Могилевич Л.И., Блинков Ю.А., Иванов С.В. «Волны деформации в нелинейных соосных оболочках, заполненных вязкой несжимаемой жидкостью» с. 467-474

Исследованы продольные волны деформации в физически нелинейных соосных цилиндрических упругих оболочках, содержащих вязкую несжимаемую жидкость как между ними, так и внутри. Учтено влияние инерции движения жидкости на амплитуду и скорость волны. При отсутствии влияния жидкости во внутренней оболочке скорость и амплитуда волн в оболочках не меняется. Движение профиля волны в сопровождающей системе координат происходит в отрицательном направлении. Это означает, что скорость движения дозвуковая. Учет влияния инерции движения жидкости во внутренней оболочке приводит к уменьшению скорости волны деформации, при этом вязкостное напряжение жидкости на оболочку приводит к падению амплитуд волн. Ключевые слова: нелинейные волны, упругие цилиндрические оболочки, вязкая несжимаемая жидкость, разностная схема Кранка–Николсона. DOI: 10.31857/S0320791921050051

Казаков Л.И. «Резонансный звукопоглотитель воздушного шума» с. 475-481

Рассмотрен звукопоглотитель, состоящий из набора параллельно работающих резонаторов Гельмгольца, представленный в разных вариантах исполнения. Даны теория и методика расчета широкополосного звукопоглощающего покрытия для звуконепроницаемой стенки, применимые и к другим родственным конструкциям. Приведен пример расчета акустических характеристик покрытия. Ключевые слова: резонаторы Гельмгольца, акустическая проводимость, физическая осуществимость, компенсирующие резонаторы, поглощение звука. DOI: 10.31857/S0320791921040043

Подымова Н.Б., Карабутов А.А. «Преобразование термооптически возбуждаемых широкополосных импульсов продольных акустических волн в импульсы сдвиговых волн в изотропной твердотельной пластине в жидкости» с. 482-492

Теоретически проанализированы временные профили широкополосных импульсов сдвиговых акустических волн, получаемых в результате преобразования термооптически возбуждаемых импульсов продольных волн при падении под различными углами на плоскопараллельную изотропную твердотельную пластину, помещенную в иммерсионную жидкость. Показано, что при определенном угле падения временная форма импульса сдвиговых волн в пластине повторяет форму падающего импульса продольных волн. Для сравнения теоретических и экспериментальных результатов исследовалось преобразование термооптически возбуждаемых импульсов продольных волн в импульсы сдвиговых волн и обратно в алюминиевой и кварцевой плоскопараллельных пластинах, помещенных в дистиллированную воду. Экспериментальные временные профили ультразвуковых импульсов совпадают с теоретически рассчитанными профилями за исключением увеличенной длительности экспериментальных импульсов. На основе такой схемы двойного преобразования предложена и экспериментально реализована методика широкополосной акустической спектроскопии продольных и сдвиговых волн с термооптическим источником ультразвука в спектральном диапазоне 1–40 МГц. Ключевые слова: сдвиговые акустические волны, лазерное возбуждение ультразвука, широкополосная акустическая спектроскопия, коэффициенты затухания ультразвуковых волн. DOI: 10.31857/S0320791921040110

Аксенов С.П., Кузнецов Г.Н. «Амплитудная и фазовая структура низкочастотного гидроакустического поля в глубоком океане» с. 493-504

Исследуется распределение в глубоком море звукового давления и градиентов фазы вдоль трасс распространения сигналов в ближней и дальней зонах акустической освещенности, а также в зоне тени. Показано, что характеристики поля, сформированные вытекающими, захваченными и водными модами, существенно различаются. Установлено, что в зонах интерференционных максимумов градиенты фазы гладкие и, по аналогии с мелким морем, могут быть описаны с использованием эффективных фазовой и групповой скоростей. Показано, что характеристики эффективных фазовой и групповой скоростей для вытекающих и захваченных мод при вариации расстояния, глубин приема и излучения, а также частоты звукового давления являются устойчивыми и определяются едиными инвариантными зависимостями от расстояния. Предложены аналитические соотношения для описания этих зависимостей. Установлено, что величины эффективных фазовой и групповой скоростей в зонах с доминирующими водными модами практически равны средней величине скорости звука в воде. Даны рекомендации по применению зависимостей эффективных фазовой и групповой скоростей при пеленговании шумовых источников. Ключевые слова: глубокий океан, вытекающие, захваченные и водные моды, законы спадания, градиенты фазы, инвариантные значения эффективной фазовой и групповой скорости, несмещенные оценки пеленга. DOI: 10.31857/S0320791921040018

Петухов Ю.В., Бородина Е.Л. «Влияние неровностей дна на распространение каустических пучков в океанических волноводах» с. 505-513

С использованием геометроакустического приближения и параболического уравнения исследованы закономерности пространственного распределения интенсивности акустического поля, формируемого при взаимодействии каустического пучка с неровностями дна в относительно мелководном океаническом волноводе с открытым ко дну подводным звуковым каналом. Показано, что при выполнении определенных условий в океаническом волноводе формируется многопучковая структура пространственного распределения интенсивности акустического поля. Ключевые слова: океанические волноводы, подводные звуковые каналы, тональное излучение, вертикальные антенны, каустические пучки, неровности дна. DOI: 10.31857/S0320791921050063

Раевский М.А., Бурдуковская В.Г. «Многократное рассеяние океанического шума на ветровом волнении в мелком море» с. 514-520

Проведено теоретическое исследование динамических шумов океана в условиях многократного рассеяния акустического поля на анизотропном ветровом волнении. Обсуждается влияние эффектов рассеяния на угловой и модовый спектры шумового поля. Приведены результаты численного моделирования статистических характеристик шума для гидрологических условий Баренцева моря в зимний период. Ключевые слова: шум, океанический волновод, ветровое волнение, многократное рассеяние, статистические характеристики. DOI: 10.31857/S0320791921050075

Сорокин М.А., Петров П.С., Каплуненко Д.Д., Голов А.А., Моргунов Ю.Н. «Прогноз эффективной скорости распространения акустических сигналов на основе модели циркуляции океана» с. 521-532

Обсуждается возможность использования данных моделирования циркуляции океана для оперативного прогноза эффективных скоростей распространения импульсных акустических сигналов на шельфе и в глубоком океане. Определение и прогнозирование этих скоростей является критически важным для надежной работы систем акустической навигации и дальнометрии, однако протяженность трасс и требования к оперативности прогноза практически исключают использование в этих целях прямых измерений. На примере анализа экспериментальных данных, полученных на акустической трассе протяженностью около 200 км, показано, что гидрологический разрез, построенный вдоль этой трассы с использованием данных модели циркуляции океана NEMO, позволяет с достаточно высокой точностью рассчитать эффективные скорости распространения импульсных акустических сигналов от источника на шельфе в глубоководную часть Японского моря. Используемая нами методика расчета эффективных скоростей основана на адиабатической модовой теории распространения звука на шельфе, а также на том факте, что в глубоководной части трассы групповые скорости мод малых номеров лишь незначительно отличаются друг от друга. Ключевые слова: шельф–глубокий океан, импульсный сигнал, времена прихода, групповые скорости, акустическая дальнометрия. DOI: 10.31857/S0320791921050087

Тыщенко А.Г., Заикин О.С., Сорокин М.А., Петров П.С. «Комплекс программ для расчета акустических полей в мелком море на основе метода широкоугольных модовых параболических уравнений» с. 533-541

Представлено описание комплекса прикладных программ для расчета звуковых полей в трехмерных волноводах мелкого моря общего вида. Данный комплекс программ представляет собой реализацию алгоритма численного решения широкоугольных модовых параболических уравнений на языке С++. При выполнении расчетов пользователь может задавать поле скорости звука, рельеф дна и структуру его слоев, используя конфигурационные файлы. Результатом работы программного комплекса являются один или несколько горизонтальных разрезов поля акустического давления на заданных горизонтах. Одним из основных достоинств реализованной методики расчета трехмерных звуковых полей является ее высокая вычислительная эффективность. Разработанный программный комплекс размещен в свободном доступе в сети Интернет и может представлять интерес для широкого круга специалистов по акустике океана, занимающихся моделированием распространения звука при решении различных прикладных задач. Ключевые слова: модовые параболические уравнения, акустика мелкого моря, широкоугольные параболические уравнения, граничные условия прозрачности, программный комплекс. DOI: 10.31857/S0320791921050117

Лебедев А.В. «Направленность излучения низкочастотного атмосферного звука, возбуждаемого источниками в воде» с. 542-550

Рассмотрен вопрос о направленности излучения атмосферного инфразвука, возбуждаемого монопольным и дипольным источниками, помещенными в водную среду. Показано, что существуют два типа эквивалентных вторичных источников, которые размещены на границе раздела сред. Один из источников является локальным, и его характеристики полностью определяются ближним полем первичного источника. Второй источник является распределенным и связан с наличием вертикальных возмущений поверхности, которые распространяются со скоростью звука в воде вдоль границы раздела сред. Из-за сильного ослабления амплитуды по мере увеличения расстояния от первичного источника такой вторичный источник имеет широкую диаграмму направленности. Представленные в статье качественные рассуждения и результаты численного моделирования позволяют определить диаграмму направленности низкочастотного звукового излучения в воздухе в зависимости от типа и глубины погружения первичного источника, что может быть использовано для дистанционного исследования свойств атмосферы вблизи морской поверхности и свойств самой поверхности. DOI: 10.31857/S0320791921050038

Давыдов В.С., Стеблянко Д.В. «Идентификация возникновения зарождающихся дефектов в узлах новых корабельных механизмов в процессе адаптивного вибродиагностирования на основе многомерных признаков» с. 551-560

Разработан метод идентификации возникновения зарождающихся дефектов в узлах новых корабельных механизмов, ранее не прошедших вибродиагностическое тестирование, при отсутствии статистических данных об изменении виброакустических параметров и признаков диагностирования под воздействием характерных неисправностей. Реализован метод идентификации неисправных узлов, в которых возникли зарождающиеся дефекты под воздействием неизвестных неисправностей. Разработан алгоритм построения границ эталонных областей путем интегрирования условных многомерных плотностей вероятностей признаковых пространств, характеризующих распределение зарождающихся дефектов для исправного состояния механизма. Предложено правило идентификации возникновения зарождающихся дефектов в отдельных узлах механизма в случае выхода многомерных признаков за границы эталонных областей. Предложено правило идентификации возникновения зарождающихся дефектов в узлах механизмов, построенное на основе непараметрического критерия согласия для оценки совпадения условных функций распределения многомерных признаков, характеризующих эти дефекты. Экспериментальная проверка разработанного метода выполнена при проведении натурных виброакустических испытаний корабельных механизмов. Ключевые слова: вибродиагностика, виброакустический сигнал, зарождающиеся дефекты, многомерные признаковые пространства, спектральная плотность мощности, состояние механизмов/ DOI: 10.31857/S0320791921050014

Титов С.А., Бурлаков А.Б., Богаченков А.Н. «Сонография сердца вьюна Misgurnus fissilis на предличиночной стадии развития» с. 571-580

Представлен метод ультразвукового исследования in vivo сердца низших позвоночных на ранних стадиях их развития. Для достижения достаточного пространственного разрешения в методе используется акустический микроскоп с механическим сканированием фокусирующего ультразвукового преобразователя, принятый сигнал которого регистрируется в зависимости от пространственных координат и времени. С помощью импульсного акустического микроскопа проведено исследование сердца вьюна Misgurnus fissilis на предличиночной стадии развития. Центральная частота и длительность огибающей регистрируемых отраженных импульсов составляли 70 МГц и 30 нс, соответственно. С помощью обработки записанного пространственно-временного сигнала визуализировано движение тканей желудочка, предсердия и клапанов в вентрикулярной области сердца, определен период сердечных биений и выделены фазы сердечного ритма. Показано, что характерные размеры желудочка и предсердия составляют 150–300 мкм. Произведено выделение откликов движущихся элементов крови и измерение скорости их движения в различных областях сердца в зависимости от времени. Найдено, что скорость кровотока достигает максимального значения 2.5 мм/с в период диастолы в вентрикулярной области сердца. В других областях пиковые значения в периоды диастолы и систолы находятся в пределах 1.5–0.8 мм/с. В соответствии с принципом энергетической допплерографии было визуализировано изменение плотности движущихся элементов крови в зависимости от времени. Ключевые слова: сонография, сердце, акустический микроскоп, скорость кровотока, допплерография, вьюн, предличиночная стадия. DOI: 10.31857/S0320791921050105

Mebarki M., Laidoudi F., Boubenider F. «Numerical Study of S0 Lamb Mode Resonator based on c-BN/AlN for 5G Operating Acoustic Devices» pp. 457-464

The present work aims the numerical study of acoustic Lamb wave resonator LWR based on Aluminium Nitride (AlN) deposited on cubic Boron Nitride (c-BN). Finite element analysis is adopted to study the propagation of the fundamental symmetric Lamb mode S0 in AlN/BN. The propagation characteristics, such as phase velocity V_p, temperature coefficient of the frequency, reflectivity and electromechanical coupling factor K² are studied for different AlN and BN thicknesses. High velocity and K²>6% are shown. The data used for temperature coefficient of the frequency are extracted from Density Functional Theory calculations from which a positive temperature coefficient of the frequency is obtained. The electrical admittance and the propagation losses are numerically investigated where a large band and a quality factor Q as high as 14000 for S0 Lamb wave resonator with Copper Cu fingers are obtained. The obtained results show the novel properties of c-BN that contributes in enhancing the performances of Lamb wave resonators and the possibility to use c-BN as potential material in the development of large band and low loss S0 Lamb wave resonator operating in the 3.5 GHz band for 5G telecommunications.

Farcas C.A., Szopos E., Saracut I., Neag M., Topa M.D. «Experiments on Multiple-point Room Equalization Applied to Medium-sized Enclosed Spaces» pp. 537-552

Several solutions for multiple-point acoustic magnitude equalization of medium-sized enclosed spaces are analyzed comparatively. The main design steps are discussed: derivation of the room acoustic prototype, an average of the transfer functions obtained for individual listening points; synthesis of the equalizing filter; characterization of the resulting equalized acoustic chain. First, two approaches for designing the equalizer are presented: a classical synthesis method, which employs the Levinson–Durbin algorithm (LD), and a newer one, based on a genetic algorithm (GA) tailored for the synthesis of FIR filters. Frequency warping able to “stretch” the narrow low-frequency octaves is also considered. A novel experimental setup is proposed to ensure that the equalized acoustic chain’s characterization is performed at the same signal level as the un-equalized chain. A new Figure-of-Merit is introduced that allows for a simple yet intuitive comparison of various equalizing solutions considering both the frequency characteristic and the spatial spread between multiple audition points. Finally, experimental data are presented and analyzed: four equalization solutions (LD- or GA-based, with or without frequency warping) were derived for each of three medium-sized enclosed spaces, with audition areas between 36 and 105 m2, and reverberation times ranging from 0.7 to 3.8 s. https://doi.org/10.1134/S106377102105002X

Milekhina O.N., Nechaev D.I., Tomozova M.S., Supin A.Ya. «Resolution of Rippled Spectra at Various Center Frequencies and Bandwidths of Sound Stimuli» pp. 553-561

Sound stimuli with rippled spectra are usable for testing the frequency resolving power of hearing. Estimates of the resolution depend on the center frequency and bandwidth of the test stimulus. In the present study, ripple density resolution was measured at various center frequencies and various bandwidths in two experimental paradigms: with the use of rippled or flat reference signals. With rippled reference signals, there was no statistically significant resolution dependence on either the center frequency or bandwidth. In all cases, the resolution was near 10 ripples/oct. With flat (nonrippled) reference signals, the ripple density resolution depended on both the center frequency and bandwidth: the higher the center frequency and the wider the frequency band, the higher the resolution was. The difference between resolution estimates obtained with different reference signals may be explained by different contributions of the spectral and temporal mechanisms of frequency analysis. The spectral (excitation pattern) mechanism is effective for discriminating between a rippled test and a rippled reference signal. The temporal processing mechanism is effective for discriminating between a rippled test and a flat reference signal. https://doi.org/10.1134/S1063771021050092