声学是一门科学--声学:科学、技术与艺术之一

声学是一门具有广泛应用性的学科，涉及到人类生产、生活及社会活动的各个方面；同时声学又是一门具有很强交叉渗透性的学科，与各种新学科、新技术相互作用，相互促进，不断地吸收、应用和发展新的思想，增强了声学的生命力、竞争力和学术与艺术魅力．本文从科学、技术与艺术等几个方面，介绍了声学的学科发展，特别是在科学与技术上的新的研究方向与进展．     

海底介质的声学特性研究

海底作为声波在水中传播的下边界,其声学特性对水中声场分布的影响巨大。在近60年的研究中,海底沉积物的声学特性建模研究已取得众多成果,然而这些成果还远远不能满足现代化水声技术发展的要求。文章从基本的海底结构组成出发,在海底地声建模的基础上揭示出声波与海底的作用关系。     

气泡对沉积物声学特性影响研究:以东海沉积物为例

气泡对海底沉积物的声学物理特性的影响在海洋学、海洋地质学和海洋地球物理学等领域中都有着重要的研究意义. 利用Micro-CT扫描仪对沉积物样品进行无损检测扫描, 根据沉积物样品中水、气和固体颗粒对X射线吸收率的不同, 提取了沉积物的气体体积(气泡)含量. 利用智能非金属超声检测仪对沉积物样品进行超声无损测定, 得到沉积物声速与衰减. 通过回归分析, 建立了样品采集海域沉积物孔隙填充气体与流体含量与沉积物声学特性之间的相关关系. 结果表明: 含气量的少许增大就会引起声速的急剧降低和声衰减的急剧上升, 但含气量超过10%后, 这种上升和降低的幅度明显减小.     

海底表层沉积物声速的环境因素影响特性

应用声速通用模型开展理论分析,结合温度-压力可控实验测量分析,研究地声反演、海底原位声学测量和采样样品声学测量3种主要的海底表层沉积物声学特性测量方法中,存在的环境因素影响机制和特性。理论计算与实验测量研究具有一致性,揭示温度和静水压力对海底表层沉积物的压缩波声速的影响机制主要是通过影响孔隙海水的密度、黏度、体积弹性模量体现的。在海底4000 m以内的表层海底沉积物通常存在的海底温度和静水压力范围内,发现声速比不为常数,随着温度升高和静水压力增大而呈现出细微减小趋势,理论计算海底沉积物与底层海水声速比波动度在2%以内,实验测量声速比波动度在2.73%以内。基于声速比不为常数,提出修正声速比校正模型,为减小温度和静水压力影响因素误差,更准确地实现不同原位、实验室环境状态下的海底沉积物声速的分析和比较提供了改进方法。     

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。     

气泡体积分数对沙质沉积物低频声学特性的影响

由于有机物质分解等原因,实际的海底沉积物中存在气泡,气泡的存在会显著影响沉积物低频段的声学特性,因此研究气泡对沉积物低频段声速的影响机理具有重要意义.考虑到外场环境的不可控性,在室内水池中搭建了大尺度含气非饱和沙质沉积物声学特性获取平台,在有界空间中应用多水听器反演方法首次获取了含气非饱和沙质沉积物300—3000 Hz频段内的声速数据(79—142 m/s),并同时利用双水听器法获取了同一频段的数据(112—121 m/s).在声波频率远低于沉积物中最大气泡的共振频率时,根据等效介质理论,将孔隙水和气泡等效为一种均匀流体,改进了水饱和等效密度流体近似模型.模型揭示了气泡对沉积物低频段声学特性的影响规律,理论上解释了沉积物中声速的降低.通过分析模型预报声速对模型参数的敏感性,根据测量得到的声速分布反演得到了沉积物不同区域的气泡体积分数,气泡体积分数从1.07%变化到2.81%.改进的模型为沉积物中气泡体积分数估计提供了一种新方法.     

发展储层声学理论，创新深部钻测技术 —— “储层声学论文专栏”主编序言

“储层声学”属于多相孔隙固体介质声学的研究范畴,它是研究声波在储层中的产生、传播、接收及声波与储层相互作用及应用等的一门学问。储层声学从提出到现在有十多年的发展历史,它虽是一个年轻的声学分支,但它是在面向地震勘探和地震储层预测等基础问题上发展起来的,且在实际需求的驱动下发展迅速。储层声学要回答以下问题:声波是如何在孔隙性、裂缝性及各向异性的多相储层介质中传播的,组成储层的各组分及特性等对声波的传播是如何影响的,如何利用这些声学特征来描述储层的组分和特性以及声波引起的各种物理效应与储层是如何相互作用的。     

海底单参数频域反演与沉积物分类

为了快速获取海底声学特性,从降低反演参数维数入手,提出一种基于海底单参数(小掠射角下海底反射损失随掠射角的变化率)的频域反演方法,并用于沉积物分类。在海底单参数模型基础上,对海底反射信号进行频域相关处理,利用几何射线理论,推导获得海底单参数与归一化频域自相关系数下降至0.5时频移量之间的关系表达式。通过研究海底单参数与沉积物类型之间的等效关系,对海底沉积物进行分类。对波兰波罗的海实验数据进行实际反演,得到1000~2500 Hz频段内的海底单参数值,进而判定实验海域海底沉积物类型为极细砂。结果表明,根据单参数反演值预报的声传播损失与实验测量值符合较好,利用频域反演结果获得的海底沉积物类型与取样结果一致,验证了实验海域频域反演方法的有效性及分类结果的正确性。     

海底沉积物声特性与海水深度变化关系的研究

海底沉积物声特性的实验室测量结果,相对原位直接测量,将由于测量环境的改变而发生变化。其中海水深度(压强)的改变是影响海底沉积物声传播速度、声传播衰减系数的因素之一。文章以现有海底沉积物纵波传播速度理论为依据,分析了海水深度(压强)影响海底沉积物声传播速度、声传播衰减系数的原因;设计了海底沉积物声特性实验室仿真测量系统,并根据实验数据获得海水深度(压强)影响海底沉积物声传播速度、声传播衰减系数的变化规律。     

现代音乐声学——一门显示音乐与物理的联系及当代科学、文化发展特点的交叉学科

 现代音乐声学是由传统的音乐声学发展而来的。传统的音乐声学主要是乐器声学。本文从科学与艺术结合的角度来阐述。一、当代科学、文化发展的特点除了各门学科本身的不断发展、深化、提高、扩展以外,当前的科学、文化发展有以下三个显著的特点:一是各种学科的交叉渗透达到了一个新的阶段。     

《声学最新进展》即将出版

随着科学技术的发展,声学的应用日益广泛.为了推动声学研究和应用,促进声学技术交流,中国科学院声学研究所编辑了《声学最新进展》一书.书中收入了声学界著名学者和有关科技人员编写的十六篇反映声学各分支学科进展的综述和介绍美、苏、英、法、西德、日本、澳大利亚等国声学发展概况的文章.内容包     

声学是一门技术 ——声学:科学、技术与艺术之二

1声学是一门技术 我们说，声学是一门技术，是因为我们可以利用已经知道的声学的科学原理，去改造人类的生存环境，去发展适应人类需求的各种方法和工具．     

南海峡谷慕斯地层的近底声学探测

为测量南海深海表层沉积物反射特性,在探索一号TS12航次中,使用高频浅地层剖面仪搭载深海勇士号载人潜水器,潜水器下潜深度1578 m,高频浅地层剖面仪(110 kHz)近底作业高度约2 m,在南海北部琼东南盆地大陆坡峡谷进行了近底浅表沉积物反射测量。浅地层剖面图像表明峡谷海底表层2 m内沉积物存在5分层结构的慕斯地层。慕斯地层水-沉积物界面反射强度平均值-11.86 dB,标准差2.51 dB,原位取样结果测量得沉积物颗粒平均粒径7.2μm,反射系数与沉积物粒径结果均表明慕斯地层表面为泥质沉积物。慕斯地层处于大陆坡峡谷折弯处,其中的沉积物大量来自浊流输运,特殊的地理环境使不同时期经浊流输运而来的沉积物通过沉降形成了具有典型分层结构的慕斯地层。首次获得了慕斯地层的高分辨声学剖面图像,为研究海底表层沉积物的细致分层和声学特性提供了依据,同时由于慕斯地层汇聚了大量输运而来的沉积物,对海底沉积历史特性具有重要的研究价值。     

量子声学及其应用

量子声学是声学的一个前沿和刚刚活跃起来的分支,是继电子学、光子学之后发展迅速的一门新学科,本文就量子声学的诞生,定义和所涉及的内容进行了讨论,较为系统地介绍了与量子声学有关的理论、材料、器件和应用进展。     

南海北部负跃层环境下海底参数声学反演

利用2015年南海北部声学实验的实验数据,对海底声学参数进行反演。在综合分析声速起伏及海底模型对海底反演影响的基础上,通过选择等效的海水声速剖面和海底模型,改进了多参量联合地声反演方法,使得其不仅能解决反演中的多值性问题,还能适用于负跃层起伏环境下的声学反演。即当用匹配场反演海底声速和用传播损失反演海底衰减时,如果温跃层内有内波等随机起伏,可使用传播路径上平均声速剖面和单层等效海底进行声场计算。反演得到的海底声速和密度结果与海底采样测量符合较好,拟合给出了海底衰减系数随频率的非线性经验关系式。反演结果可为南海北部声传播规律研究与应用提供海底参数。     

现代声学评述

本文介绍了声学发展的概况和它与其它学科的关系，阐述了在经典声学基础上发展起来的现代声学体系，讨论了现代声学中主要分支学科的内容和８０年代现代声学的进展，最后指出了由于数字技术和微处理机的应用，声学中的理论工作，实验测量技术，以及为改善听闻条件的高保真录声、放声技术，已出现一个新的飞跃．根据作者在中国科学技术大学研究生院开圾的“近代声学”课程的讲稿整理而成．     

会议报道

4月3日至7日,中国声学学会学术委员会邀请部分声学专家,在无锡市座谈了有关我国声学发展的战略问题. 专家们首先指出,声学是一门应用技术学科,具有很强的实用性.因此,在声学科研工作中贯彻面向社会、与国民经济密切结合的方针是可行的而且是必需     

重塑砂质含气沉积物的声响应特性与模型预测分析

海洋沉积物中气泡的存在对沉积物的声学特性有显著影响.为实现在实验室内对不同初始应力条件下含气沉积物的声学特性测量,研制了一套可用于土工三轴仪的双探针声学测量系统,基于CT扫描试验获得重塑含气砂样品中气泡群的尺寸分布,确定其共振频率范围.试验结果表明:细砂沉积物声速随气体含量的增加呈指数型降低,衰减系数随气体含量的增加呈...     

重视学生学习物理过程中的几个问题

物理学是一门研究物质运动规律．物质的基本结构及物质问相互作用的学科．它是其它自然科学和社会科学的基础．物理学揭示的时空与物质的关系及其相对性等概念深刻地影响着人们的哲学观念．物理学也是应用学科的基础．如电工学、无线电理论、微波理论都是以电磁场理论为基础；建筑学、水利学则要用到力学、声学等理论．根据物理学所涉及的内容和架构，以及物理学与先进的科学技术的关系，     

海底底质的声学遥感和声学分类

海洋研究和海洋开发是新技术革命的重要内容.海洋开发迫切,需要了解海底底质和地层的情况,海底勘探过去主要靠钻探和取样.但在海洋条件下,钻探和取样非常费时和费力,代价很大.因此,使用声学方法,快速地了解海底底质及矿藏的情况,就成为非常必要.