中国海洋声学研究进展

海洋声学研究声波与海洋的相互作用。它包括两方面的问题：一方面研究海洋环境对海中声场的影响；另一方面利用声波来探测海洋结构。海洋声学是一门应用范围很广、发展十分迅速的学科。本文简要介绍了海洋声学研究的某些进展，其中包括浅海与深海声场，浅海混响与低频声吸收。     

海洋-声学耦合过程初始温度误差传递与发展

针对海洋初始温度场误差到水声传播误差的传递以及随时间演变发展的问题,优化海洋-声学耦合模式,通过对比遥感数据,验证了模型的可靠性。在此基础上,采用在控制试验温度初始场上加扰动的方法进行传播损失全局误差发展和区域误差发展试验。结果表明,初始温度场全局扰动在经过5天繁殖后使传播损失误差达到饱和,且扰动分布结构和海洋运动规律基本保持一致;对于在黑潮流域设定的目标海区,其上游区域的初始扰动发展最快。该结论可为开展海洋声学适应性观测提供依据。      

一种改进的DNN-HMM的语音识别方法*

针对深度神经网络与隐马尔可夫模型(DNN-HMM)结合的声学模型在语音识别过程中建模能力有限等问题,提出了一种改进的DNN-HMM模型语音识别算法。首先根据深度置信网络(DBN)结合深度玻尔兹曼机(DBM),建立深度神经网络声学模型,然后提取梅尔频率倒谱系数(MFCC)和对数域的Mel滤波器组系数(Fbank)作为声学特征参数,通过TIMIT语音数据集进行实验。实验结果表明:结合了DBM的DNN-HMM模型相比DNN-HMM模型更具优势,其中,使用MFCC声学特征在词错误率与句错误率方面分别下降了1.26%和0.20%。此外,使用默认滤波器组的Fbank特征在词错误率与句错误率方面分别下降了0.48%和0.82%,并且适量增加滤波器组可以降低错误率。总之,研究取得句错误率与词错误率分别降低到21.06%和3.12%的好成绩。     

地声学：一门研究海底的重要学科

地声学是一门研究海底沉积物声学特性的学科，也是一门用声学方法研究海底沉积物地学特性的学科，地声学的发展和水声学、海洋学、地质学、地球物理学及地理学等多个学科有密切的关系，对于海洋工程建设，海底资源开发及港口、航道和海防等各项海洋事业的发展重要的实用意义，文章简单介绍了国内外在地声学方面的一些工作情况，说明了地声学研究所涉及的一些主要问题，并对我国今后开展研究的方向以及应当采取的措施提出一些建议和设     

陆架斜坡海域上坡波导环境中声能量急剧下降现象及其定量分析

深度较浅的声源其辐射声波在陆架斜坡海域上坡传播时,在斜坡顶端会出现声能量急剧下降现象.利用射线声学模型分析了造成这一现象的原因,并根据抛物方程声场模型计算的深海和浅海平均传播损失定义了"声能量急剧下降距离",定量分析了声源位置对该现象的影响.结果表明:声源深度对"声能量急剧下降距离"影响较大,而声源与斜坡底端水平距离对其影响较小;当声源深度变大时,部分掠射角较小的声线最终能够达到斜坡顶端,致使"声能量急剧下降距离"增大,继续增加声源深度,将导致上坡声能量急剧下降现象消失.利用抛物方程声场模型对陆架斜坡海域上坡声传播进行数值仿真,结合"声能量急剧下降距离"的定义,计算并比较了声源位置不同时该距离的变化,数值计算结果验证了理论分析.     

田静主编当选美国声学学会会士

<正>日前收到美国声学学会寄来田静主编当选美国声学学会授予会士(Fellow)的通知和证书,以表彰其在声学领域的成就及其促进中美合作的贡献。中国声学学会理事长、声学学报(中、英)版主编田静先生长期从事电声与噪声学研究,在有源噪声与振动控制、电子抗噪声通讯器件、声频特征信号控制、声学微机电系统、交通噪声传播与评价、有限振幅声     

动态水声环境不确定性的预报与估计

水声环境具有强烈的时空易变性,为了解其变化中的规律和产生的不确定性,将POM海洋数值模型和水声传播模型FOR3D进行耦合,建立海洋—声学耦合数值模式。对海区的温盐等环境参数和水下声场进行预报,给出了典型断面的温度垂直结构、实验海区声速剖面和传播损失。同时,采用集合卡尔曼滤波(EnKF)方法结合海洋—声学耦合数值模式分析了水声环境的不确定性,对不同深度与频率下,传播损失的均值与满足90%的可能区间进行了计算,同时给出了不同点声速、传播损失、声纳作用距离的不确定性直方图。和实验数据的对比结果表明该方法具有较高的有效性,能对水声环境的不确定性进行合理的预报与估计。     

格子Boltzmann方法应用于气动声学研究

应用格子Boltzmann方法(LBM)对不同类型的气动声学问题进行数值研究.通过模拟一维平面声波和二维点源声波的传播,得到沿传播方向的声压脉动,其振荡幅值和衰减趋势与理论值相吻合.其次进行声波衍射和干涉现象的数值模拟.最后,模拟处于流场中运动声源辐射声场的多普勒效应.模拟结果说明LBM方法能较好地模拟低马赫数下的声学问题,包括声压脉动的传播,声波的波动特性以及流动与声波间的相互作用.     

冬季冲绳海域地形及黑潮对声传播的影响

冲绳海域地形复杂且冬季存在较强的黑潮海洋锋,利用数值实验研究斜坡地形和海洋锋同时存在时由浅海至深海的声传播特性。海洋模式数值预报环境数据表明,分布于冲绳海槽斜坡上方的海洋锋导致该海域上层水体声速存在水平变化,纬度越高,水平变化越大。利用抛物方程声场模型计算声传播损失,通过简正模态分析存在表面声道的环境中声能量分布,利用声线轨迹图解释海底斜坡和海洋锋对声传播的影响。结果表明:声源频率低于表面声道截止频率时,声传播主要受海底地形影响;声源频率高于表面声道截止频率时,位于表面声道内的声源激发的声能量主要在表面声道传播,部分声能量从表面声道泄漏沿斜坡向深海传播,位于表面声道深度以下的声源激发的声能量主要沿斜坡向深海传播,斜坡地形导致表面声道下方至共轭深度这一深度范围呈现为声影区,海洋锋的存在可导致表面声道传播损失变化明显,影响程度与声源深度有关。     

北极水声学研究的新进展和新动向

北极水声学作为水声学研究的一部分,起步要比达·芬奇所描述的声呐雏形晚很多年。第二次世界大战后北极水声学的研究开始受到发达国家(主要是美国)的重视。它的发展和研究重点带有明显的冷战烙印。冷战结束之后,随着北极持续变暖的趋势,北极及其毗邻海域的海洋水声环境受到特别的重视。环北极的8个国家组成排他性的北极理事会。我国政府于2018年1月26日发表北极政策白皮书,声明中国是近北极国家,是北极地区利益攸关方。本文介绍北极水声学研究的新进展,包括我国有关涉海单位近年来所做的科考和学术研究。指出,北极水声学的研究不局限于把传统水声学中的研究内容(如环境噪声、混响、传播等等)并行地在北极环境条件下加以重复探讨,而是要根据北极海洋环境的实际情况,进行有关领域的新研究。其中不乏传统浅海、深海水声学研究中所不具有的特色,如冰-水界面、冰下的半声道效应、冰盖下水下无人载器(UUV)的通信、定位及声呐对冰下环境的适应性研究等课题。      

语音情感识别中的特征选择方法

为了解决传统卷积神经网络在识别中文语音时预测错误率较高、泛化性能弱的问题,首先以深度卷积神经网络(DCNN)-连接时序分类(CTC)为研究对象,深入分析了不同卷积层、池化层以及全连接层的组合对其性能的影响;其次,在上述模型的基础上,提出了多路卷积神经网络(MCNN)-连接时序分类(CTC),并联合SENet提出了深度SE-MCNN-CTC声学模型,该模型融合了MCNN与SENet的优势,既能加强卷积神经网络的深层信息的传递、避免梯度问题,又可以对提取的特征图进行自适应重标定。最终实验结果表明:SE-MCNN-CTC相较于DCNN-CTC错误率相对降低13.51%,模型最终的错误率达22.21%;算法改进后的声学模型可以有效地提升泛化性能。     

匹配垂直质点振速的浅海地声参数反演

海底声学参数对海洋波导中的声场特性研究和相关应用具有重要意义。针对一次夏季黄海声传播实验,分析了浅海负跃层环境下垂直质点振速的传播特性和简正波结构,说明当声源和接收器均位于负跃层下时,除海底附近外的大部分深度上垂直质点振速能量较高,且与声压相比,号数高的简正波对垂直质点振速的贡献更大,利用垂直质点振速进行匹配场反演能获得更高的海底参数敏感性。分析了海底吸收系数对垂直质点振速匹配场反演的影响,结果表明只有当进行匹配场反演时设置的海底吸收系数接近真实值时,才能获得准确的海底声速、密度和海深反演结果。利用实验中矢量水听器获取的垂直质点振速信号进行匹配场反演,将海底吸收系数在变化范围内取不同值对海底声速、密度和平均海深进行全局搜索,根据代价函数值最大确定了海底声速、密度及平均海深的反演结果,并利用不同距离上的声压传播损失反演出不同频率下的海底吸收系数。根据反演得到的海底声学参数计算声压传播损失,与实验中声压水听器测量结果符合较好。     

三维声传播模型BELLHOP3D的信息传递接口并行优化

近些年,我国对海洋不断深入的探索对复杂环境中声场的快速预报提出了越来越高的需求。BELLHOP3D是一种基于射线法的三维声传播计算模型,在海洋声学中应用十分广泛。BELLHOP3D的计算效率比其他常用模型高,但是仍然有非常大的提升空间。该文使用信息传递接口对BELLHOP3D进行粗粒度的并行优化,并行后的程序计算结果稳定可靠,并行效率高,更适合在实际应用中实现快速的声场预报。并行BELLHOP3D程序可以在https://github.com/nj-zyq/BELLHOP3D＿MPI.git下载。     

东印度洋热带偶极子对声会聚区影响分析

大洋中的物理海洋现象影响着水体的变化,从而对其中的声波传播产生重要的影响.首次在东印度洋海域进行的声学调查实验,发现了印度洋热带偶极子物理海洋现象对声传播的影响,利用穿越热带偶极子的声传播实验数据,分析了声源深度和水体起伏对深海会聚区的影响,并对实验中的声传播现象形成机理进行了理论解释.结果表明:东印度洋深海非完全声道环境下,受热带偶极子形成暖水团和声源深度起伏的影响,第2会聚区没有形成,声源深度变深时,更容易形成深海会聚区;印度洋热带偶极子影响下第2会聚区位置处的水体跃层起伏会对下一个会聚区的形成及位置产生重要影响,使得第3会聚区提前形成,会聚区位置向声源方向偏移2—3 km.研究结果对探测及通信声纳在深海复杂环境下应用具有重要指导意义.     

第十六届国际非线性声学会议在莫斯科市举行

第十六届国际非线性声学会议(InternationalSymposium on Nonlinear Acoustics,简称16thISNA)于2002年8月19日至23日在俄罗斯首都莫斯科市举行。来自全世界28个国家和地区约300人参加了会议,其中俄罗斯160人,美国32人,法国16人,日本11人,德国9人,英国7人,瑞典7人,….等等;中国代表有3人,他们是南京大学龚秀芬教授和王耀俊教授,江西吉安师范学院李化茂教授。ISNA是由国际非线性声学学术委员会主办的国际学术会议,每3年举行一次,自1968年以来已举办了16次,在声学和非线性声学领域具有很大的影响。本届会议由俄罗斯的莫斯科大学组织和承办。会议     

第十六届国际声学大会

１９９８年６月２０－２６日,第十六届国际声学大会（ＩＣＡ）与美国声学学会第１３５届年会在美国西雅图联合举行。有来自４９个国家、近二千名代表出席,论文报告１５００余篇,是历史上最大一次声学界聚会。据不完全统计,我国出席人数不下五十有余,包括来自港、台和旅外学者．论文分布在十三个分支学科：物理声学、建筑声学、噪声、结构声学和振动、工程声学、音乐声学、动物生理学、海洋声学;水声学、声学中的信号处理、振动生理响应及医学超声、心理和生理声学．ＩＣＡ是在国际声学委员会（国际理论和应用物理联合会ＩＵＰＡＰ的下…     

海洋声学环境下水中声源的时延估计法定位精度分析

水中声源的定位精度受到海洋声学环境的重要影响。结合海上试验的实际应用,分析了水下观测平台采用时延估计法对声源的定位精度问题。根据理论分析,计算了时延估计误差、海洋中声速不均匀、平台非稳性、及声传播起伏等因素引起的俯仰角和方位角误差。利用误差传递公式,获得了上述因素引起的不同平台深度下,不同距离声源的定位误差。比较了采用平面阵与立体阵、是否补偿声线弯曲效应等条件下定位误差的变化,并通过海上试验结果进行了部分验证。研究结果表明,海洋声速不均匀对定位误差的贡献最大。采用立体阵代替平面阵、测量海洋声速剖面并补偿声线弯曲引起的定位误差,在1000m距离上可使定位相对误差从最大30%降低到约10%,有效提高了较远距离上的定位精度。研究结果对于采取措施提高水中声源的定位精度有指导意义。      

声子晶体和声学超构材料

声子晶体和声学超构材料进一步拓展了自然界中声学材料的弹性波性质．这种人工的复合结构材料,由于其周期结构的布拉格散射和局域共振特性,使得其具有奇异的色散特征,在某些频段具有负的有效弹性参数,带来了许多新颖的声学传播效应,例如声子带隙效应、负折射效应、超棱镜效应、超透镜效应、异常透射效应、异常隔声效应等．与此同时,在声子晶体和声学超构材料表面,一类具有亚波长特性的声表面倏逝波也引起了人们的关注,研究其激发、传播、耦合的过程对揭示声子晶体和声学超构材料的奇异声传播效应的物理本质具有重要意义．声子晶体和声学超构材料作为一类新型的人工声学结构材料,在隔声、防振、热控制以及新型声学器件研发等方面具有巨大的应用前景．文章综述了近十几年来国际国内关于声子晶体和声学超构材料的研究进展,并对其未来的研究发展方向做一评述．     

海洋声学中三维抛物方程非均匀网格模型

在海洋声学中,三维抛物方程模型可以有效考虑三维空间的声传播效应。然而,采用三维抛物方程模型分析三维空间内的声传播问题时,计算时间较长,并且需要消耗较大的计算机内存,因此给远距离声场的快速精确计算带来了很大困难。为此,将非均匀网格Galerkin离散化方法用于三维直角坐标系下的水声抛物方程模型中,深度算子和水平算子Galerkin离散方式由均匀网格变为非均匀网格。仿真结果表明,三维直角坐标系下非均匀网格离散的抛物方程模型,在保持计算精度、提高计算速度的同时,可以实现远距离声场的快速预报。另外,针对远距离局部海底地形与距离有关的三维声传播问题,给出了声场快速计算方法;在海底保持水平的区域,采用经典Kraken模型,重构抛物方程算法的初始场,随后依次递推求解地形与距离有关海底下的三维声场。采用改进模型,证明了远距离楔形波导声强增强效应。      

北极水声学：一门引人关注的新型学科

北极水声学是一门研究北极及其毗邻海域水声环境效应的学科。研究内容包括海洋环境噪声,特别是冰盖下的海洋环境噪声;北极海区的混响特性;北极及其毗邻海域的水声传播规律、冰盖下的水声通信,以及由于北极海区的独特环境(所谓半声道效应)而给水声信号处理带来的新的研究课题。北极水声学的研究开始于二次世界大战之后,当时的研究内容明显的带有冷战的烙印。近年来由于地球变暖的趋势,北极冰区面积持续减少,北极航道有望开通。又由于北极高纬度地区的丰富的自然资源,引起各海洋大国的高度关注,北极水声学已成为新的研究热点,并注入了新的内容。本文综述介绍北极水声学的研究概况,以及和北极声学密切相关的海洋声学方面的研究课题。自从上世纪90年代以来,我国科学家对探索北极表现了极大兴趣,本文简要介绍我国对北极的5次海洋考察和正在进行的第6次考察。对我国在北极及其毗邻海域水声学研究方面所面临的挑战提出初步的应对措施。