基于变换声学的角反射器的设计*

基于超材料的新型声学器件是近年来的研究热点,变换声学为这些新型声学器件的实现带来了可能。该文提出了一种基于变换声学的声反射器模型的设计方法。通过简单的线性映射,该声反射器具有均匀而各向异性的参数。利用Biot流体等效介质理论,通过周期分层结构可以对该反射器进行实现。仿真结果显示,在一定角度范围内,该反射器可以将声波按照入射方向进行反射,同时也验证了该结构的宽频有效性。     

虚拟接收目标定位技术中引导声源对目标声源的信噪比补偿

目标声源的低信噪比是目标定位技术中的瓶颈。在浅海近似均匀环境中,利用虚拟接收方法对声源测距的目标定位方法相比于传统的匹配场定位方法可以避免对环境参数和声场模型的依赖,同时省去生成拷贝场时的大量计算。通过数值模拟和实验数据处理,比较了在虚拟接收方法声源测距中不同信噪比的引导声源对目标声源测距的结果。提高引导声源的信噪比,可以一定程度上提高于涉条纹清晰度,从而提高测距准确度。提高引导声源的信噪比可作为目标声源的信噪比补偿是利用虚拟接收方法的目标定位技术的又一个优点。      

微穿孔板和小孔喷注——马大猷教授对声学的特殊贡献

微穿孔板吸声体是马大猷教授提出的一项特殊的设计技术,自上世纪80年代以来被广泛地应用在音质处理和噪声控制中。微穿孔板吸声体是一种无纤维的宽带吸声材料,它不仅能够应用在传统的建筑声学和噪声控制等领域中,更有意义的是它适用于高温、高速气流、高洁净、需要透明采光等一些极端条件下。当微穿孔板后面有一定的空腔时,它可以在低频的几个频程内具有很高的吸声系数。在喷注噪声控制理论方面,马教授根据小孔喷注噪声与其压力和直径的关系,根据人的听觉生理和心理特性,提出了在气流或者蒸汽出口的颈部处设计合适的小孔结构,可以大大减少气流噪声对人的干扰作用可听声频段内的声辐射,降噪量一般来说可以达到20~60 dBA的降噪量。这就是小孔喷注理论。本文回顾了马大猷教授在他学术生涯第二个春天里结出的这两颗硕果——微穿孔板和小孔喷注,关于微穿孔板在声场和声源噪声控制中的声学特性理论,主要回顾和讨论了微穿孔板结构的研究进展及其在噪声控制中的实际应用,以及小孔喷注噪声的主要能量转移到超声波频段内的物理概念,这一概念对现代喷注噪声控制的发展依然具有重要意义。      

银/二氧化硅复合材料对硝酸钠红外吸收光谱特性影响

对海洋营养盐进行快速检测是海洋污染监控中的一项重要任务。测量了硝酸钠溶液蒸发过程中的红外光谱,发现表面增强红外光谱法在营养盐的快速检测中有重要的应用价值。采用Stober方法制备了二氧化硅纳米颗粒,然后采用银氨溶液与二氧化硅溶液混合的方法制备银/二氧化硅(Ag/SiO₂)复合材料,并利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)以及紫外-可见(UV-Visible)吸收光谱对其进行表征。研究了硝酸钠水溶液干燥过程中Ag/SiO₂复合材料对硝酸钠红外吸收光谱的影响,结果表明硝酸根反对称伸缩振动吸收峰的吸收强度得到增强,这可能来自Ag/SiO₂薄膜材料的界面效应。     

ACOUSTICAL TRANSMISSION LINE MODEL FOR ULTRASONIC TRANSDUCERS FOR WIDE-BANDWIDTH APPLICATION

An improved model for ultrasonic transducers is proposed.By considering only the first symmetric mode,each layer is represented as an acoustical transmission line in modeling of bulk wave transducers.In imaging applications,wide bandwidth and short time duration are required.The approach we have used consists of impedance matching the front face of the piezoelectric transducer to the propagating medium with a quarter wavelength impedance matching layer and inserting an unmatching quarter wavelength acoustical layer between the rear face and backing material.A heavy backing would degrade the wide-band phenomena,but show a time duration shorter than 0.5 μs for imaging applications.PSPICE code of the controlled source model is implemented to precisely predict the performance of the matched transducers such as impedance,insertion loss,bandwidth and duration of the impulse response.Good agreement between the simulation and experimental results has been achieved.     

Noise Shielding Using Acoustic Metamaterials

We exploit theoretically a class of rectangular cylindrical devices for noise shielding by using acoustic metamateriais. The function of noise shielding is justified by both the far-field and near-field full-wave simulations based on the finite element method. The enlargement of equivalent acoustic scattering cross sections is revealed to be the physical mechanism for this function. This work makes it possible to design a window with both noise shielding and air flow.     

Variational principles for two kinds of extended Korteweg—de Vries equations

Variational principles are constructed using the semi-inverse method for two kinds of extended Korteweg—de Vries (KdV) equations, which can be regarded as simple models of the nonlinear oceanic internal waves and atmospheric long waves, respectively. The obtained variational principles have also been proved to be correct.     

基于集合卡尔曼变换的东中国海声学 敏感区判定方法*

为改善海洋与水声环境预报质量,针对常规观测成本高、资料利用率低等问题,将适应性观测方法应用于海洋声学领域。结合海洋-声学耦合模式与集合卡尔曼转换敏感区诊断方法,以东中国海宫古海峡北部区域为验证区,计算并分析不同条件下海洋环境敏感区与声学敏感区分布,通过观测系统模拟试验验证适应性观测对验证区预报的提升效果。结果表明,两种敏感区位置随时间间隔增加均向验证区上游移动,海洋环境敏感区相比于声学敏感区分布更为集中,且平移特征更明显;对海洋环境敏感区和声学敏感区添加适应性观测均能提升海洋与水声环境的预报质量,提升效果随时间间隔增加而减小,在某种类型敏感区的适应性观测对相对应参数的预报质量提升效果优于对其他类型敏感区进行观测的效果。     

海洋湍流中光波特征参量和短期光束扩展的研究

Nikishov等建立的海洋湍流功率谱模型中,假设了海水有着稳定的分层.但是,实际海水通常不是稳定分层的,温度与盐度的涡流扩散率是不相等的.2017年,Elamassie等建立了考虑这些因素的更合理的海洋湍流功率谱模型.湍流介质中光波空间相干长度等基本特征参量在表征湍流强度和光传输相位校正技术等方面起着重要作用.本文基于Elamassie海洋湍流功率谱模型,重新推导出了海洋湍流中光波结构函数、光波空间相干长度和Fried参数的解析公式,并校验了所得公式的正确性.研究发现：当温度变化引起的光学湍流占主导地位时,Nikishov海洋湍流功率谱模型把湍流强度低估了;当盐度变化引起的光学湍流占主导地位时,Nikishov海洋湍流功率谱模型把湍流强度高估了.基于Elamassie海洋湍流功率谱模型,本文推导出了高斯光束短期光束扩展的半解析公式,并验证了其正确性.研究还表明：海水稳定分层与否,短期光束扩展差异很大.本文研究结果对水下湍流环境中的光通信、成像和传感等应用具有重要意义.     

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。