6.3 海水中气泡的声学特性.pdf

水声学

UnderwaterAcoustics

海水中气泡的声学特性

前言

海面表层内的空气泡

海面的不平整性及波浪产生的小气泡对声波的散射形成海

面混响

海面混响的特性与水中气泡的声学特性密切相关

小气泡对声波有吸收作用

小气泡不属于吸声材料

小气泡群的吸收和散射作用使得声波通过这种气泡群后会

产生很大衰减

小气泡对声波的吸收作用

衰减的原因

气泡散射——气泡的存在使介质出现不连续性。

气泡再辐射——在入射声波作用下，气泡作受迫振动，

向周围介质辐射声能。

气泡热传导——气泡的压缩、膨胀产生热传导。

流体粘滞作用——水介质与气泡的磨擦产生热能。

结论：气泡对声波的衰减来自气泡的吸收作用和散射作用

小气泡的共振频率

小气泡类似于谐振腔，在声波的作用下，其振动机电类比

电路如下：

R

s

m

s

FD

等效弹性系数—DPS2/V共振质量—mscS0ka

000

辐射声阻—RcS(ka)2总压力—FPS

s000

小气泡的共振频率

小气泡作受迫振动时等效机械阻抗:

3P

0

ZmcS0kai122ka①



a

标准状态下：1.41

13P

气泡的共振频率：f00

2a

小气泡的共振频率

例：对于水中的气泡，取1g/cm3，空气的1.41，气泡在

水面附近，则P0为1标准大气压时的共振频率：

f00.33/a

频率单位为kHz；a的单位为cm

结论：半径在（0.1~0.01）cm数量级范围内的气泡的共振频

率为（3.3~33）kHz，而声纳的工作频率恰好在此范围，所以