Российский фонд
фундаментальных
исследований

Физический факультет
МГУ им. М.В.Ломоносова
 

13.01 Действие акустических колебаний на биологические среды и живые организмы

 

Беликов А.В., Гагарский С.В., Загорулько А.М., Сергеев А.Н., Смирнов С.Н. «Формообразование парогазовой полости при лазерной гидроакустической обработке биоткани в жидкости микросекундными импульсами излучения лазера» Известия высших учебных заведений. Приборостроение, 62, № 2, с. 163-177 (2019)

Представлены результаты исследования динамики формы и размеров парогазовых полостей, возбуждаемых импульсами излучения лазера на иттербий-эрбиевом стекле с волоконным выходом на длине волны 1,54 мкм в свободном объеме жидкости (воды), а также вблизи границы твердого тела (кварц) и эластичного (хрусталик глаза). Исследовано влияние временной субструктуры импульсов общей длительностью в единицы микросекунд на порог появления и процесс формообразования парогазовой полости в жидкости. Установлено, что при фиксированной энергии импульса в свободном объеме жидкости повышение мощности „лидирующего“ пичка в лазерном импульсе приводит к уменьшению порога формирования и увеличению максимального объема полости. В свободном объеме жидкости при общей длительности лазерного импульса 3–3,5 мкс и энергии порядка E=100 мДж максимальный объем парогазовой полости достигает 7 мм3 при интенсивности лазерного излучения на выходном торце оптического волокна в момент действия „лидирующего“ пичка порядка 108 Вт/см2. Максимальный объем парогазовой полости достигается через 165±5 мкс от начала действия лазерного импульса, а коллапс полости происходит через 300±10 мкс. Снижение интенсивности при сохранении общей энергии импульса ведет к замедлению роста парогазовой полости и уменьшению ее максимального объема. Вблизи границы твердого тела парогазовая полость деформируется и приобретает гладкую полусферическую форму, ее объем уменьшается, а время жизни увеличивается до 350±10 мкс. Вблизи границы эластичного тела парогазовая полость также деформируется, приобретает полусферическую форму, но при этом в фазе коллапса вблизи хрусталика на поверхности полости формируются микропузыри размером 40–120 мкм. Вблизи катарактального хрусталика время достижения максимального объема полости и время ее жизни снижаются по сравнению с формированием вблизи границы твердого тела и в свободном объеме воды, а хрусталик глаза разрушается.

Известия высших учебных заведений. Приборостроение, 62, № 2, с. 163-177 (2019) | Рубрики: 06.17 13.01

 

Тактакишвили В.Г., Попов О.Б., Абрамов В.А., Борисов А.А. «Методы компактного представления, оценки и обработки звуковых сигналов на основе их комплексного представления» T-Comm: Телекоммуникации и транспорт, 13, № 2, с. 11-17 (2019)

Предметом исследования является комплексное представление звуковых сигналов. Целью работы являются предложения по разработке методов контроля, обработки и компактного представления звуковых сигналов на основе их комплексного представления. Показано, что практически все каналы, передающие звуковой сигнал, адаптивно меняют свои характеристики в соответствии со свойствами сигнала, что не позволяет сохранить его форму. Выяснено, что алгоритмы, используемые при компактном представлении звукового сигнала, его обработке и объективной оценке качества звучания, достигли предельных возможностей, достижимых при существующих способах представления сигнала во временной и частотной областях. В связи с этим актуальной является задача по разработке новых способов представления звуковых сигналов, которые основаны, в частности, на комплексном представлении сигнала, позволяющего проводить раздельное описание и обработку таких его модуляционных параметров, как аналитическая (Гильбертовская) огибающая, мгновенная фаза и ее первая производная – мгновенная частота. Показано, что основные трудности связаны с необходимостью обеспечения высокой точности формирования ортогонального сигнала, что затруднительно для широкополосных звуковых сигналов. Выяснено, что допустимая ошибка при синтезе ортогонального сигнала не должна превышать 10–5. Обращается внимание на то, что точность синтеза ортогонального сигнала во многом определяется правильным подбором используемой при БПФ оконной функции. Минимальным уровнем боковых лепестков, из известных функций, обладает окно Наттолла, однако, поскольку это окно при любом коэффициенте перекрытия не обеспечивает единичного коэффициента передачи, необходимо введение дополнительной компенсирующей функции после ОБПФ. Показано, что представление звукового сигнала в виде аналитической огибающей и косинуса мгновенной фазы позволило разработать оригинальный, практически безынерционный способ регулирования уровней звукового сигнала, дающий возможность существенно повысить его относительную среднюю мощность без изменения динамического диапазона сигнала, что недостижимо для существующих аналогов. Решение, которое позволило снять проблему возникновения искажений при регулировании, состоит в разделении аналитической огибающей на низкочастотную (НЧ) и высокочастотную (ВЧ) составляющие. Разработанный алгоритм неискажающего компандирования позволяет снизить уровень передаваемого сигнала, как минимум, в два раза – с запасом на искажения реального канала, т.е. уменьшить его мощность в четыре раза, одновременно ОСМ компрессированного сигнала возрастет в 2,5 раза. На основе использования усредненной мгновенной частоты сигнала, выделенной в результате комплексного представления этого звукового сигнала, разработан новый способ адаптивной фильтрации. Разработан способ компактного представления звукового сигнала путем формирования из параметров мгновенной частоты и Гильбертовской амплитудной огибающей квазипостоянных и переменных сигналов на первой, второй и третьей ступенях модуляционного разложения. Показано что использование модуляционных параметров при комплексном представлении сигнала, позволяет повысить эффективность алгоритмов объективной оценки качества передачи сигнала звукового вещания в трактах без сохранения формы, какими являются все современные аналоговые и цифровые тракты. Результаты работы, направленные на разработку новых методов и алгоритмов контроля, обработки и компактного представления звуковых сигналов на основе их комплексного представления позволяют внести как теоретический так и практический вклад в отношении систем формирования, воспроизведения, передачи и хранения звуковых информационных сигналов.

T-Comm: Телекоммуникации и транспорт, 13, № 2, с. 11-17 (2019) | Рубрика: 13.01

 

Герасимов А.Н. «Динамика эпидемического процесса с антибиотикоустойчивым вариантом возбудителя» Математическое моделирование, 31, № 3, с. 109-123 (2019)

Рассмотрена система «паразит-хозяин» с двумя вариантами возбудителя инфекционного заболевания, имеющих полный перекрестный иммунитет, причем один из вариантов может с некоторой вероятностью переходить в другой. Данная система соответствует эпидемическому процессу возбудителя инфекционного возбудителя, имеющего антибиотикоустойчивый вариант. Исследован характер поведения решений. Доказано, что для основного случая имеется единственное нетривиальное стационарное решение, являющееся глобальным аттрактором. Получена скорость экспоненциального приближения малых отклонений к стационарному решению.

Математическое моделирование, 31, № 3, с. 109-123 (2019) | Рубрика: 13.01