水声学第八章-水下噪声[精]课件.ppt
- 【下载声明】
1. 本站全部试题类文档,若标题没写含答案,则无答案;标题注明含答案的文档,主观题也可能无答案。请谨慎下单,一旦售出,不予退换。
2. 本站全部PPT文档均不含视频和音频,PPT中出现的音频或视频标识(或文字)仅表示流程,实际无音频或视频文件。请谨慎下单,一旦售出,不予退换。
3. 本页资料《水声学第八章-水下噪声[精]课件.ppt》由用户(晟晟文业)主动上传,其收益全归该用户。163文库仅提供信息存储空间,仅对该用户上传内容的表现方式做保护处理,对上传内容本身不做任何修改或编辑。 若此文所含内容侵犯了您的版权或隐私,请立即通知163文库(点击联系客服),我们立即给予删除!
4. 请根据预览情况,自愿下载本文。本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
5. 本站所有资源如无特殊说明,都需要本地电脑安装OFFICE2007及以上版本和PDF阅读器,压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 声学 第八 水下 噪声 课件
- 资源描述:
-
1、2023-1-281第八章第八章 水下噪声水下噪声 2023-1-282本章主要内容本章主要内容n噪声的基本概念(了解)噪声的基本概念(了解)q噪声是一种随机过程噪声是一种随机过程q噪声的频谱分析噪声的频谱分析q水下噪声的指向性特性水下噪声的指向性特性n海洋环境噪声(了解)海洋环境噪声(了解)q深海中的环境噪声源深海中的环境噪声源q深海环境噪声谱深海环境噪声谱q自然噪声的间歇源及自然噪声的变化特性自然噪声的间歇源及自然噪声的变化特性q海洋环境噪声的振幅分布和空间相关海洋环境噪声的振幅分布和空间相关2023-1-283本章主要内容本章主要内容n海洋环境噪声(了解)海洋环境噪声(了解)q海洋环境噪
2、声的指向性海洋环境噪声的指向性n舰船和鱼雷的辐射噪声(了解)舰船和鱼雷的辐射噪声(了解)q舰船辐射噪声的声源级和噪声谱(重点)舰船辐射噪声的声源级和噪声谱(重点)q舰船辐射噪声源及其一般特性舰船辐射噪声源及其一般特性n机械噪声机械噪声n螺旋桨噪声螺旋桨噪声n水动力噪声水动力噪声2023-1-284本章主要内容本章主要内容n舰船和鱼雷的辐射噪声(了解)舰船和鱼雷的辐射噪声(了解)q辐射噪声源概要辐射噪声源概要q舰船、潜艇、鱼雷的辐射噪声级舰船、潜艇、鱼雷的辐射噪声级 q辐射噪声的测量辐射噪声的测量n舰船、潜艇和鱼雷的自噪声(了解)舰船、潜艇和鱼雷的自噪声(了解)q舰船自噪声源及其一般特性舰船自噪
3、声源及其一般特性q自噪声的传播路径自噪声的传播路径q自噪声级自噪声级q舰船自噪声的测量舰船自噪声的测量2023-1-285本章主要内容本章主要内容n舰船噪声控制简介(了解)舰船噪声控制简介(了解)q舰船噪声控制方法分类舰船噪声控制方法分类q机械噪声的控制机械噪声的控制q螺旋桨噪声的控制螺旋桨噪声的控制q水动力噪声的控制水动力噪声的控制 2023-1-288n噪声的基本概念噪声的基本概念n高斯噪声高斯噪声 若噪声的若噪声的声压声压概率密度函数表示为:概率密度函数表示为:上述概率密度函数为上述概率密度函数为高斯分布高斯分布,相应的噪声称为,相应的噪声称为高斯高斯噪声噪声。其均值和方差为:。其均值和
4、方差为:提示提示:水下噪声研究中经常将某一类干扰假定为高斯:水下噪声研究中经常将某一类干扰假定为高斯噪声。噪声。222pe21p pdpp dppp222023-1-289n噪声的基本概念噪声的基本概念q噪声是一种随机过程噪声是一种随机过程 一般,表征噪声统计特性的统计量:一般,表征噪声统计特性的统计量:概率密度函数概率密度函数、数学期望数学期望、方差方差、相关函数相关函数、功率谱功率谱。n白噪声白噪声 由随机过程理论可知,噪声由随机过程理论可知,噪声自相关函数自相关函数的傅立叶变的傅立叶变换即为换即为功率谱密度函数功率谱密度函数:功率谱是均匀的功率谱是均匀的噪声,则称之为噪声,则称之为白噪声
5、白噪声。deRSdttptpT21limRjTTT2023-1-2810n噪声的基本概念噪声的基本概念q噪声是一种随机过程噪声是一种随机过程 n噪声声压有效值噪声声压有效值 定义定义:等于介质阻抗为单位值时平均声强:等于介质阻抗为单位值时平均声强 的平的平方根。方根。如果假设噪声的平均值为零,介质阻抗为单位值,则如果假设噪声的平均值为零,介质阻抗为单位值,则它的方差便等于平均声强:它的方差便等于平均声强:dp)p(pI222/T2/T2T2dt)t(pT1limI2/T2/T2Tedt)t(pT1IplimepI2023-1-2811n噪声的基本概念噪声的基本概念q噪声的频谱分析噪声的频谱分析
6、 n噪声声压是一个随机量,与时间量之间不存在确噪声声压是一个随机量,与时间量之间不存在确定关系,因此分析噪声声压幅值的频谱没有意义;定关系,因此分析噪声声压幅值的频谱没有意义;n随机过程的功率谱函数是一个确定的统计量,反随机过程的功率谱函数是一个确定的统计量,反映了该过程的各频率分量的平均强度。映了该过程的各频率分量的平均强度。根据信号频谱曲线形状划分:根据信号频谱曲线形状划分:n线谱线谱:数学上能够用傅氏级数来表示,水声中周:数学上能够用傅氏级数来表示,水声中周期、准周期信号的频谱就是线谱信号;期、准周期信号的频谱就是线谱信号;n连续谱连续谱:频谱分析用傅氏变换来表示,水声中瞬:频谱分析用傅
7、氏变换来表示,水声中瞬态非周期信号的频谱就是连续谱。态非周期信号的频谱就是连续谱。2023-1-2812n噪声的基本概念噪声的基本概念q噪声的频谱分析噪声的频谱分析 n声强平均频谱密度声强平均频谱密度 n声强频谱密度函数声强频谱密度函数 n带宽内的总声强:带宽内的总声强:提示提示:连续谱某确定频率分量上的声强贡献无限小。:连续谱某确定频率分量上的声强贡献无限小。iiifIS dfdIfIlimfSii0fi 21ffdffSI2023-1-2813n噪声的基本概念噪声的基本概念q噪声的频谱分析噪声的频谱分析 n海洋环境噪声级海洋环境噪声级 假设水听器工作带宽内噪声谱为假设水听器工作带宽内噪声谱
8、为 、且其响应、且其响应是均匀的,则有:是均匀的,则有:因此有因此有 提示提示:水下噪声是多种噪声源的综合迭加,每种噪:水下噪声是多种噪声源的综合迭加,每种噪声源的激励不尽相同,因此,它可能是线谱,也可声源的激励不尽相同,因此,它可能是线谱,也可能是连续谱,甚至是两种的迭加。能是连续谱,甚至是两种的迭加。0/lg10IINLN)f(SfSIN0/lg10lg10ISfNL2023-1-2814n噪声的基本概念噪声的基本概念q水下噪声的指向性特性水下噪声的指向性特性 n水下噪声具有指向性水下噪声具有指向性 原因原因:噪声源具有指向性、噪声源空间分布、海:噪声源具有指向性、噪声源空间分布、海洋传播
9、条件等。洋传播条件等。提示提示:工程上将噪声视为各向同性的,便于处理。:工程上将噪声视为各向同性的,便于处理。n常识常识:海面噪声(风浪噪声):海面噪声(风浪噪声)垂直指向性;垂直指向性;远处航船的辐射噪声远处航船的辐射噪声水平指向性。水平指向性。2023-1-2815n海洋环境噪声海洋环境噪声 海洋环境噪声海洋环境噪声也称也称自然噪声自然噪声,研究环境噪声的,研究环境噪声的目的:解决目的:解决NL及其时空统计特性与环境因素之间的及其时空统计特性与环境因素之间的依赖关系,找出其规律,并由此作出必要的预报,依赖关系,找出其规律,并由此作出必要的预报,为声纳设备设计、制作提供必要的数据。为声纳设备
10、设计、制作提供必要的数据。q深海中的环境噪声源深海中的环境噪声源从低频到高频次序讨论噪声源及其特性:从低频到高频次序讨论噪声源及其特性:n潮汐和波浪的海水静压力效应潮汐和波浪的海水静压力效应 潮汐和海面波浪是海洋内部海水静压力变化的潮汐和海面波浪是海洋内部海水静压力变化的原因,它们是低频噪声源。原因,它们是低频噪声源。2023-1-2816n海洋环境噪声海洋环境噪声 q深海中的环境噪声源深海中的环境噪声源n地震扰动地震扰动 地震是海洋中的极低频噪声源。地震是海洋中的极低频噪声源。n海洋湍流海洋湍流 湍流产生噪声的方式:湍流产生噪声的方式:湍流使水听器、电缆等颤动或作响湍流使水听器、电缆等颤动或
11、作响自噪声自噪声(不是自然噪声);(不是自然噪声);湍流压力变化辐射噪声湍流压力变化辐射噪声四极子源,随距离四极子源,随距离迅速衰减,不是主要源;湍流区内部压力的声迅速衰减,不是主要源;湍流区内部压力的声效应。海洋湍流是海洋中的低频噪声源。效应。海洋湍流是海洋中的低频噪声源。2023-1-2817n海洋环境噪声海洋环境噪声q深海中的环境噪声源深海中的环境噪声源n行船行船 行船是行船是50Hz500Hz频率范围内的主要噪声源,频率范围内的主要噪声源,与风和天气无关。与风和天气无关。n海面波浪海面波浪 海面波浪噪声是海面波浪噪声是500Hz25000Hz频率范围内的噪声频率范围内的噪声源,与海况直
12、接相关。源,与海况直接相关。Kundson海洋环境噪声谱海洋环境噪声谱 2023-1-2818n海洋环境噪声海洋环境噪声q深海中的环境噪声源深海中的环境噪声源n热噪声热噪声 海洋分子的热噪声限制水听器的高频灵敏度,海洋分子的热噪声限制水听器的高频灵敏度,等效热噪声谱级:等效热噪声谱级:式中,式中,DI为指向性指数,单位为指向性指数,单位dB;E为转换效率,单位为转换效率,单位dB;f 为频率,单位为频率,单位kHz。EDIflg20115NL2023-1-2819n海洋环境噪声海洋环境噪声q深海环境噪声谱深海环境噪声谱 Wenz谱级图谱级图:在一般:在一般情况下,它能够比较细致情况下,它能够比
13、较细致地描写出环境噪声的普遍地描写出环境噪声的普遍规律性,被认为最具代表规律性,被认为最具代表性的深海噪声谱曲线。性的深海噪声谱曲线。2023-1-2820n海洋环境噪声海洋环境噪声q深海环境噪声谱深海环境噪声谱 深海环境噪声谱的例子深海环境噪声谱的例子如右图,谱由斜率不同的如右图,谱由斜率不同的五部分五部分组成,解释如下:组成,解释如下:1)1Hz以下,这段谱至今以下,这段谱至今还不为人所知。估计该噪还不为人所知。估计该噪声来源于海水静压力效应声来源于海水静压力效应或是地球内部的地震扰动。或是地球内部的地震扰动。2023-1-2821n海洋环境噪声海洋环境噪声q深海环境噪声谱深海环境噪声谱2
14、)谱斜率为谱斜率为-8-10dB/倍频倍频程,与风速仅有很微弱的关程,与风速仅有很微弱的关系,最可能的噪声源是湍流。系,最可能的噪声源是湍流。3)自然噪声谱变平,远处自然噪声谱变平,远处行船是主要噪声源。行船是主要噪声源。4)具有具有-5-6dB/倍频程,噪倍频程,噪声源是不远处的粗糙海面。声源是不远处的粗糙海面。5)海水介质分子热运动噪海水介质分子热运动噪声,谱线斜率为声,谱线斜率为6dB/倍频程。倍频程。2023-1-2822n海洋环境噪声海洋环境噪声q深海环境噪声谱深海环境噪声谱 工程上,为预报海洋环境噪声级,需要不同条工程上,为预报海洋环境噪声级,需要不同条件下的平均典型自然噪声谱,见
15、下图。件下的平均典型自然噪声谱,见下图。图中画出了不同航图中画出了不同航运和风速条件下的预报运和风速条件下的预报用曲线。使用时,选择用曲线。使用时,选择适当的航运和风速条件适当的航运和风速条件曲线,和相邻频段的曲曲线,和相邻频段的曲线连接起来,近似地预线连接起来,近似地预报自然噪声谱。报自然噪声谱。2023-1-2823n海洋环境噪声海洋环境噪声q自然噪声的间歇源及自然噪声的变化特性自然噪声的间歇源及自然噪声的变化特性n间歇源的噪声源间歇源的噪声源1)它是一种暂时存在的噪声源,如能发声的海洋它是一种暂时存在的噪声源,如能发声的海洋生物、降雨等。生物、降雨等。2)海洋生物:甲壳类、鱼类和海生哺乳
16、类海洋生物:甲壳类、鱼类和海生哺乳类特特殊的鸣声、嘈杂声等;殊的鸣声、嘈杂声等;3)降雨:提高自然噪声级,与降雨率和面积有降雨:提高自然噪声级,与降雨率和面积有关关在在1kHz10kHz频段接近于白噪声。频段接近于白噪声。n变化特性变化特性 自然噪声具有易变性。产生原因:噪声源的易变自然噪声具有易变性。产生原因:噪声源的易变性和传播条件的改变。性和传播条件的改变。2023-1-2824n海洋环境噪声海洋环境噪声q海洋环境噪声的振幅分布和空间相关海洋环境噪声的振幅分布和空间相关 n振幅分布振幅分布 根据中心极限定理,海洋环境噪声的振幅根据中心极限定理,海洋环境噪声的振幅分布是分布是高斯分布高斯分
17、布,但在近海面其分布比高斯型,但在近海面其分布比高斯型尖,原因是噪声源数目不够大。尖,原因是噪声源数目不够大。n空间相关性空间相关性 噪声的空间相关噪声的空间相关:指海中相隔开的水听器接收:指海中相隔开的水听器接收到的噪声的乘积对时间的平均。两个相距为到的噪声的乘积对时间的平均。两个相距为 的的各向同性单频噪声各向同性单频噪声的相关系数为的相关系数为 kdkdd/sin)(d2023-1-2825n海洋环境噪声海洋环境噪声q海洋环境噪声的振幅分布和空间相关海洋环境噪声的振幅分布和空间相关 Cron和和Sherman研究了具有研究了具有 指向性的指向性的单频噪声源构成的单频噪声源构成的界面噪声场
18、界面噪声场的相关系数。的相关系数。(B.F.Cron,C.H.Sherman.Spatial-correlation functions for various noise models.J.Acoust.Soc.Am.,1962,34(11)。n当当 时,时,n当当 时,水平方向:时,水平方向:垂直方向:垂直方向:mcos)cos()0,(00kdJdR2)(12)0,(kdikdeedikdikdRkdkdJd)(2)0,(1R0m1m2023-1-2826n海洋环境噪声海洋环境噪声q海洋环境噪声的振幅分布和空间相关海洋环境噪声的振幅分布和空间相关 海面粗糙度形成的噪声场具有海面粗糙度形成
19、的噪声场具有 的指向特的指向特性。单频各向同性噪声和辐射特性为性。单频各向同性噪声和辐射特性为 的面声的面声源噪声空间相关系数曲线如下图:源噪声空间相关系数曲线如下图:2cos2cos2023-1-2827n海洋环境噪声海洋环境噪声q深海环境噪声的指向性深海环境噪声的指向性 深海自然噪声具有指向性:深海自然噪声具有指向性:n低频噪声来自远处低频噪声来自远处水平指向性水平指向性n高频噪声源来自顶部的海面高频噪声源来自顶部的海面垂直指向性垂直指向性 提示提示:海面辐射噪声具有:海面辐射噪声具有 的指向特性的指向特性(噪声源和海面上虚源干涉效应引起的)。(噪声源和海面上虚源干涉效应引起的)。mcos
20、2023-1-2828n舰船和鱼雷的辐射噪声舰船和鱼雷的辐射噪声q舰船、潜艇和鱼雷的辐射噪声是被动声纳系统赖以舰船、潜艇和鱼雷的辐射噪声是被动声纳系统赖以探测、跟踪的信号。探测、跟踪的信号。q舰船辐射噪声的危害:舰船辐射噪声的危害:n破坏了舰船的隐蔽性;破坏了舰船的隐蔽性;n可能引爆某些水中兵器;可能引爆某些水中兵器;n干扰本舰的水声设备(自噪声)。干扰本舰的水声设备(自噪声)。q舰船、鱼雷辐射噪声特点舰船、鱼雷辐射噪声特点n噪声源繁多、集中,噪声强度大,频谱成分复杂。噪声源繁多、集中,噪声强度大,频谱成分复杂。2023-1-2829n舰船和鱼雷的辐射噪声舰船和鱼雷的辐射噪声2023-1-28
21、30n舰船和鱼雷的辐射噪声舰船和鱼雷的辐射噪声2023-1-2831n舰船辐射噪声的声源级和噪声谱舰船辐射噪声的声源级和噪声谱q舰船辐射噪声声源级舰船辐射噪声声源级n在在远场远场测得噪声级后,再修正传播损失,归算到测得噪声级后,再修正传播损失,归算到离声源离声源声中心声中心1米处米处,并计算出,并计算出1Hz带宽内的声带宽内的声强,则声源级(谱级)为:强,则声源级(谱级)为:式中,式中,是换能器工作带宽,是换能器工作带宽,为参考声强,为参考声强,为距声源声中心为距声源声中心1米处的噪声声强。米处的噪声声强。fIIlg10SL0Nf0INI2023-1-2832n舰船辐射噪声的声源级和噪声谱舰船
22、辐射噪声的声源级和噪声谱q噪声谱基本类型噪声谱基本类型n连续谱;连续谱;n线谱;线谱;n舰船辐射噪声为线谱和连续谱的迭加。舰船辐射噪声为线谱和连续谱的迭加。2023-1-2833n舰船辐射噪声源及其一般特性舰船辐射噪声源及其一般特性 q舰船辐射噪声源分为三大类舰船辐射噪声源分为三大类n机械噪声机械噪声 主机:柴油机、主电动机、减速器主机:柴油机、主电动机、减速器 辅机:发动机、泵、空调设备辅机:发动机、泵、空调设备 n螺旋桨噪声螺旋桨噪声 螺旋桨空化螺旋桨空化 螺旋桨叶片振动螺旋桨叶片振动 n水动力噪声水动力噪声 水流辐射噪声;空腔、板和附件的共振;支柱水流辐射噪声;空腔、板和附件的共振;支柱
23、和附件的空化和附件的空化 2023-1-2834n舰船辐射噪声源及其一般特性舰船辐射噪声源及其一般特性 q机械噪声机械噪声n机械噪声机械噪声是航行或作业舰船上的各种机械的振是航行或作业舰船上的各种机械的振动,通过船体向水中辐射而形成的噪声。动,通过船体向水中辐射而形成的噪声。n产生机理:产生机理:(1)不平衡的旋转部件(电机电枢等);)不平衡的旋转部件(电机电枢等);(2)重复的不连续性(齿轮、涡轮机叶片等);)重复的不连续性(齿轮、涡轮机叶片等);(3)往复部件(汽缸的爆炸)往复部件(汽缸的爆炸)产生线谱噪声,产生线谱噪声,其成分是振动基频及其谐波分量其成分是振动基频及其谐波分量(4)流体空
24、化和湍流及排气(泵、管道、凝汽器等);)流体空化和湍流及排气(泵、管道、凝汽器等);(5)机械摩擦(轴承等)机械摩擦(轴承等)产生连续谱噪声。产生连续谱噪声。2023-1-2835n舰船辐射噪声源及其一般特性舰船辐射噪声源及其一般特性 q机械噪声机械噪声n结论结论:(1)舰船辐射噪声为强线谱加弱连续谱的迭加,)舰船辐射噪声为强线谱加弱连续谱的迭加,与舰船航行状态及机械工作状态密切相关,一与舰船航行状态及机械工作状态密切相关,一般较复杂、多变;般较复杂、多变;(2)机械噪声是舰船辐射噪声低频段主要成分。)机械噪声是舰船辐射噪声低频段主要成分。q螺旋桨噪声螺旋桨噪声 n螺旋桨噪声螺旋桨噪声:螺旋桨
展开阅读全文