Акустический журнал, 2004, 50, выпуск 4

   

Андронов И.В. «Волны, сосредоточенные у слабоконтрастных границ» c. 435-441

Исследуется возбуждение и распространение акустических волн вдоль криволинейных границ двух сред. Строятся формальные высокочастотные асимптотики, которые могут быть использованы для приближенных расчетов в случае сред с мало отличающимися скоростями. Проведено численное исследование дисперсионных уравнений и коэффициентов возбуждения волн на малоконтрастной границе сред.

Акустический журнал, 50, 4, c. 435-441 (2004) | Рубрика: 06.13

 

Анисимкин И.В. «Новый тип акустических мод колебаний тонких пьезоэлектрических пластин: квазипродольные нормальные волны» c. 442-447

На примере пластин кристаллического кварца ST-среза описывается особый тип акустических колебаний семейства нормальных мод, которые, распространяясь вдоль оси х со скоростью близкой или равной скорости продольной объемной волны в том же направлении, имеют продольную компоненту упругого смещения по всей толщине пластины как минимум на 2 порядка больше, чем две другие компоненты (сдвигово-горизонтальная и сдвигово-вертикальная). Область существования квазипродольной моды – набор ограниченных зон "разрешенных" толщин пластины H/λ (H – толщина, λ – длина волны), разделенных "запрещенными" зонами обычных мод Лэмба. Близость (совпадение) скорости квазипродольной моды в пластине и скорости продольной объемной волны в неограниченном кристалле – необходимое, но не достаточное условие существования мод такого типа в ST,х-кварце.

Акустический журнал, 50, 4, c. 442-447 (2004) | Рубрика: 06.03

 

Антонов С.Н., Герус А.В. «Шнуровидная коагуляция взвешенных в воде тяжелых частиц в ультразвуковом поле» c. 448-453

Обнаружено устойчивое образование длинных тонких шнуров из взвешенных в воде тяжелых частиц (более плотных, чем вода) в акустическом резонаторе. Шнуры состояли из регулярно отстоящих друг от друга тонких дисков, образованных слипшимися частицами. Частицы в каждом диске настолько плотно прилегали друг к другу, что практически составляли сплошную структуру. Диски располагались перпендикулярно оси шнура и отстояли друг от друга на расстояние 0.5 длины волны звука. Диаметр дисков был примерно равен длине половине длины волны. Длина шнуров составляла сотни длин волн звука. Эксперименты проводились с частицами разной природы и разных размеров. Было показано, что существование шнуров не нарушалось изменением в широких пределах частоты звука, его мощности, длины резонатора, размеров, конфигурации зеркала и его поворота. Установлено, что взвешенные в воде частицы не только визуализировали акустическое поле, но и активно влияли на его конфигурацию. Образование шнуров объясняется нетепловой самофокусировкой звука в резонаторе, которая происходит из-за уменьшения скорости звука в области максимальной концентрации частиц благодаря коагуляции в неоднородном звуковом поле.

Акустический журнал, 50, 4, c. 448-453 (2004) | Рубрика: 05.13

 

Глазанов В.Е., Михайлов А.В. «Излучение звука цилиндрическим преобразователем, заполненным упругой средой» c. 454-461

Предложен приближенный метод расчета акустического поля, создаваемого цилиндрическим преобразователем конечной высоты из пьезокерамики, заполненного упругой средой с произвольным коэффициентом Пуассона, с учетом излучения торцов его внутреннего объема. Учтены конструктивные особенности преобразователя (наличие герметизирующего компаунда и внутреннего экрана). Отмечено хорошее соответствие расчетных характеристик с результатами экспериментов, полученных для двух преобразователей (короткого – с отношением высоты к радиусу h/a ≈ 1 – и длинного – с h/a ≈ 3), внутренняя полость которых заполнена водой или жестким пенопластом.

Акустический журнал, 50, 4, c. 454-461 (2004) | Рубрика: 04.11

 

Зайцев Б.Д., Кузнецова И.Е., Бородина И.А. «Влияние граничных условий для электрического поля на характеристики поверхностных акустических волн, распространяющихся в ниобате калия» c. 462-468

Продолжено исследование влияния идеально проводящей плоскости, находящейся на некотором расстоянии от поверхности кристалла ниобата калия, на характеристики обобщенных поверхностных акустических волн Рэлея и Гуляева–Блюстейна. Проанализировано также влияние бесконечно тонкого проводящего слоя, нанесенного на поверхность пьезоэлектрика, на характеристики вышеуказанных волн. Обнаружено, что изменение проводимости такого слоя может приводить к совершенно иному результату по сравнению с приближением идеально проводящей плоскости, хотя конечные состояния рассматриваемых воздействий (электрически открытая и электрически закороченная поверхности) одинаковы. Приводится возможное физическое объяснение этого расхождения.

Акустический журнал, 50, 4, c. 462-468 (2004) | Рубрика: 06.13

 

Зверев В.А. «Фокусируемая антенна в сильно неоднородной среде» c. 469-475

Рассмотрена фокусировка поля акустической антенной в сильно неоднородной стационарной среде. Показана возможность определения координат ряда объектов путем активной локации. Предполагается, что объекты локации при их облучении волной с произвольным волновым фронтом рассеивают сферические волны и отстоят друг от друга по дистанции и/или по углу так, что легко разрешаются той же антенной в однородной среде. Процедура определения координат объектов локации предусматривает применение обращения волнового фронта для разделения сигналов от различных объектов. Определение координат производится методом оценки параметров для каждого объекта в отдельности. Показана высокая эффективность выделения аргумента комплексного сигнала для процедуры оценки параметров. Приведены результаты численного моделирования задачи и ее решения.

Акустический журнал, 50, 4, c. 469-475 (2004) | Рубрика: 12.07

 

Зозуля П.В., Зозуля О.М. «Измерение моментов спектра времен релаксации жидкостей методом импульсной акустической спектроскопии» c. 476-480

На основе теоретических результатов по описанию распространения коротких акустических импульсов в релаксационных средах определены временные характеристики сигнала, которые несут информацию о первых пяти моментах спектра времен релаксации (СВР). Измерение этих характеристик положено в основу предлагаемого варианта импульсной акустической спектроскопии релаксационных сред. Создана экспериментальная установка, в которой возбуждение коротких акустических импульсов осуществляется лазером на неодимовом стекле. Проведены тестовые измерения моментов СВР для уксусной кислоты – жидкости с одним временем релаксации.

Акустический журнал, 50, 4, c. 476-480 (2004) | Рубрика: 06.06

 

Ибрагимов Н.Х., Руденко О.В. «Принцип априорного использования симметрии в теории нелинейных волн» c. 481-495

Предлагается принцип априорного использования симметрий как новый подход к решению нелинейных задач, основанный на разумном усложнении математической модели. Такое усложнение часто приводит к возникновению дополнительной симметрии и, следовательно, открывает возможности для поиска новых аналитических решений. Кратко изложены основы методов группового анализа задач нелинейной акустики. Возможности подхода иллюстрированы точными решениями, имеющими самостоятельное значение для теории волн.

Акустический журнал, 50, 4, c. 481-495 (2004) | Рубрика: 05.02

 

Индейцев Д.А., Осипова Е.В. «Локализация нелинейных волн в упругих телах с включениями» c. 496-503

На примере задачи о движении полубесконечной струны, лежащей на упругом основании, предлагается метод описания процесса локализации волн вблизи включений в случае кубической нелинейности, который основан на использовании методов возмущений по амплитуде колебаний локализованной моды. Выявлена природа расходимостей и установлено, что вековые слагаемые могут быть двух типов: с той же фазой, что и у локализованной моды, и с противоположной. Доказано, что сочетание метода перенормировки и метода многих масштабов обеспечивает сходимость решений, которые ищутся в виде степенных рядов по амплитуде колебаний локализованной моды. Установлено, что процесс локализации определяется типом дискретного спектра, видом нелинейности и характером дисперсии. Нелинейность упругого основания вызывает два характерных явления. Во-первых, частота колебаний локализованной волны становится зависящей от амплитуды волны. Во-вторых, в системе могут возникнуть бегущие волны кратной частоты, которые отводят энергию от локализованной волны и приводят к ее затуханию. Характер затухания определяется тем, чему равна минимальная частота этих бегущих волн (так как она должна быть больше частоты отсечки). Зависимость времени жизни локализованной волны от массы динамического включения содержит ряд максимумов. В частности, первый максимум соответствует минимальной амплитуде бегущей волны с тройной частотой.

Акустический журнал, 50, 4, c. 496-503 (2004) | Рубрика: 05.10

 

Капустина О.А. «Ориентационные явления в нематических жидких кристаллах при периодической деформации сжатия» c. 504-511

Исследовано ориентационное поведение однородных планарных слоев нематических жидких кристаллов (НЖК) с открытыми и замкнутыми концами в поле деформаций сжатия, порождаемых акустическим воздействием. Установлены закономерности, определяющие связь оптического отклика НЖК (переменная составляющая оптического сигнала, его спектр) с акустическими параметрами (амплитуда колебаний, их частота, амплитуда звукового давления) и толщиной слоя. Рассмотрены факторы, ответственные за механизм и режимы акустооптического преобразования. Показано, что, варьируя толщину слоя, можно реализовать различные режимы преобразования сигналов. Обсуждается возможность построения новой модификации приемника звука на НЖК и особенности его конструирования. Отмечены ее преимущества по сравнению с уже известными приемниками звукового давления на НЖК: в частности, отсутствие ограничения на частоту принимаемого сигнала в области низких частот.

Акустический журнал, 50, 4, c. 504-511 (2004) | Рубрика: 06.02

 

Клещев А.А. «Физическая модель рассеяния звука косяком рыб, находящимся у границы раздела сред» c. 512-515

Изучается рассеяние звука достаточно разреженным косяком пузырных рыб в свободной среде, у границы раздела сред и в волноводе. Газовый пузырь рыб аппроксимируется вытянутым сфероидом с соотношением полуосей 1:10. Вычислены характеристики обратного отражения звука косяком при различных углах облучения, изменяющемся составе рыб в косяке и перемещении рыб с различными скоростями друг относительно друга.

Акустический журнал, 50, 4, c. 512-515 (2004) | Рубрика: 13.01

 

Клячкин В.И. «Статистический анализ векторно-фазовых характеристик акустических полей и алгоритмы их регистрации» c. 516-523

Исследованы статистические характеристики акустических полей, основанные на данных совместной регистрации давления и вектора колебательной скорости. Установлены условия формирования векторно-фазовых характеристик акустического поля в связи с дисперсионными свойствами среды. Приведены взаимно корреляционные функции для компонент векторного поля. С помощью функциональных методов найдены выражения для характеристических функционалов векторно-фазовых соотношений в акустических полях и, в частности, для потока акустической энергии. Исследованы алгоритмы пространственно-временной обработки вектора потока энергии и оптимального алгоритма регистрации векторно-фазового поля гауссова типа. Найдено отношение сигнал/шум как показатель качества алгоритмов векторного приема и установлена его связь с аналогичным параметром при регистрации только скалярного поля давления. Установлена связь показателей относительной эффективности векторных алгоритмов с дисперсионными характеристиками среды (алгоритм потока) и размерностью входного вектора наблюдений (оптимальный алгоритм).

Акустический журнал, 50, 4, c. 516-523 (2004) | Рубрика: 14.02

 

Назаров В.Е., Радостин А.В. «Экспериментальное исследование эффектов амплитудно-зависимого внутреннего трения в резонаторе из песчаника» c. 524-532

Приведены результаты экспериментальных исследований эффектов амплитудно-зависимого внутреннего трения (нелинейных потерь, сдвига резонансной частоты и затухания звука на звуке) в стержневом акустическом резонаторе из крупнозернистого песчаника. Измерения проводились на первых пяти продольных модах резонатора. Аналитическое описание наблюдаемых проводится в рамках феноменологических уравнений состояния, содержащих гистерезисную и диссипативную нелинейности. Из сравнения экспериментальных и аналитических зависимостей нелинейных эффектов определены значения параметров гистерезисной и диссипативной нелинейностей песчаника.

Акустический журнал, 50, 4, c. 524-532 (2004) | Рубрика: 09.01

 

Ау У.У.Л. «Эхолокационные сигналы, издаваемые дикими дельфинами» c. 533-542

Большая часть данных об эхолокации дельфинов получена на основе изучения дельфинов, живущих в неволе, при выполнении ими различных заданий по эхолокации. Проведенные недавно измерения эхолокационных сигналов в дикой природе расширили наши представления о характеристиках этих сигналов в естественных условиях. Регистрация неискаженных эхолокационных сигналов свободно плавающих дельфинов в полевых условиях может быть непростой задачей. Для регистрации эхолокационных сигналов четырех видов дельфинов в природных условиях использовалась симметричная звездообразная антенна из четырех гидрофонов. С помощью этой антенны регистрировались эхолокационные сигналы следующих видов дельфинов: белоносых дельфинов в Исландии, атлантических пятнистых дельфинов на Багамских островах, касаток в Британской Колумбии и черных дельфинов в Новой Зеландии. Эхолокационные сигналы дельфинов различных видов имеют много общего. Спектры большинства сигналов были бимодальными, т.е. имели два пика – один на низких частотах, и другой приблизительно на октаву выше по частоте. Уровень сигнала гидролокационного источника изменялся как функция 20logR, что предполагает наличие нестационарного усиления в процессе гидролокации на стадии излучения, а не при приеме. В связи с результатами исследования возникает вопрос, могут ли сигналы, испускаемые дельфинами в неволе, формироваться в зависимости от получаемого ими задания, в отличие от тех, которые ими используются в более естественных условиях.

Акустический журнал, 50, 4, c. 533-542 (2004) | Рубрика: 13.07

 

Дубровский Н.А., Гладилин А.В., Мёль Б., Валберг М. «Моделирование источника зондирующих импульсов у дельфина: влияние критических параметров» c. 543-549

Представлены физическая (ФМ) и математическая (ММ) модели источника зондирующих импульсов дельфинов. ФМ состоит из баллона со сжатым газом, соединенным с резиновой трубкой, часть которой находится в воде. Упругое резиновое кольцо надето на подводную часть трубки. Это кольцо блокирует поток газа по трубке от баллона. Кольцо может совершать автоколебания, вызванные потоком газа. В простейшем случае периодические смещения поверхности кольца имеют треугольную форму. Поскольку градиент звукового давления пропорционален второй производной смещения, то на участках перегиба кривой, характеризующей зависимость смещений от времени, возникают короткие импульсы – щелчки. ММ описывает дипольные колебания сферы, “вмороженной” в кольцо, и позволяет получить форму волны и звуковое давление генерируемых щелчков. Критическими параметрами ММ являются радиус сферы, пиковое значение и длительность треугольного смещения кольца. ММ позволяет решать как прямую задачу (получение параметров акустических щелчков по известным параметрам источника), так и обратную (вычисление параметров модели по осциллограммам щелчков). Записи щелчков китообразных были использованы для получения, как параметров смещения, так и размеров вмороженной сферы или структуры, выполняющей такую же функцию. ММ предсказывает максимальный уровень источника щелчков до 235 дБ при радиусе вмороженной сферы 5 см и максимальном смещении 4 мм. Предсказанные уровни звукового давления щелчков оказываются близки уровню сигналов у китообразных.

Акустический журнал, 50, 4, c. 543-549 (2004) | Рубрика: 13.07

 

Иванов М.П. «Эхолокационные сигналы дельфина при обнаружении объектов в сложных акустических условиях» c. 550-561

Исследованы эхолокационные способности дельфина (Tursiops truncatus ponticus) в лабораторных условиях. Эксперимент проведен в открытом вольере при акустическом управлении поведением животного в задаче обнаружения подводных объектов в сложной акустической обстановке. В качестве тестируемых объектов использовались мишени с различной силой цели. Показано, что дельфин решает задачу обнаружения на расстоянии более 650 м. В процессе поиска дельфин использует два режима эхолокации: моноимпульсный и мультиимпульсный. Представлены временные характеристики эхолокационных импульсов, а также временные последовательности импульсов в зависимости от расстояния до объекта поиска.

Акустический журнал, 50, 4, c. 550-561 (2004) | Рубрика: 13.07

 

Ищенко С.М. «Слуховой анализ периодичности звука и его огибающей: математическая модель» c. 562-567

Представлена математическая модель слухового анализа периодичности звука и его огибающей в виде последовательности математических преобразований, описанных в соответствии со ступенями обработки сигнала. Предлагаемая модель учитывает следующие параметры и свойства слуховой системы: грубый спектральный анализ входного акустического сигнала с точностью до ширины критической полосы слуха; зависимость ширины критической полосы слуха от частоты; спектральный анализ входного сигнала выполняется набором из 3500 плотно расположенных по частоте фильтров; значение абсолютных слуховых порогов на данной частоте; временной анализ сигналов на выходе каждого фильтра и временной анализ профиля огибающей при помощи функции периодичности; импульсную активность нейронов слуховой системы; способность слуховой системы запоминать как спектрально-временной образ сигнала, так и отдельные его параметры; способность слуховой системы формировать ощущение громкости звука, запоминать и сравнивать значения громкостей звука в различные моменты времени, делать вывод о том, какая из них больше или меньше, или о равенстве их между собой с точностью до некоторого порога; зависимость ширины критической модуляционной полосы от частоты модуляции; зависимость порогов восприятия амплитудной модуляции от частоты модуляции; На примере обработки амплитудно-модулированных сигналов с различными отношениями частоты несущего колебания к частоте огибающей показано, что предлагаемая модель удовлетворительно объясняет их высоту и слуховую оценку периода огибающей.

Акустический журнал, 50, 4, c. 562-567 (2004) | Рубрики: 13.05 13.06

 

Сухорученко М.Н. «Слуховое обнаружение дельфином пары импульсов при действии импульсной помехи» c. 568-576

Поведенческим методом у дельфина афалины (Tursiops truncatus) измерялись пороги слышимости одиночной пары равновеликих импульсов-щелчков при действии импульсной помехи. Помеха представляла серии пар одинаковых импульсов с задержкой между импульсами в парах τn, и частотой повторения пар fn. Между сериями в паузе R>1/fn помеха отсутствовала, но на один из двух каналов в случайном порядке подавалась пара тестовых импульсов. Серии имели длительность T, общий цикл стимуляции J=T+R. Исследовалась зависимость порогов обнаружения тестовой пары от задержки τп при фиксированных значениях межимпульсного интервала в тестовой паре τm = 50, 100, 200 и 500 мкс. В предварительных измерениях, выполненных при τn = τm = 100 мкс, подбирались параметры помехи. Сдвиг порога при τn = τm = 100 мкс достигал 35 дБ над порогом слышимости тестовой пары в отсутствие помехи. По разные стороны от значения τn = τm = 100 мкс пороги спадали с изменением τn приблизительно до 20 дБ над порогом обнаружения тестовой пары в отсутствие помехи. По мере тренировки, однако, пороговые кривые постепенно опускались, приближаясь к уровню обнаружения тестовой пары в отсутствие помехи и при этом уплощались (избирательность к действию помехи исчезала). Уменьшение длительности паузы R привело к восстановлению зависимости порога обнаружения тестовой пары от τn. При этом удалось получить статистически значимый максимум при τnm для τn в пределах критического интервала (при τm < 500 мкс). За пределами критического интервала (при τm >500 мкс) даже при самой малой длительности паузы (R=15 мс) зависимости порогов обнаружения тестовой пары от значения τn получено не было.

Акустический журнал, 50, 4, c. 568-576 (2004) | Рубрика: 13.07