненного за период колебаний количества энергии, переносимой каждой из возбуждаемых волн различного типа (акустические объемные волны, вытекающие волны Лэмба и волны Шолте–Стоунли), от относительных размеров источника, расстояния до пластины и частоты, а также структура энергетических потоков и пространственное распределение волновой энергии. Численное исследование проводится в рамках полуаналитической модели, базирующейся на интегральных и асимптотических представлениях для функции Грина рассматриваемой задачи. Графики зависимости волновой энергии от параметров задачи указывают на существование локальных максимумов (лучших частот) возбуждения бегущих волн, которые не совпадают с частотами локальных максимумов мощности источника.
Акустический журнал, 65, 6, с. 723-735 (2019) | Рубрика: 04.05
Миронов М.А. «Разрезной стержень как вибрационная черная дыра» с. 736-739
Вибрационная черная дыра (ВЧД) – замедляющая структура, обеспечивающая замедление скорости распространения волны на отрезке конечной длины до нуля. При этом время распространения волны на этом отрезке равно бесконечности. Рассмотрена новая структура, реализующая приближенно эффект ВЧД для изгибных волн. Это стержень/пластина с канавками, глубина которых постепенно увеличивается. Изгибная жесткость такой конструкции постепенно уменьшается, при этом погонная масса остается постоянной. Найдены зависимости изменения параметров, при которых структура ведет себя аналогично вибрационной черной дыре, а соответствующее уравнение имеет точное аналитическое решение.
Акустический журнал, 65, 6, с. 736-739 (2019) | Рубрика: 04.09
Поликарпова Н.В., Волошинов В.Б., Иванова П.А. «Отражение плоских акустических волн при наклонном падении на грань кристалла диоксида теллура» с. 740-750
Представлено описание феноменологии отражения объемных акустических волн в акустооптическом кристалле парателлурита в случае произвольного падения упругой волны на свободную границу раздела между кристаллом и вакуумом. Анализ проведен при произвольных углах падения акустических волн в плоскости XOY материала. Рассмотрены аномальные варианты отражения акустических волн, принципиально отличающиеся от известных, для которых исследовано преобразование энергии падающей упругой волны в энергию отраженных волн. При наклонном падении отмечены случаи строгого отражения волны навстречу падающей волне с эффективностью преобразования энергии, близкой к 100%.
Акустический журнал, 65, 6, с. 740-750 (2019) | Рубрики: 04.03 06.03
Коробов А.И., Кокшайский А.И., Ширгина Н.В., Одина Н.И., Агафонов А.А., Ржевский В.В. «Особенности упругих свойств ВТСП-керамики в области перехода в сверхпроводящую фазу» с. 751-757
Приведены результаты исследований упругих свойств высокотемпературной сверхпроводящей керамики YBa2Cu3O(7 –x) в окрестности фазового перехода в сверхпроводящее состояние при температуре 91.3 К, а также при комнатной температуре 293 К. В окрестности температуры фазового перехода шириной порядка 10 К впервые обнаружено локальное увеличение продольного нелинейного акустического параметра N, характеризующего ангармонизм межатомного взаимодействия в материале. Проведенные экспериментальные исследования линейных и нелинейных упругих свойств ВТСП-керамики YBa2Cu3O(7 –x) в области сверхпроводящего перехода показывают, что электронный фазовый переход оказывает существенное влияние на ее упругие свойства.
Акустический журнал, 65, 6, с. 751-757 (2019) | Рубрика: 06.09
Васильева О.А., Руденко О.В. «Релаксирующая среда с "линейно слабеющей памятью": эволюция интенсивных импульсов» с. 758-762
Изучена эволюция импульсных сигналов в квадратично нелинейной среде со специальным законом релаксации. Считается, что “память среды” ослабевает по линейному закону и обращается в ноль за конечное время. Вместо стандартных интегро-дифференциальных уравнений с экспоненциальными или дробно-степенными ядрами здесь использована модель среды с конечным “временем памяти”. Для этой модели анализ сложных интегро-дифференциальных уравнений сводится к решению дифференциально-разностного уравнения; при этом объем вычислений заметно сокращается. Описаны процессы, сопровождающие эволюцию импульсов – формирование ударных фронтов, нелинейное затухание, уширение сигналов во времени. Выяснено влияние времени релаксации на протекание указанных процессов
Акустический журнал, 65, 6, с. 758-762 (2019) | Рубрики: 05.10 06.06
Бурдуковская В.Г., Хилько А.И., Коваленко В.В., Хилько А.А. «Анализ влияния длинных поверхностных волн на формирование рассеянного ветровым волнением акустического поля в океанических волноводах» с. 763-773
Рассмотрена структура помех при подводном импульсном зондировании океана, связанных с дифракцией акустического поля на ветровом волнении. При расчете матрицы рассеяния волноводных мод на взволнованной поверхности в океанических волноводах использовалась двухмасштабная модель поверхностного волнения, в которой рассеяние акустического поля осуществляется резонансной гармоникой волнения, фазовая скорость которой модулируется более крупными волнами. Показано, что в случае, когда ветровое волнение неразвито, т.е. спектр волнения неизотропен и описывается моделью JONSWAP, частотный отклик согласованного фильтра при наблюдении поверхностной реверберации становится несимметричным по оси частот и зависит от направления ветра.
Акустический журнал, 65, 6, с. 763-773 (2019) | Рубрика: 07.09
Луньков А.А. «Донная реверберация в присутствии интенсивных внутренних волн» с. 774-783
Рассмотрена задача моделирования широкополосного когерентного поля низкочастотной донной реверберации в условиях гидродинамической изменчивости, связанной с движением интенсивных солитоноподобных внутренних волн (солитонов внутренних волн). Получены выражения для расчета сигналов обратного рассеяния в рамках метода модовых параболических уравнений, а также приближения взаимодействующих мод. Предполагалось, что реверберационный сигнал принимается с направления вдоль или поперек фронта внутренних волн. В случае межмодового взаимодействия показано, что наличие цуга солитонов внутренних волн может приводить к увеличению интенсивности донной реверберации, приходящей от области дна, находящейся за фронтом этой неоднородности, если источник звука расположен в центре волновода. Сопоставление интерференционных картин донной реверберации в широкой полосе частот в присутствии и в отсутствие солитонов позволяет регистрировать это возмущение с большей точностью и при любых глубинах источника звука. При выделении реверберационного сигнала в условиях горизонтальной рефракции упорядоченная интерференционная структура не наблюдается.
Акустический журнал, 65, 6, с. 774-783 (2019) | Рубрика: 07.03
Машошин А.И. «Алгоритм определения координат подводного акустического источника с использованием корреляционной функции его сигнала» с. 784-792
Разработан алгоритм определения координат (дистанции и глубины) источника широкополосного сигнала, использующий в качестве входных данных параметры максимумов в корреляционной функции сигнала на выходе приемной гидроакустической антенны и учитывающий ряд негативных факторов, влияющих на точность алгоритма при работе в реальных условиях. Путем имитационного моделирования показаны условия применимости алгоритма и получены зависимости точности оценки координат источника сигнала от количества обнаруженных максимумов в корреляционной функции, от отношения сигнал/помеха на выходе приемной антенны и от точности измерения вертикального распределения скорости звука в районе наблюдения.
Акустический журнал, 65, 6, с. 784-792 (2019) | Рубрики: 07.04 12.04
Моргунов Ю.Н., Голов А.А., Каменев С.И., Матвиенко Ю.В. «Средства и методы гидролого-акустического обеспечения высокоточного позиционирования подводных объектов на больших дальностях» с. 793-798
Обсуждаются возможности и пути применения методов и средств общей и спутниковой океанологии для обеспечения высоких точностей акустического позиционирования автономных подводных аппаратов (АПА) на расстояниях в сотни километров от постов управления. Приводятся результаты анализа многолетних исследований авторов в области акустической дальнометрии, которые выявили специфические особенности распространения низкочастотных импульсных сигналов в различных гидролого-акустических условиях формирования подводных звуковых каналов различного происхождения. Особое внимание уделено исследованию возможности и эффективности применения баз данных многолетних океанологических наблюдений для формирования пространственно-временных характеристик подводных звуковых каналов в районах дальнего навигационного обеспечения миссий АПА. Отдельно рассмотрены возможности применения спутниковых наблюдений поверхностной температуры моря для обеспечения расчетного блока координат АПА данными об интегральной (эффективной) скорости звука в приповерхностном звуковом канале, который формируется в зимний сезон. Результаты экспериментальной апробации методик применения океанологических технических средств в Японском море показали, что их применение позволяет повысить точность и надежность навигационного обеспечения АПА на удалениях в сотни километров от береговых постов управления. Для летне-осенних и зимних гидрологических условий показана возможность определять собственные координаты АПА с ошибками, не превышающими сотые процента на расстояниях в сотни километров.
Акустический журнал, 65, 6, с. 793-798 (2019) | Рубрика: 07.17
Петров П.С., Сергеев С.А., Толченников А.А. «Об использовании асимптотических формул на основе модифицированного канонического оператора Маслова при моделировании распространения импульсных акустических сигналов в трехмерных волноводах мелкого моря» с. 799-807
Описывается методика моделирования распространения импульсных акустических сигналов в волноводе мелкого моря с трехмерными неоднородностями рельефа дна. Описываемая методика основана на лучевой теории распространения звука и методе модифицированного канонического оператора Маслова. Представление акустического поля в терминах канонического оператора дает ряд важных преимуществ при выполнении практических расчетов. В частности, оказывается возможным вычислить временной ряд импульсного сигнала в точке приема, расположенной на каустике семейства лучей. Кроме того, значительная часть вычислений в рамках предлагаемой методики может быть выполнена аналитически, что существенно повышает общую скорость расчетов. В качестве примера мы рассматриваем распространение звука в клиновидном волноводе, который является простейшей моделью прибрежного участка акватории на шельфе. Обсуждается геометрия лучей в таком волноводе как в случае постоянной скорости звука, так и при наличии термоклина в водном слое. Для обоих случаев рассчитываются также временные ряды импульсного акустического сигнала от точечного источника для трассы, ориентированной вдоль изобаты (параллельно ребру клина).
Акустический журнал, 65, 6, с. 799-807 (2019) | Рубрики: 07.02 12.02
Салин Б.М., Салин М.Б. «Расчет характеристик инфразвука, основанный на измерении текущих значений двумерного поля ветрового волнения» с. 808-815
Приведена схема расчета текущих значений звукового давления, возбуждаемого ветровым волнением в диапазоне инфразвуковых частот (0.1–5 Гц). Расчет основан на измерении временной зависимости (изменчивости) двумерного профиля взволнованной поверхности на площади XY c характерными размерами, превышающими несколько длин поверхностных волн. В работе приводится схема обработки массива данных направленная на измерение уровня стоячих волн ветрового волнения и далее на вычислениe непосредственно временной зависимости и спектра акустического шума, создаваемого волнением. В работе для конкретной акватории, на которой производилось измерение характеристик волнения приводятся результаты расчета усредненного спектра инфразвуковых шумов и пространственно-временного спектра волнения.
Акустический журнал, 65, 6, с. 808-815 (2019) | Рубрика: 07.15
Косяков С.И., Куличков С.Н., Чхетиани О.Г., Цыбульская Н.Д. «К вопросу об эффекте слабого затухания акустических волн от высотных взрывов» с. 816-827
Дан анализ труднообъяснимых экспериментальных данных по акустическим сигналам, зарегистрированным от взрывов и инжекций вещества на высотах 120–150 км. Отмечается, что значительная часть акустической энергии высотных взрывов доходит до земной поверхности, не испытывая заметного поглощения. На основе анализа нелокальной трехпотоковой газодинамической модели трансформации сильной взрывной волны в воздухе в непрерывное возмущение выдвигается гипотеза о последовательном распаде волны от высотного взрыва в волновые пакеты (цуги волн). Перенос значительной доли энергии взрыва такими волновыми пакетами должен осуществляться в процессе их движения сверху вниз по атмосфере, которая должна быть практически “прозрачной” для таких акустических возмущений.
Акустический журнал, 65, 6, с. 816-827 (2019) | Рубрика: 08.10
Малышкин Г.С. «Экспериментальная проверка эффективности быстрых проекционных адаптивных алгоритмов» с. 828-846
Приведены основные соотношения по коррекции выборочных оценок корреляционных матриц адаптивных алгоритмов для обнаружения наиболее слабых сигналов в сложных помеховых ситуациях. Проведена обработка предлагаемыми алгоритмами натурных данных, полученных от многоэлементной плоской антенны, установленной в морской зоне на глубине 200 м в условиях прибрежного берегового клина. Описана методика обработки натурных данных, приведены результаты построения пеленгационных рельефов при наличии в зоне обзора более 25 источников, обусловленных судоходством. Показано, что применение адаптивных алгоритмов, целенаправленно ориентированных на обнаружение наиболее слабых сигналов, позволяет получить лучшие результаты по сравнению с результатами, полученными классическими адаптивными и неадаптивными алгоритмами.
Акустический журнал, 65, 6, с. 828-846 (2019) | Рубрики: 07.02 12.01
Андреев В.Г., Грамович В.В., Выборов О.Н., Мартынюк Т.В., Родненков О.В., Руденко О.В. «Колебания полулунного клапана, моделируемого упругой натянутой мембраной в жидкости» с. 847-852
Предложена модифицированная модель работы полулунного клапана, позволяющая оценить спектр акустических колебаний, возникающих при его схлопывании. Проведен анализ процесса закрытия створок легочного клапана под действием перепада давления крови в легочной артерии и правом желудочке. Учтено наполнение кровью полулунных створок клапана, приводящее к росту времени его закрытия. Это время растет пропорционально корню квадратному из увеличения массы. Во второй части статьи рассмотрены упругие колебания уже закрывшегося клапана. В колебания вовлекаются как створки, так и стенки легочной артерии, и окружающая жидкость. Простейшей моделью этой сложной колебательной системы может служить упругая натянутая мембрана, погруженная в жидкость и возбуждаемая импульсным силовым воздействием со стороны смыкающихся створок клапана. Показано, что прослушиваемый при аускультации звук второго тона представляет собой цуг затухающих колебаний, конечная длительность которого обусловлена гидравлическим сопротивлением колеблющихся створок. Как процесс захлопывания створок, так и возбуждаемые колебания являются нелинейными и многомодовыми. Спектр и длительность колебаний зависят от их амплитуды и натяжения створок. Средняя частота колебаний со временем уменьшается. Эти результаты могут быть полезны как для понимания физических особенностей процесса, так и для разработки новых методов диагностики. В частности, повышенное давление в легочной артерии может быть диагностировано по увеличению частоты и времени затухания колебаний в легочной компоненте звука второго тона.
Акустический журнал, 65, 6, с. 847-852 (2019) | Рубрики: 04.15 13.03
Рябов В.А. «Некоторые аспекты отражения ЧМ-сигналов (свистов) дельфинов в экспериментальном бассейне» с. 853-860
Впервые для зубатых китов записаны отражения ЧМ-сигналов (свистов) двух черноморских дельфинов афалин (Tursiops truncatus) от границ бассейна с размерами во много раз меньше протяженности сигналов в пространстве. Показано, что дельфины продуцируют “свисты” с уровнями звукового давления (около 2 Па), лишь незначительно (на 3–8 дБ) превышающими амплитуды акустических шумов бассейна. Установлено, что при распространении ЧМ-сигналы многократно отражаются от границ бассейна, форма излученного сигнала искажается в результате интерференции с сигналами, отраженными от границ бассейна и акустическими шумами. В отличие от временной области, спектр ЧМ-сигнала более устойчив к влиянию интерференции и поэтому отношение сигнал/шум спектральных плотностей мощности (СПМ) этих же сигналов и их отражений достигает 30–40 дБ. Полученные результаты указывают на преимущества анализа ЧМ-сигналов и их эха в спектральной области.
Акустический журнал, 65, 6, с. 853-860 (2019) | Рубрика: 13.07
Есипов И.Б. «Семинар “Актуальные проблемы акустики – успехи акустики 2019” Научного совета РАН по акустике» с. 861-862
Акустический журнал, 65, 6, с. 861-862 (2019) | Рубрика: 01
«Лев Аронович Островский (к 85-летию)» с. 863-864
11 декабря 2019 г. исполняется 85 лет выдающемуся ученому, доктору физ.-мат. наук, профессору Льву Ароновичу Островскому, крупнейшему специалисту в области радиофизики и акустики. Результаты Л.А. Островского отражены в 300 статьях, учебных пособиях и монографиях. Л.А. Островский многие годы преподавал в Нижегородском государственном университете. Среди его учеников более 20 докторов и кандидатов наук, которые работают в России, США, Австралии, Англии и Израиле.
Акустический журнал, 65, 6, с. 863-864 (2019) | Рубрика: 03
Jin Sheng, Zhang He, Ma Ren-Hao, Xu Xiao-Dong, Cheng Li-Ping, Zhang Shu-Yi «Fluid Mixing Enhanced by Surface Acoustic Waves in a Micro-Cavity» pp. 647-651
One big challenge in micro-fluidic systems is that the mixing efficiency by molecular free diffusion is too low, especially when the viscosity of the fluids is high. In this paper, we designed two types of inter-digital transducers that can generate surface acoustic waves (SAWs), and then performed a series of experiments, where streamings driven by SAWs accelerate the mixing of different fluids. It is found that when the driving voltage exceeds a threshold, an Eckart streaming is excited, and the Eckart streaming can effectively enhance the mixing efficiency of different fluids by almost one order of magnitude. The mixing efficiency increases with the driving voltage. The results also demonstrate that the mixing efficiency is high even in the high-viscosity fluids where the free diffusion is extremely slow. https://link.springer.com/article/10.1134/S1063771019060046
Acoustical Physics, 65, 6, pp. 647-651 (2019) | Рубрики: 05.09 06.12 06.13 14.06
Xiao Q., Dai M., Chen J., Fan Y.P., Cai P., Ji X.J. «Surface Acoustic Wave Characteristics with a Layered Structure of IDT/Θ° YX-LiTaO3/SiO2/AlN/Diamond» pp. 652-657
A new layered surface acoustic wave (SAW) structure was proposed by Murata Co., Ltd recently. It was reported that such structure could achieve an incredible high performance including a higher quality factor Q and electromechanical coupling coefficient K2. For deeply understanding propagating characteristics and optimizing the performance of the SAWs in such structure, a layered structure of IDT/Θ° YX-LiTaO3/SiO2/AlN/Diamond with different structural parameters were theoretically investigated by FEM method. The calculated admittance shows that four eigenmodes simultaneously exist in such layered structure including the main mode SH SAW. And compared with the Traditional SAW structure, the main mode could achieve a higher value of K2 with sacrificing its velocity a little. Different metal layers (Au, Al, and Cu) were examined as the electrode material. With Au employed, the K2 of the main mode is a little larger resulting from better suppression of the spurious modes. The optimum thickness of electrode and piezoelectric layer are 0.2 and 0.02λ, respectively. In this case, the K2 for the SH SAW achieves its maximum value of 12.20% with a large phase velocity of 3608 m/s. Furthermore, the pure SH SAW can be obtained with the Y-cut Euler angle Θ from 0 to 60°, where its K2 has a wide range of 8.70 to 13.69%. Consequently, the work provides a theoretical guide for designing SAW devices of different bandwidth and operation frequency with such structure. https://link.springer.com/article/10.1134/S1063771019060150
Acoustical Physics, 65, 6, pp. 652-657 (2019) | Рубрики: 06.13 06.14
Makov Yu.N. «Localized Wave Structures Determined by Exact Solutions of the Khokhlov–Zabolotskaya Equation» pp. 670-676
A brief description of physically meaningful exact solutions of nonlinear partial differential equations that describe concrete physical objects, processes, etc., is presented. New exact solutions of the Khokhlov–Zabolotskaya equation that have a physical meaning (including a variant of the stationary equation with respect to the direction of propagation of a wave structure) are presented that correspond to the description of localized wave structures either only with spatial localization (beams in the self-trapped propagation mode), or with spatiotemporal localization (pulse-type structures, which are sometimes referred to as wave (acoustic) bullets). The solutions and the localized structures that are described by them are not obvious for nonlinear acoustics or predictable from “physical considerations” (as, for example, for the self-trapped propagation of beams in nonlinear optics), since there are no explicit conditions for the balance of the “necessary” effects in the dispersion-free state. https://link.springer.com/article/10.1134/S1063771019660023
Acoustical Physics, 65, 6, pp. 670-676 (2019) | Рубрика: 05.02
Rudenko O.V. «Oscillation and Wave Excitation in Quadratically Nonlinear Systems with Selective Second Harmonic Suppression» pp. 677-683
Oscillation and wave excitation processes are investigated in systems with quadratic nonlinearity in the presence of selective absorption at second harmonic frequency. Specific examples are considered: wave excitation by sources moving with velocity close to that of natural disturbances in the medium, wave excitation in a plane layer (one-dimensional resonator) by oscillation of one of the walls, and forced oscillations of two coupled oscillators. It is shown that, as the second harmonic absorption factor increases, the fundamental oscillation amplitude grows. Similar relation holds for nondispersive nonlinear waves characterized by shock wave formation and energy “spread” to higher harmonics. Second harmonic suppression “blocks” the cascade process of energy transfer toward upper part of the spectrum and “turns off” nonlinear absorption. Some of the systems under consideration had been implemented and experimentally investigated. Selectively absorbing media designed for high-frequency waves can be considered as metamaterials and synthesized on the basis of corresponding technologies. https://link.springer.com/article/10.1134/S1063771019660035
Acoustical Physics, 65, 6, pp. 677-683 (2019) | Рубрики: 05.02 05.14
Kravchun P.N. «Acoustic Features of Organ Concert Halls: Trends and Problems» pp. 742-748
The main acoustic requirements in organ concert halls, their evolution in recent decades, and the problems arising in the creation and rebuilding of these halls are considered. The problems associated with the specific features of organs in the acoustic design of halls are briefly discussed. https://link.springer.com/article/10.1134/S1063771019660011
Acoustical Physics, 65, 6, pp. 742-748 (2019) | Рубрики: 11.01 11.08
Shamaev V.G., Gorshkov A.B. «Acoustics Open Information System» pp. 778-786
The problems associated with the absence in the Russian Federation of a single center for the collection and provision of information on Russian-language scientific publications are discussed. A technological scheme is proposed that is useful in creating such a center. The cluster of this center is described via example of acoustic topics, already implemented at the Department of Acoustics, Faculty of Physics, Moscow State University. The corresponding Acoustics portal (http://akdata.ru) is publicly available on the Internet. Entrance points of the portal are the following: the full-text archive of the Acoustics Journal, “Signal Information” on acoustics, and “Information Retrieval System ‘Acoustics’. Russian-language sources”. Work with the system is described. Scientometric data from analyzing the information content of the system are presented for journals, headings, and authors. Bradford’s Law of Scattering of scientific publications is verified using acoustics topics. A list of authors demonstrating publication activity in the field of acoustics is given. https://link.springer.com/article/10.1134/S1063771019660047
Acoustical Physics, 65, 6, pp. 778-786 (2019) | Рубрики: 02 15.03 15.05
Shamaev V.G., Gorshkov A.B. «Full-Text Archive of Acoustics Journal on the Internet (http://www.akzh.ru). First Five Years’ Experience» pp. 787-795
The project of converting the Acoustics Journal archive into electronic form was launched in January 2012. The Internet archive was posted in June. The process of preparing the archive and the timeliness of the project are described. Statistical information at the beginning of 2017 is provided: the number of visits to the site by country and administrative district of the Russian Federation, the number of articles in the journal, the number of authors and their publication activity, and a list of authors of the journal with a citation index of more than 1000. Attention is drawn to the high quality of sites of several leading journals (Uspekhi Fizicheskikh Nauk, journals of the Ioffe Institute of the RAS, and journals of the Siberian Branch of the RAS). The electronic form of scientific information and its availability allows, not only storing and disseminating of information, but also increasing the efficiency of its use. https://link.springer.com/article/10.1134/S1063771019660059
Acoustical Physics, 65, 6, pp. 787-795 (2019) | Рубрики: 02 15.03 15.05