音の伝播。 音場を特徴付けるパラメータ。 音場を特徴付けるパラメータ音場を特徴付ける物理量
環境で。 「Z. NS。」 これは通常、音の長さのオーダー以上の寸法の領域に使用されます。 波。 エネルギッシュに。 サイドZ.p。は音の密度が特徴です。 エネルギー（単位体積あたりの振動プロセスのエネルギー）; z。p。で発生する場合は、音の強さが特徴です。
Z. p。の画像は、一般的な場合、音響だけに依存するわけではありません。 エミッター（音源だけでなく、位置とsvからも）のパワーと指向性の特性は、媒体とインターフェースの境界で分解されます。 そのような表面が利用可能な場合、弾性媒体。 制限のない均質な環境では、単一ソースyavlのZ.p。 進行波のフィールド。 マイク、ハイドロフォンなどは、給与レベルを測定するために使用されます。 それらの寸法は、波長およびフィールドの不均一性の特徴的な寸法と比較して小さいことが望ましい。 Z.n。の研究ではdecompも使用されます。 音場の視覚化の方法。 Z.p。Decompの研究。 エミッターは減衰チャンバーで生成されます。
物理的な百科事典の辞書。 -M 。：ソビエト百科事典. . 1983 .
サウンドフィールド
考慮される音の乱れを特徴付ける量の時空間分布のセット。 それらの中で最も重要なもの：音圧 p、振動粒子v、粒子の振動変位 NS , 密度の相対的変化（いわゆる音響）s = dr / r（ここで、r-媒体）、断熱。 温度変化d NS、媒体の圧縮と希薄化を伴います。 3.の概念を導入する場合。n。環境は連続的であると見なされ、物質の分子構造は考慮されません。 3.p.いずれかの方法で研究されている 幾何音響学、または波の理論に基づいています。 圧力は波動方程式を満たします
そして、既知の NS 3.p.の残りの特性はf-lamで判断できます。 
どこ と -音速、g = c p/履歴書-一定の熱容量の比率。 一定の熱容量への圧力。 ボリューム、および-係数。 熱膨張水曜日。 調和のために。 3.p.wave ur-tionはHelmholtzur-tionに変わります：D NS+k 2 NS= 0、ここで k = w / NS -周波数wの波数、およびの式 vおよびxは次の形式を取ります。
さらに、3。p。は、境界条件、つまり、3。p。、物理を特徴付ける値に課せられる要件を満たしている必要があります。 境界のプロパティ-環境を制限するサーフェス、環境に配置された障害物を制限するサーフェス、およびインターフェイスのデコンプ。 水曜日 たとえば、完全に剛体の境界では、コンポーネントが振動します。 速度 v n消える必要があります。 音圧は自由表面で消えるはずです。 によって特徴付けられる国境に 音響インピーダンス、p / v n特定の音響と等しくなければなりません。 境界インピーダンス; 2つのメディア間のインターフェースで、量 NSと v n表面の両側でペアで等しくなければなりません。 実際の液体や気体には、追加があります。 境界条件：接線振動の消失。 剛体境界での速度、または2つの媒体間の界面での接線成分の等式。 p = p（x6 ct）、軸に沿って走る NS正（ "-"記号）および負（ "+"記号）の方向。 平らな波で p / v= br とここでr と - 波動インピーダンス水曜日。 場所に置いてください。 音圧方向が変動します。 進行波の速度は波の伝播方向と一致し、場所によっては打ち消されます。 圧力-この方向とは反対で、圧力がゼロになる場所では変動します。 速度も消えます。 ハーモニック。 フラットの形式は次のとおりです。 NS=NS 0 cos（w NS-kx + NS） ,
どこ NS 0とj0-それぞれ、波の振幅とその始まり。 その時点で x = 0。音速が分散しているメディアでは、速度は倍音です。 波 と= w / k周波数に依存します。2）制限の振動 内線がない場合の環境の領域。 たとえば、影響します。 3. p。、特定の開始時にクローズドボリュームで発生します。 条件。 そのような3.p。は、媒体の特定の体積に特徴的な定在波の重ね合わせの形で表すことができます。3）3。p。、無制限に発生します。 特定の開始時の環境。 条件-値 NSと vある始まりに。 瞬間（たとえば、3。p。爆発後に発生）。4）3。p。振動体、液体または気体の噴流、崩壊する気泡、およびその他の性質によって生成される放射線。 または芸術。 音響 エミッター（を参照）。 音の放出）。フィールドの形での最も単純な放射は次のとおりです。 モノポール-球対称発散波; 調和のために。 放射線、それは形をしています： p = -i rwQexp（ ikr）/ 4p NS、ここでQ -
波の中心に配置されたソースの生産性（たとえば、脈動する物体の体積の変化率、波長と比較して小さい）、および NS-中心からの距離。 単極放射の音圧の振幅は、距離に応じて1 /として変化します。 NS、 しかし 
非波帯（ kr<<1) v 1 /として距離によって異なります NS 2、そして波の中で（ kr>> 1）-as 1 / NS..。 間の位相シフトj NSと v波の中心の90°から無限大のゼロまで単調に減少します。 tg j = 1 / kr..。 双極子放射-球形。 次の形式に特徴的な「8つの」指向性を持つ発散波。
どこ NS -波の中心で媒体に加えられる力、qは、力の方向と観測点への方向との間の角度です。 同じ放射が半径の球によって作成されます NS<
パラメータの測定3.p。decompを生成します。 サウンドレシーバー：マイク-空気用、 ハイドロフォン-水のために。 微細構造の研究では3.p .
音の波長に比べて寸法が小さい受信機を使用する必要があります。 音場の可視化観察により可能 超音波による光の回折、トープラーの方法（ シャドウメソッド）、電子光学的方法による。 変換など。 点灯。：バーグマンL ..超音波とその科学技術への応用、トランス。 それで。、第2版、M .. 1957; R e in to and S. N. N.、音の理論に関する講義のコース、M.、1960; Isakovich M.A.、General、M.、1973年。 M.A.イサコビッチ。
物理百科事典。 5巻で。 -M 。：ソビエト百科事典. 編集長A.M.Prokhorov. 1988 .
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音場 百科事典「航空」
音場-音場-音波が伝播する空間の領域。 Z. p。の概念は通常、音源から遠く離れた場所にある領域に使用され、その寸法は音の波長λよりも大幅に大きくなります。 方程式、… … 百科事典「航空」
音波が伝播する空間の領域、つまり、この領域を満たす弾性媒体（固体、液体、または気体）の粒子の音響振動があります。 Z.p。それぞれについて...... ソビエト大百科事典
音が伝播する空間の領域。 波..。 自然科学。 百科事典辞典
反射波の音場（音響ロギング付き）---トピック石油およびガス産業EN二次音場..。 テクニカル翻訳ガイド
音*フィールドは、水中音響メッセージが広がる限られたスペースの領域として理解されます。 音場は任意の弾性媒体に存在する可能性があり、外部の妨害要因の影響の結果として発生する粒子の振動です。 媒体の粒子の他の秩序ある運動とは異なるこのプロセスの特徴は、小さな摂動では、波の伝播が物質自体の移動と関連していないことです。 言い換えると、各粒子は、外乱の前に占めていた位置に対して振動します。
音場が伝播する理想的な弾性媒体は、弾性結合によって相互接続された、その完全に剛性のある要素のセットとして表すことができます（図1.1）。 この媒体の振動粒子の現在の状態は、 変位U平衡位置に対して、 振動速度vと 周波数ためらい。 振動速度は、粒子変位の1次導関数によって決定され、検討中のプロセスの重要な特性です。 通常、両方のパラメーターは時間の調和関数です。
粒子 1
（図1.1）、値だけシフト U平衡位置から弾性結合を介して、周囲の粒子に影響を与え、粒子も移動させます。 その結果、外部から導入された外乱が考慮された環境に広がり始めます。 粒子変位の変化の法則の場合 1
平等によって定義されます 
どこ ええとは粒子の振動振幅であり、 w-振動周波数、次に他の人の運動の法則 NS-粒子は次の形式で表すことができます。
どこ ウミ-振動振幅 NS-ああ粒子、 y i-これらの振動の位相シフト。 媒体（粒子）の励起源からの距離 1 ）振動振幅の値 ウミ散逸により、エネルギーが減少し、位相がシフトします y i興奮の伝播速度が限られているため、増加します。 したがって、 音場また、媒体の振動粒子の全体を理解することができます。
音場で同じ振動位相を持つ粒子を選択すると、次のような曲線または表面が得られます。 波の前..。 波の前線は、一定の速度で外乱の発生源から絶えず遠ざかっています。 波面伝播速度、波伝播速度または単に 音速特定の環境で。 示された速度のベクトルは、検討中の点で波面の表面に垂直であり、方向を決定します サウンドビームそれに沿って波が伝播します。 この速度は、環境のプロパティとその現在の状態に大きく依存します。 海を伝播する音波の場合、音速は水の温度、密度、塩分、その他の多くの要因に依存します。 したがって、温度が1°C上昇すると音速は約3.6 m / s増加し、深さが10m増加すると音速は約0.2m / s増加します。 平均して、海の条件下では、音速は1440〜1585 m / sの範囲で変化する可能性があります。 水曜日の場合 異方性、 NS。 外乱の中心から異なる方向に異なる特性を持っている場合、音波の伝播速度もこれらの特性に応じて異なります。
一般に、液体または気体中の音波の伝播速度は、次の式によって決定されます。
(1.2)
どこ に媒体の体積弾性率は、 r 0-乱されていない媒体の密度、その静的密度。 体積弾性率は、単位相対変形中に媒体に発生する応力に数値的に等しくなります。
弾性波は 縦方向検討中の粒子の振動が波の伝播の方向に発生する場合。 波は呼ばれます 横、粒子が波の伝播方向に垂直な平面で振動する場合。
横波は、形状弾性を持つ媒体でのみ発生する可能性があります。 せん断変形に耐えることができます。 この特性は、固体によってのみ所有されます。 縦波は媒体の体積変形に関連しているため、両方を伝播することができます。 固体液体および気体の媒体で。 この規則の例外は次のとおりです。 表面的な液体の自由表面または異なる物理的特性を持つ非混和性媒体の界面で発生する波。 この場合、液体粒子は縦振動と横振動を同時に実行し、楕円形またはより複雑な軌道を描きます。 表面波の特別な特性は、重力と表面張力がそれらの形成と伝播に決定的な役割を果たすという事実によって説明されます。
乱れた媒体での振動の過程で、平衡状態に関連して圧力と密度が増減するゾーンが発生します。 プレッシャー 
ここで、は音場での瞬時値であり、は励起がない場合の媒体の静圧であり、と呼ばれます。 音そして、波がその伝播方向に垂直に設定された単位面積に作用する力に数値的に等しい。 音圧は、環境の状態の最も重要な特性の1つです。
媒体の密度の変化を評価するために、と呼ばれる相対値が使用されます シールc、これは次の等式によって決定されます。
(1.3)
どこ r1-関心のあるポイントでの媒体の密度の瞬時値、および r0-その静的密度。
上記のすべてのパラメーターは、呼び出されたスカラー関数がわかっている場合に決定できます。 振動速度のポテンシャルj。ヘルムホルツの定理に従って、このポテンシャルは液体および気体媒体の音波を完全に特徴づけ、振動速度に関連付けられます v次の等式によって：
. (1.4)
縦波は 平らなその可能性がある場合 NS音場を特徴付けるその他の関連する量は、時間とデカルト座標の1つにのみ依存します。 NS（図1.2）。 言及された量が時間と距離のみに依存する場合 NSある時点から Oと呼ばれる空間 波の中心、縦波は 球状..。 最初のケースでは、波面は線または平面になり、2番目のケースでは、円弧または球面のセクションになります。
弾性媒体では、音場でのプロセスを考慮する場合、重ね合わせの原理を使用できます。 したがって、電位によって決定される波のシステムが媒体内を伝播する場合 j 1 ... j nの場合、結果として生じる波の電位は、示された電位の合計に等しくなります。
(1.5)
ただし、強力な音場でのプロセスを検討するときは、重ね合わせの原理の使用を許容できない可能性がある非線形効果の発現の可能性を考慮に入れる必要があります。 さらに、媒体への高レベルの妨害では、媒体の弾性特性が根本的に侵害される可能性があります。 そのため、液体媒体では、空気で満たされた破裂が発生したり、その化学構造が変化したりする可能性があります。 前に示したモデル（図1.1。）では、これは媒体の粒子間の弾性結合を切断することと同等です。 この場合、振動の生成に費やされたエネルギーは実際には他の層に伝達されないため、特定の実際的な問題を解決することは不可能になります。 記述された現象はと呼ばれます キャビテーション.
エネルギーの観点から、音場は次のように特徴付けることができます。 音響エネルギーの流れまた 音響パワーP音響エネルギーの量によって決定されます W単位時間あたりに指定されたサーフェスを通過する：
(1.6)
エリアに関連する音響パワー NS検討中の表面が決定します 強度音波：
（1.7）最後の式では、エネルギーがサイト全体に均一に分布していると仮定しています。 NS.
多くの場合、この概念はサウンド環境を特徴づけるために使用されます 音のエネルギー密度、これは弾性媒体の単位体積あたりの音響エネルギーの量として定義されます。
音場の個々のパラメータ間の関係を調べてみましょう。
1.3媒体の連続の方程式
媒体の連続の方程式は、速度ポテンシャルとその圧縮を結び付けます。 媒体に不連続性がない場合、質量保存の法則が実行されます。これは、次の形式で記述できます。
どこ W 1と r 1音場内の液体の体積と密度、および W 0と r 0-外乱がない場合の同じパラメータ。 この法則は、連続線形媒体では、体積の変化が媒体の密度のそのような変化を引き起こし、検討中の体積の質量に対応するそれらの積が常に一定のままであると述べています。
媒体の圧縮を考慮に入れるために、等式（1.8）の左側と右側から積を引きます W 0 r 1..。 その結果、次のようになります。
(1.9)
ここで受け入れられます 
この仮定は、超音波周波数範囲では、液体の体積と密度の変動が絶対値との関係で重要ではなく、量の分母（1.9）が置き換えられるために可能です。 r 1に r 0実質的に分析結果には影響しません。
なりましょう ρ1= 1.02 g / cm 3、および ρ 0
= 1.0 g / cm3。 それで
しかし 
..。 受け入れられた仮定の相対誤差は次のとおりです。 
.
等式の左側（1.9）で表される媒体の相対的な体積変形を、液体粒子の部分的な変位によって表現し、この等式の右側が圧縮を決定することを考慮に入れましょう。中くらい。 次に、次のようになります。
(1.10)
どこ U x、U yと U z-直交座標系の対応する軸に沿った媒体の粒子の変位。
最後の平等を時間で区別します。
ここに v x、v yと v z-同じ軸に沿った振動速度の成分。 それを考慮して
(1.12)
（1.13）ここで、Ñは空間微分を定義するハミルトニアン演算子です。
(1.14)
| 重要！ |
振動運動方程式
振動運動の方程式は、速度ポテンシャルと音圧を結び付けます。 この方程式を導出するために、音場で軸に沿って振動する基本ボリュームを選択します。 おー（図1.3）ニュートンの法則に従って、次のように書くことができます。
(1.15)
どこ NS -割り当てられたボリュームに軸の方向に作用する力 おー,
NS-与えられた体積の質量、 NS-同じ軸に沿ったボリュームの動きの加速 . 選択したボリュームの面に作用する圧力を表すと、 p 1と p 2、そしてそれを受け入れる>、そして力 NS次の等式で定義できます。
(1.16)
どこ 
式（1.16）を等式（1.15）に代入し、それを考慮に入れる 
と加速 
また、極限までの通過を実行すると、次のことがわかります。
(1.17)
それを考慮に入れる 
と 
最終的に次のようになります。
. (1.18)
最後の方程式には座標が含まれていないため、任意の形状の波に対して有効です。
環境の状態方程式
超音波場に関連する媒体の状態方程式は、すべてのプロセスが実質的に温度を変更せずに進行するものであり、圧力と媒体の密度の関係を表します。 粘性摩擦力がない理想的な流体では、音圧は次のようになります。 NS媒体の硬度に比例します にとその圧縮 NS: 
ただし、媒体が実数の場合、その中には粘性摩擦力があり、その大きさは媒体の粘度と媒体の状態の変化率、特にその変化率に比例します。圧縮。 したがって、粘性媒体内の圧力を決定する式は、次の要因に依存する成分を取得します。
(1.19)
ここで、Lは比例係数です。 実験の結果、この係数の推定値が見つかりました。これにより、環境の状態を決定する最終的な式を次の形式で記述することができました。
（1.20）ここで、hは媒体の動的（ニュートン）粘度係数です。 結果の方程式は、どの波形にも有効です。
波動方程式
波動方程式は、速度ポテンシャルの変化の法則を決定します。 この方程式を導出するために、媒体の状態の式（1.20）を等式（1.18）に代入します。 その結果、次のようになります。
(1.21)
速度ポテンシャルによる媒体の圧縮を表すために、式（1.21）を時間で微分します。
(1.22)
媒体の連続性と等式（1.2）の条件から得られる依存性（1.13）を考慮して、最終的な形式で目的の波動方程式を書き留めます。
(1.23)
波が平面で、たとえば軸に沿って伝播する場合 おー、その場合、速度ポテンシャルは座標のみに依存します NSと時間。 この場合、波動方程式はより単純な形を取ります。
（1.24）得られた方程式を解くと、速度ポテンシャルの変化の法則が見つかり、その結果、音場を特徴付けるパラメータを見つけることができます。
音場の主なパラメータの分析
まず、平面高調波を特徴付けるパラメータを決定しましょう。 これを行うには、方程式（1.24）の解を見つけます。これは、2次線形微分方程式であるため、2つの根があります。 示されたルートは2つのプロセスを表します j 1（x、t）と j 2（x、t）反対方向に進行する波を定義します。 等方性媒体では、放射源から等距離にある点での音場のパラメータが同じであるため、たとえば波の場合、1つの解のみを見つけるように制限できます。 j 1軸の正の方向に伝播する おー.
指定された特定の解は現在の座標と時間の関数であるため、次の形式で検索します。
どこ 
-波の周波数、 NS空間座標への速度ポテンシャルの依存性を決定する求められる係数です。 
-波数、 
..。 の必要な導関数を計算する j 1そしてそれらを式（1.24）に代入すると、次のことがわかります。
（1.26）に関する最後の等式を解く NS外乱の発生源からの距離とともに減衰する波がその負の値に対応することを考慮すると、次のようになります。
(1.27)
超音波の分野では、式の括弧内の2番目の項（1.27）は1よりはるかに小さいため、この式をべき級数で拡張して、次の2つの項に制限できます。
(1.28)
見つかった値を代入する NS等式（1.25）に変換し、表記法を導入します
(1.29)
速度ポテンシャルの最終式を見つける j 1:
可能性のためのプライベートソリューション j 2考慮されたケースと同様に見つけることができます：
得られた式を使用して、音場の主なパラメータを決定しましょう。
正に向けられた波の伝播ゾーンの音圧は、次の等式によって決定されます。
(1.32)
どこ 
.
等式（1.4）に目を向け、超音波場でそれを考慮に入れると>> しかしの場合、振動速度の式は次の形式で記述できます。
どこ 
得られた式は、音圧と振動速度の現在の値の変化が同相で発生することを示しています。その結果、媒体の圧縮の場所で、振動速度のベクトルは速度と方向が一致します波面の伝播の、そして放電の場所ではそれはそれと反対です。
音圧と振動速度の比を求めてみましょう。 特定の音響抵抗:
(1.34)
特定の音響抵抗は、媒体で行われるプロセスの多くのパラメータに影響を与える媒体の重要な特性です。
音波の伝播
水中音響デバイスを作成する場合、最も重要なタスクの1つは、放射パラメータの正しい選択です。送信信号の搬送周波数、信号変調の方法、およびそのエネルギー特性です。 波の伝播範囲、その反射の特徴、および異なるメディア間のさまざまなインターフェースを通過する 物理的特性、付随する干渉から信号を分離する可能性。
上記のように、水中音響信号の主なエネルギー特性の1つは、その強度です。 このパラメーターを定義する式は、以下の考慮事項から見つけることができます。 波面の特定の基本セクションを考えてみましょう。この領域は、振動している間、時間的に初期位置に対して一定量だけシフトします。 
この変位は力によって反対されます 
内部相互作用。 これらの力を克服するために、作業が費やされます。検討中の振動を確実にするために必要な電力は、単位時間あたりに費やされる作業として定義されます。
(1.35)
どこ NS波の周期です。 次に、強度は動きに費やされる力によって決定されます 独身波面の面積、したがって、次のようになります：
(1.36)
結果の式に等式（1.32）と（1.33）を代入すると、次のようになります。
その0.5を考慮して 
-エミッターのすぐ近くの信号強度。ソースからの距離に伴う強度変化の法則は、次の等式によって決定されます。
(1.38)
最後の公式は、英国の物理学者で数学者のストークスによって得られ、彼の名前が付けられています。 これは、放射線源からの距離とともに、音波の強度が指数関数的に減少することを示しています。 また、式（1.29）から次のように減衰指数 しかし放出された波の発振周波数の2乗に比例します。 これは、特に長距離検知の場合、バーストの搬送周波数の選択に特定の制限を課します。
ただし、ストークスの式を使用すると、音波の減衰プロセスの正確な推定値を常に取得できるとは限りません。 したがって、実験によれば、海洋環境の音波は、上記の式から得られるよりもはるかに速く減衰します。 この現象は、問題の理論的解決において通常考慮される理想的な環境と実際の環境の特性の違い、および海洋環境が生物、気泡などを含む不均一な液体であるという事実によるものです。不純物。
実際には、音波の強度の変化の法則を決定するために、通常、さまざまな実験式が使用されます。 したがって、たとえば、周波数が7.5〜60 kHzの範囲にある場合、係数の値は しかしデシベル/キロメートル（dB / km）は、次の関係を使用して見積もることができます。
, (1.39)
また、バイブレータからの距離が200 kmを超えず、最大10％の誤差がある場合の強度変化の法則は、次の等式によって決定されます。
(1.40)
球面波の場合、強度
. (1.41)
最後の式から、距離が長くなるにつれて波の前部が拡大するため、波は大幅に弱くなるということになります。 NS.
超音波は、均質な等方性媒体内での運動中に直線的に伝播します。 ただし、媒体が不均一である場合、音響ビームの軌道は湾曲し、特定の条件下では、信号は水性媒体の中間層から反射される可能性があります。 海洋環境の不均一性による音波ビームの曲がりの現象は、 音の屈折..。 音の屈折は、水中音響測定の精度に大きな影響を与える可能性があるため、ほとんどの場合、その影響の程度を評価する必要があります。
光線が底部に向かって伝播するとき、光線は、原則として、途中で3つのゾーンを通過します。等温（一定温度）表面ゾーン、急激な負の温度勾配を特徴とする温度ジャンプゾーン、および底部等温ゾーンです。 （図1.4）。 ジャンプゾーンの厚さは数十メートルになることがあります。 音波が衝撃層を通過すると、強い屈折と音の強さの大幅な低下が観察されます。 強度の低下は、ジャンプ層の上部境界での鋭い屈折による光線の発散と、この層からの光線の反射によるものです。 スプリットビームの極端な光線は、サウンドシャドウゾーンを形成します。
| 図1.4。 |
始める 立っている波。 定在波の特徴は、そのすべての点が同じ位相で振動し、振動の波長の1/4に等しいギャップ、振動の振幅が最大になる節、および振動がまったくない節を介して形成されることです。 。 定在波は実際にはエネルギーを伝達しません。
音波の反射と屈折
波が2つの媒体間の界面に当たると、この界面に属する媒体の粒子が励起されます。 次に、境界粒子の振動は、入射波の媒体と隣接する媒体の両方で波のプロセスを引き起こします。 最初の波は呼ばれます 反映 2つ目は 屈折..。 コーナー 
（図1.5）境界面の法線と光線の方向の間は角度と呼ばれます 秋、 
反射と 屈折、 それぞれ。 デカルトの法則によれば、次の平等が起こります。
(1.42)
ビーム伝搬の経路上にメディア間に複数のインターフェースがある場合、等式は真になります。
(1.43)
量は呼ばれます スネルの定数..。 その値は、サウンドビームに沿って変化しません。
入射光線、反射光線、屈折光線のエネルギー比は、係数を使用して決定されます しかしと NSそれぞれ反射と屈折。 示された係数は、次の等式によって決定されます。
(1.44)
同じ音響インピーダンスを持つ環境では、音響エネルギーはある環境から別の環境に完全に伝達されることを示すことができます。 メディアの音響インピーダンスに大きな違いがある場合、実質的にすべての入射エネルギーがメディア間のインターフェースから反射されます。
考慮される規則性は、反射面の寸法が入射放射線の波長を超える場合に発生します。 その波長が反射面の寸法よりも大きい場合、原則として、波は障害物から部分的に反射され（散乱）、その周りで部分的に曲がります。 障害物の周りで波が曲がる現象は、 音の回折..。 回折は、寸法が振動の波長を超えるオブジェクトでも発生しますが、この場合、この現象は反射面のエッジでのみ発生します。 障害物の背後には音響シャドウゾーンが形成されており、音の振動はありません。 同時に、障害物の前では、入射波、反射波、回折波の相互作用によって音場の画像が複雑になります。 音波は散乱する多数の物体から反射することができます 海水気泡、プランクトン、浮遊固体など。 この場合、反射信号は信号と呼ばれます サラウンドリバーブ..。 これは、信号送信の最後に振動エコーとして放射受信機によって認識されます。 最初は、このエコーのレベルがかなり大きくなる可能性があり、その後すぐにフェードアウトします。
リバーブは、波長に比べて小さな凹凸のある平らな面による音の散乱によって発生する可能性があります。 ほとんどの場合、そのような表面は海の底または表面です。 この残響はと呼ばれます 下また 表面的な、 それぞれ。
..。 水中音響サウンディングの基本原理
輸送艦隊で使用されるほとんどすべての水中音響ナビゲーションデバイスは、水域のアクティブなサウンディングのモードで動作します。 このモードを実装するデバイスの開発には、以下が必要です。
§解決されている問題の内容に基づいて放射線を精査するための要件の決定。
§受信アンテナと送信アンテナの要件の決定。
§プロービング信号の伝搬条件の分析と受信信号の性質の評価。
§受信信号の一次変換を実行するシステムの入力ユニットの要件の開発。
§受信パスの構成の決定。これは、一次情報を、その表示または他のデバイスやシステムによるさらなる使用に必要な形式に変換します。
§情報を表示および記録するためのデバイスの構成の決定。
§水中音響デバイスを操作する他のデバイス側からの水中音響デバイスの出力信号の要件の定式化。
上記のように、プローブ放射は連続的またはパルス化することができます。 同じ信号振幅での連続放射線は平均パワーが最も高く、放射線源から十分に離れた領域をプローブするときに決定的な利点になる可能性があります。 放出された信号のより高い平均パワーは、受信された反射信号のレベルを増加させるだけでなく、しばしばキャビテーションの現象を回避することも可能にします。 ほとんどの場合、このタイプの放射線は、船の速度を測定するためのドップラーシステムで使用されます。
反射物体までの距離を測定する必要がある場合は、連続放射を特別な方法で事前に変調する必要があります。 受信信号の変調と処理を適切に選択することで、最も正確な測定システムを作成できます。 ただし、検討中のケースでは、受信信号は通常、体積残響に起因するかなり重大な干渉を伴うことに留意する必要があります。
パルス放射は、パルスの形状、その持続時間によって特徴付けられます Tと（図1.6）、周波数またはパルス繰り返し周期。 ほとんどの場合、最もエネルギーが飽和している長方形のパルスが使用されます（図1.6.a）。 最近では、技術的に実装しやすいという事実から、指数形式が広く使用されていました（図2.6、b）。 個々の問題を解決するには、エンベロープの形状がより複雑なインパルスを作成する必要がある場合があります。
パルスの持続時間は、その振幅とともに、それに含まれるパワーを決定し、その結果、最大検出範囲を決定するため、非常に重要です。 さらに、範囲分解能はパルス幅に依存します。 システムで測定できる最小範囲差です。 確かに、パルスは単一の情報のキャリアであるという事実のために、その空間範囲のフレームワーク内の範囲内のすべての変更は、システムによって記録されません。 パルスがリフレクターまでの距離の2倍を移動し、戻ってくることを考慮すると、システムの解像度は空間パルス長の半分に等しくなります。
(1.45)
実際には、パルス幅はほとんどの場合10-5の範囲にあります。 と 10-3まで と.
パルス繰り返し率は通常、どの動作範囲でも、反射されたパルスが受信された後にのみ後続のパルスが放出されるように選択されます。 言い換えれば、期間 t pパルス繰り返しは不等式を満たす必要があります。 
どこ 
-動作範囲での最大検知範囲-水中での音の平均速度。通常は1500に相当します。 MS..。 このアプローチは、1つのアンテナを受信および送信として使用するための条件を作成します。 NS 個々のケースパルス繰り返し周波数は、他の考慮事項から選択できます。
プロービング信号の要件を形成するときは、放射の正しい搬送周波数を選択することが非常に重要です。 信号の減衰、メディアとさまざまなオブジェクト間のインターフェイスからの反射、および波面の軌道は、信号の減衰に大きく依存します。 キャリア周波数を下げるには、原則としてアンテナデバイスのサイズを大きくする必要がありますが、検出範囲の拡大に貢献します。
アンテナシステムの基本要件を策定するには、次のことが必要です。
§船内のアンテナの数とそのレイアウトを決定します。
§最高の放射指向性を選択します。
§アンテナのタイプだけでなく、電気エネルギーを機械エネルギーに、またはその逆に変換する要素のタイプを選択します。
§船にアンテナを取り付ける方法を決定します。
使用するアンテナの数とそのレイアウトは、システムの信頼性を高めるために、解決する問題の性質、および冗長性の有無によって決まります。 各アンテナは船内に個別に取り付けることも、すべてのアンテナを1つのアンテナユニットにまとめることもできます。アンテナユニットは通常、クリンケットに取り付けられます。 このようなブロックには、最大20個以上のアンテナを含めることができます。この場合、アンテナはより適切にはバイブレーターと呼ばれます。
必要な放射指向性の程度は、解決される問題の性質によっても決まります。
強磁性および圧電セラミックバイブレーターは、電気エネルギーを機械に、またはその逆に変換するために使用されます。その動作原理については、以下で説明します。
一般的な特性受信アンテナと送信アンテナ
電気エネルギーから機械エネルギーへの強磁性変換器は、磁歪の効果を利用します。 この効果の本質は、強磁性体で作られた物品の磁気状態が変化すると、その寸法に何らかの変化が生じることです。 サンプルは変形しており、この変形は磁化の強さが増すにつれて大きくなります。 ロッドコアをサンプルとして、巻線を提供し、交流を供給すると、コアの長さは定期的に変化します。 その磁化に費やされた電気エネルギーは、機械的振動のエネルギーに変換され、検討中のロッドが配置されている弾性媒体内で音場を励起することができます。
逆の効果もあります。 コアがある程度の残留磁化を持つ強磁性材料でできている場合は、多少変形します。 その内部張力を変えると、それに関連する磁場の強さも変わります。 この場合、磁場の変化は次のようになります。
Z音場は、振動する物体の運動エネルギー、弾性構造を持つ媒体（固体、液体、気体）の音波の形で現れます。 弾性媒体における振動の伝播のプロセスは、 波..。 音波の伝播方向はと呼ばれます サウンドビーム、および媒体の粒子の振動の同じ位相でフィールドのすべての隣接する点を接続する表面は 波の前..。 固体では、振動は縦方向と横方向の両方に伝播する可能性があります。 空中にのみ広がる 縦波.
フリーサウンドフィールド直接音波が優勢であり、反射波が存在しないか無視できるフィールドと呼ばれます。
拡散音場-それはそのような場であり、その各点で音響エネルギーの密度は同じであり、すべての方向で同じエネルギーの流れが単位時間内に分配されます。
音波は、次の基本的なパラメータによって特徴付けられます。
波長-音速（340 m / s-空気中）と音の振動の周波数の比率に等しい。 したがって、空気中の波長は1.7cmから変化する可能性があります（ NS= 20,000 Hz）最大21 m（ NS= 16 Hz）。
音圧-特定のポイントでの音場の瞬間的な圧力と統計的（大気圧）圧力との差として定義されます。 音圧はパスカル（Pa）、Pa = N / m2で測定されます。 物理的な類似物は、電圧、電流です。
音の強さ-波の伝播方向に垂直な表面の単位を単位時間あたりに通過する音響エネルギーの平均量。 強度はW / m 2の単位で測定され、音響振動のパワーの有効成分を表します。 物理的な対応物は電力です。
音響学では、測定結果は通常、相対的な対数単位の形式で表示されます。 Bel（B）と呼ばれる単位は、聴覚経験を測定するために使用されます。 Belはかなり大きな単位であるため、0.1 Bに等しいデシベル（dB）という小さな値が導入されました。
音圧、音の強さは相対的な音響レベルで表されます。
,
音響レベルのゼロ値は、一般的に受け入れられているものに対応します 
周波数1000Hzの調和音振動でのW / m2。 与えられた値は、聴覚を生成するためのほぼ最小値（聴覚の絶対可聴値）に対応します。
マイクの特性を測定するための条件。音響測定にはいくつかの 特定の機能..。 したがって、電気音響機器のいくつかの特性の測定は、フリーフィールド条件で実行する必要があります。 反射波がないとき。
通常の部屋では、この条件は実行不可能であり、屋外で測定を実行することは困難であり、常に可能であるとは限りません。 第一に、屋外では、地面などの表面からの反射を避けることは困難です。 第二に、この場合の測定は大気条件（風など）に依存し、他の多くの不便は言うまでもなく、大きなエラーにつながる可能性があります。 第三に、屋外では、外部（産業用など）のノイズの影響を回避することは困難です。
そのため、自由音場で測定を行うために、反射波がほとんどない特殊な音響減衰チャンバーが使用されます。
詰まったチャンバー内のマイク特性の測定..。 自由音場でのマイクの感度を測定するには、最初にテストマイクを配置するポイントで音圧を測定し、次にこのポイントに配置する必要があります。 ただし、チャンバー内での干渉はほとんどなく、スピーカーからのマイクの距離は1〜1.5 m（またはそれ以上）で、ラジエーターの直径は25 cm以下であるため、測定マイクは近くに配置できます。テスト中のマイク。 測定装置の図を図4に示します。 感度は、公称周波数範囲全体にわたって決定されます。 音圧計（騒音計）に必要な圧力を設定し、テストマイクが発生する電圧を測定し、その軸方向の感度を決定します。
E OC = U NS / NS( mV / Pa）
感度は、無負荷電圧または定格負荷の電圧のいずれかによって決まります。 原則として、1000Hzの周波数でのマイクロフォンの内部抵抗のモジュールが公称負荷として採用されます。
図4。マイク感度測定の機能図：
1-トーンまたはホワイトノイズジェネレータ。 2-オクターブフィルター（1/3オクターブ）; 3-アンプ; 4-減衰チャンバー; 5-音響エミッター; 6-テストマイク; 7-測定マイク; 8-ミリボルトメーター; 9-ミリボルトメーター、パスカルまたはデシベルで目盛り付き（サウンドレベルメーター）。
感度レベルは、1に等しい値に対する感度として定義され、デシベルで表されます。
標準感度レベル （デシベル単位）は、音圧1 Paの公称負荷インピーダンスで発生する電圧と、電力= 1 mWに対応する電圧の比率として定義され、次の式で計算されます。
ここで、は1 Paの音圧で公称負荷インピーダンス（オーム）でマイクロフォンによって発生する電圧（V）です。
周波数応答マイクは、マイクの音圧と供給電流の一定値での周波数に対するマイクの感度の依存性と呼ばれます。 周波数応答は、ジェネレータの周波数をスムーズに変更することによって取得されます。 得られた周波数応答は、公称周波数範囲と動作周波数範囲での不均一性を判断するために使用されます。
方向特性マイクは同じスキーム（図4）に従って削除され、タスクに応じて、トーンジェネレーターを使用していくつかの周波数で、または3分の1オクターブバンドのノイズ信号に対して、または特定の周波数バンドに対して、 3分の1オクターブフィルターの代わりに適切なバンドパスフィルター。
指向特性を記録するために、テストマイクはダイヤル付きの回転ディスクに取り付けられています。 ディスクは、記録テーブルと同期して、手動または自動で回転します。 特性は、マイクロフォンがその軸を中心とした回転体である場合、マイクロフォンの動作軸を通過する1つの平面で取得されます。 他の形式のマイクロフォンの場合、特性は、作業軸を通過する特定の平面に対して取得されます。 回転角は、作動軸と音源の方向の間で測定されます。 指向性特性は、軸方向の感度に対して正規化されています。
音場は、音波が伝播する空間の領域です。つまり、この領域を満たす弾性媒体（固体、液体、または気体）の粒子の音響振動が発生します。 音場の概念は、通常、音の波長のオーダー以上の領域に使用されます。
音場のエネルギー側では、音響エネルギーの密度（単位体積あたりの振動過程のエネルギー）と音の強さが特徴です。
体の振動面は音響エネルギーのエミッター（ソース）であり、音場を作り出します。
音響分野弾性媒体の領域と呼ばれ、音波の伝達手段です。 音場の特徴は次のとおりです。
· 音圧 NS zv、Pa;
· 音響インピーダンス z A、Pa * s / m。
音場のエネルギー特性は次のとおりです。
· 強度I、W / m 2;
· 音響パワーW、 Wは、音源の周囲の表面を単位時間あたりに通過するエネルギー量です。
音場の形成における重要な役割は、 音の放射に特徴的な指向性Ф、 NS。 音源の周囲に発生する音圧の角度空間分布。
上記の値はすべて相互に関連しており、音が伝播する環境のプロパティによって異なります。
音場が表面によって制限されず、ほぼ無限に広がる場合、そのような場は自由音場と呼ばれます。
NS 限られたスペース（たとえば、屋内で）音波の伝播は、波の伝播経路にある表面の形状と音響特性に依存します。
部屋の音場の形成は、現象に関連付けられています 残響と 拡散.
部屋で音源が作用し始めた場合、最初の瞬間は直接音しかありません。 波が音響反射障壁に到達すると、反射波の出現により電界パターンが変化します。 音波の長さに比べて寸法が小さい音場に物体を置いた場合、音場の歪みはほとんど見られません。 効果的に反射するには、反射する障害物の寸法が音波の長さ以上である必要があります。
方向の異なる反射波が多数発生し、その結果、音響エネルギーの比重が場全体で同じとなる音場を呼びます。 拡散フィールド。
音源が停止した後、音場の音響インテンシティは無限にゼロレベルまで減少します。 実際には、音の強度がオフになった瞬間のレベルから10〜6倍低下すると、音は完全に減衰すると考えられています。 振動媒体の要素としての音場には、音の減衰という独自の特性があります- 残響（"音"）。
音-弾性媒体の粒子の機械的振動によって引き起こされる心理生理学的感覚。 音の振動は、20〜20,000Hzの範囲の周波数範囲に対応します。 周波数による振動 20Hz未満は超低周波音と呼ばれます, および20,000Hz以上-超音波..。 超低周波音の振動が人に与えると、不快な感覚が生じます。 自然界では、超低周波音の振動は、海の波、地表の振動の間に発生する可能性があります。 超音波振動は、医療や無線電子機器、たとえばフィルターなどの医療目的で使用されます。 音の励起は、弾性媒体内の圧力を変化させる振動プロセスを引き起こします。 圧縮層と希薄化層音波の形で音源から伝播します。 液体および気体の媒体では、媒体の粒子は、波の伝播方向の平衡位置に対して振動します。 波は縦波です。 媒体の粒子は波の伝播線に垂直な方向に振動するため、横波は固体で伝播します。 音波が伝播する空間を音場と呼びます。..。 音波を反射する包囲面の影響が小さい自由音場と、各点で単位面積あたりの音響パワーが全方向で同じである拡散音場とを区別します。 音場での波の伝播は、と呼ばれる特定の速度で発生します 音速..。 式（1.1）
c =33l√Т/ 273、ここでТはケルビンスケールの温度です。
計算では、c = 340 m / sが取られます。これは、通常の大気圧での17°Cの温度にほぼ対応します。 同じ振動位相を持つフィールドの隣接するポイント（たとえば、集中ポイントまたは希薄化ポイント）を接続するサーフェスは、と呼ばれます。 波面。最も一般的な音波は 球状と 平面波面..。 球面波の前面は球形であり、放出される波の長さに比べて寸法が小さい場合、音源から短い距離で形成されます。 平面波の正面は、音波（音波）の伝播方向に垂直な平面の形をしています。 前面が平坦な波は、波長に比べて音源から遠い距離で形成されます。 音場の特徴は 音圧, 振動速度, 音の強さと 音のエネルギー密度.
音圧は、音波が媒体を通過するときの媒体内のある点での圧力p amの瞬時値と、同じ点での大気圧pとの差です。 p = p as --pam。 音圧のSI単位は、平方メートルあたりのニュートンです。 1 N / m 2 = 1 Pa（パスカル）。せいぜい本物の音源が生まれる 大きな音音圧は通常の大気圧の数万分の1です。
振動速度静止位置を中心とした媒体の粒子の振動速度を表します。 振動速度はメートル/秒で測定されます。 この速度を音速と混同しないでください。 音速は特定の環境に対して一定の値であり、振動速度は可変です。 媒体の粒子が波の伝播方向に移動する場合、振動速度は正と見なされ、粒子の逆方向の移動は負になります。 実際の音源は、最も大きな音であっても、音速の数千分の1の振動速度を引き起こします。 平面音波の場合、振動速度の式は（1.2）の形式になります。
V = p /ρ・s、ここで、ρは空気密度、kg / m3です。 s-音速、m / s。
与えられた大気条件に対する積ρsは一定値であり、次のように呼ばれます。 音響インピーダンス.
音の強さ-音波の伝播方向に垂直な面積の単位を1秒あたりに通過するエネルギーの量。 音の強さは、ワット/平方メートル（W / m2）で測定されます。
音のエネルギー密度は、音場の単位体積あたりの音響エネルギーの量です。ε= J / c。
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