Волков М.В., Григорьев В.А., Луньков А.А., Петников В.Г. «Неоднородное поле скорости звука в дне Карского моря и его влияние на распространение акустических волн» Ученые записки физического факультета МГУ, № 1, с. 2010101-1_-2010101-4 (2020)

В работе проведён статистический анализ пространственных вариаций скорости звука в верхнем слое донных осадков для одного из районов Карского моря. Для анализа использовано распределение скорости звука, полученное по данным 3D-сейсморазведки. Обнаружена пространственная анизотропия этой квазислучайной физической величины. Её радиус пространственной корреляции может изменяться от сотен метров до единиц километров в зависимости от выбранного направления в горизонтальной плоскости. Рассмотрена задача о взаимодействии нормальных волн (мод) в мелководной акватории постоянной глубины на частоте 250 Гц над участком дна с изменяющимся импедансом. Предполагалось, что изменение импеданса обусловлено вариациями профиля скорости звука в донном осадочном слое, отмеченными выше. Показано, что при типичных горизонтальных градиентах скорости звука в дне Карского моря и при использовании точечного излучателя межмодовое взаимодействие проявляется слабо, поэтому для расчёта звуковых полей можно пользоваться адиабатическим приближением. В то же время это взаимодействие может оказаться заметным при возбуждении отдельных волноводных мод.

Переселков С.А., Кузькин В.М., Badiey M., Казначеев И.В., Ткаченко С.А. «Интерферограмма звукового поля при наличии интенсивных внутренних волн на океаническом шельфе» Ученые записки физического факультета МГУ, № 1, с. 2010102-1_-2010102-5 (2020)

Приведены результаты обработки эксперимента SWARM-95, когда на стационарной трассе интенсивные внутренние волны приводили к взаимодействию мод акустического поля источника. Двукратным преобразованием Фурье интерферограммы на голограмме получены области локализации спектральной плотности, обусловленные невозмущенным и возмущенным полями.

Переселков С.А., Кузькин В.М., Кузнецов Г.Н., Ляхов Г.А., Казначеева Е.С. «Локализация источника звука в отсутствие информации о передаточной функции волновода» Ученые записки физического факультета МГУ, № 1, с. 2010103-1_-2010103-4 (2020)

Проанализирована разрешающая способность голографического метода локализации источника звука по его шумовому полю. Представлены два варианта реализации метода, которые для определения координат источника не требуют знания характеристик среды распространения.

Смирнов И.П., Сазонтов А.Г. «Определение направления на источник в акустическом волноводе с помощью адаптивной горизонтальной антенной решетки» Ученые записки физического факультета МГУ, № 1, с. 2010104-1_-2010104-6 (2020)

Построен адаптивный алгоритм пониженного ранга, позволяющий определить направления на источники звука с помощью горизонтальной антенной решетки, работающей в волноводе с неточно известными параметрами. Представлены результаты статистического моделирования, демонстрирующие высокую разрешающую способность предложенного метода и приемлемую точность оценивания углового положения источников без использования априорной информации о глубине их погружения и расстояния до приемной антенны.

Гончаренко Б.И., Медведева Е.В., Шуруп А.С. «Особенности формирования скалярно-векторных характеристик звукового поля в мелком пресном водоеме в летний период и зимой при наличии ледового покрова» Ученые записки физического факультета МГУ, № 1, с. 2010105-1_-2010105-4 (2020)

Обсуждаются результаты двух экспериментов по измерений векторно-фазовой структуры акустического поля на гидроакустическом полигоне МГУ в акватории Клязьминского водохранилища в зимний и летний периоды. Для регистрации звукового давления и трех взаимно ортогональных составляющих колебательной скорости использовались установленные на дно акватории автономные станции, содержащие векторные приемники и приемники звукового давления. Источником шумового сигнала летом являлось судно, проходящее вблизи точек расположения станций. На основе экспериментальных данных рассчитаны зависимости спадания относительных уровней различных составляющих звукового поля от расстояния до источника. Демонстрируется возможность регистрации сигнала воздушного движущегося шумового источника (пассажирский самолет), донными станциями в условиях рассматриваемого эксперимента. Для зимних условий при наличии ледового покрова выявлена пространственная анизотропия естественных шумов акватории.

Бритенков А.К., Боголюбов Б.Н., Фарфель В.А. «Электроакустические характеристики экспериментального преобразователя продольно-изгибного типа со сложной формой излучающей оболочки» Ученые записки физического факультета МГУ, № 1, с. 2010106-1_-2010106-5 (2020)

Разработанный компактный гидроакустический излучатель с цельнометаллическим корпусом сложной формы из титана лишён проблем с герметизацией, традиционных для преобразователей такого типа, имеет большую эффективную площадь излучающей поверхности и чувствительность при одинаковых размерах с аналогами. Испытания экспериментального излучателя с активным элементом из 8 пьезокерамических колец показали, что на резонансе 1,7 кГц в воде такой излучатель имеет КПД около 30%, излучает акустическую мощность на уровне 70 Вт, демонстрируя ресурс не менее 10¹⁰ циклов. Высокая удельная мощность (более 300 Вт/м³) при ширине полосы 25% позволяет применять подобный излучатель для малогабаритных и миниатюрных гидроакустических систем, модемов и устройств управления в диапазоне частот от 1,6–2,5 кГц и до 12–18 кГц.

Акуличев В.А., Буланов В.А., Бугаева Л.К. «Влияние пузырьковых облаков в возмущенном приповерхностном слое океана на распространение звука» Ученые записки физического факультета МГУ, № 1, с. 2010107-1_-2010107-4 (2020)

Обсуждено распространение звука в море при наличии приповерхностного слоя пузырьков с привлечением последних экспериментальных результатов для функции распределения пузырьков по размерам g(R), полученной при различной скорости ветра и различных состояниях поверхности моря. Показано, что наличие диссипации в приповерхностном слое пузырьков с увеличением объемной концентрации больше 10^–6 способно приводить к существенной перестройке структуры акустического поля. Ключевые слова: морская вода, пузырьки, поглощение звука.

Потапова Р.К., Потапов В.В. «Акустико-семантический контент речевой коммуникации в робототехнике» Ученые записки физического факультета МГУ, № 1, с. 2010201-1_-2010201-3 (2020)

Представлен подход к исследованию акустико-семантического контента, обеспечивающего эффект речевой коммуникации реципрокного типа, позволяющий реализовать двунаправленный диалог «человек– машина» и «машина - человек», что на данной ступени развития робототехники является одной из приоритетных задач реализации обратной связи в быстродействующем экономном режиме «стимул-реакция»↔«реакция-стимул» применительно к различным видам коммуникации в робототехнике, что нашло отражение в подходах, объединяемых в настоящее время в научно-исследовательскую область «Interactive Collaborative Robotics» (см., например, R. Potapova “Speech Dialogue as a Part of Human-Machine Interactive Systems” in: “Interactive Collaborative Robotics. 1st International Conference – ICR 2016”, LNAI 9812, Springer International Publishing, pp. 208-218). На данном этапе активно разрабатываются различные модели человеко-машинных интерфейсов, входящих в состав интерактивных систем робототехники. Наряду с методами распознавания зрительных образов (мимики, жестов и т.д.) основополагающими остаются направления исследований в области акустико-семантического контента, включающего профильные базы данных, базы знаний, алгоритмы управления коммуникативным актом, а также типом и степенью интерактивности.

Римская-Корсакова Л.К., Нечаев Д.И. «Основанное на громкости обнаружение тестового импульса, предъявляемого до или после периодической последовательности помеховых импульсов» Ученые записки физического факультета МГУ, № 1, с. 2010202-1_-2010202-5 (2020)

Искали проявления маскировки громкости отдельных импульсов в последовательности с периодом следования Т из диапазона 20–150 мс. Тестовым был первый или последний импульс последовательности из 12 сходных узкополосных импульсов. Варьировали период Т и уровень тестового импульса, чтобы определить порог его обнаружения и тот минимальный период следования T_min, при котором возможно его обнаружение. При периоде T_min определяли сдвиг порога dIso, как разность порогов обнаружения замаскированного и одиночного импульсов. Полагали, что показатели T_min и dIso характеризовали временное разрешение громкости и изменение громкости тестового импульса вследствие маскировки. Показатели сравнивали с показателями суммации последовательностей импульсов у слушателей с нормальным слухом (первая группа) и кохлеарными потерями (вторая группа). Показатели T_min и dIso слушателей первой группы коррелировали с показателями суммации: чем больше суммация, тем больше были показатели T_min и dIso. Сдвиг dIso при T_min достигал 10–20 дБ при разных положениях тестового импульса. У слушателей второй группы, хотя суммация была слабой, периоды T_min были заметно больше, а сдвиги dIso – меньше, чем у слушателей первой группы. Принимая импульсы за модели фонем согласных, пролагали, что слуховая чувствительность и свойства временной маскировки громкости фонем согласных ответственны за их восприятие, за разборчивость речи. Ключевые слова: маскировка, громкость, фонема, импульс, последовательность

Городный В.А., Ляксо Е.Е. «Временные и частотные характеристики речи детей 6–7 лет с синдромом Дауна» Ученые записки физического факультета МГУ, № 1, с. 2010203-1_-2010203-6 (2020)

Синдром Дауна является хромосомным заболеванием, для которого характерны особенности строения речевого тракта и мышечная гипотония, влияющие на акустические параметры речевого сигнала. Цель исследования – сравнительный анализ временных и частотных характеристик речи детей с синдромом Дауна. В исследовании приняли участие 20 детей 6–7 лет: с синдромом Дауна (СД, n=10) и типично развивающиеся (ТР, n=10). Запись и анализ речи детей проведены по методике, разработанной в Группе по изучению детской речи СПбГУ. Спектрографический анализ речи детей осуществлен в звуковом редакторе «Cool Edit Pro 2.0». Для слов и гласных из слов детей определены значения длительности и частоты основного тона (ЧОТ). Определяли значения формант, считали значения площадей формантных треугольников гласных и индексы артикуляции гласных. Показано, что длительности слов, ударных и безударных гласных в словах детей с СД значимо выше, по сравнению с соответствующими характеристиками речи ТР детей. Значения ЧОТ слов, ударных и безударных гласных из слов детей с СД выше, чем у ТР сверстников. Для детей с СД характерны низкие значения индекса артикуляции ударных гласных. Значения площадей формантных треугольников безударных гласных в словах выше у детей с СД. Таким образом, в исследовании получены данные об акустических характеристиках речи детей с синдромом Дауна и определены различия между детьми с СД и типично развивающимися детьми.

Глебова Г.М., Кузнецов Г.Н. «Потенциальная точность оценки направленности излучения протяженного источника с использованием векторно-скалярной антенны» Ученые записки физического факультета МГУ, № 1, с. 2010301-1_-2010301-6 (2020)

Исследуется потенциальная точность оценки направленности излучения протяженным источником, акустическая модель которого представляется совокупностью распределенных вдоль апертуры и одновременно излучающих элементарных источников монопольного типа. Задаются исходное распределение звуковой энергии вдоль апертуры и корреляционные характеристики источников. Предполагается, что протяженный источник движется параллельно векторно-скалярной антенне (ВСА), которая регистрирует интерференционное поле на фоне шумов моря. Расчет погрешности оценки параметров выполняется с использованием скалярных, векторно-скалярных и потоковых компонент. Показано, что в мелком или глубоком море суперпозиция малошумных источников, параметры которых были вычислены при решении обратной задачи в волноводе, достаточно точно формирует поле, эквивалентное полю от протяженного многоэлементного источника с заданными параметрами, но наименьшие погрешности получены при использовании векторно-скалярной или потоковой обработки.

Драченко В.Н., Кузнецов Г.Н., Михнюк А.Н. «Оценка координат движущегося источника с использованием векторно-скалярной антенны» Ученые записки физического факультета МГУ, № 1, с. 2010302-1_-2010302-5 (2020)

Приведены и обсуждаются экспериментальные результаты обнаружения и оценки координат стационарного и движущегося по сложной траектории широкополосного источника. Эксперименты выполнены в мелком море. Согласованная фильтрация производилась с использованием лучевой модели волновода. Установлено хорошее согласие полученных экспериментально оценок и исходных данных.

Бритенков А.К., Канаков О.И. «Влияние первичных параметров соединительного кабеля на точность измерений электроакустических характеристик мощных низкочастотных гидроакустических излучателей» Ученые записки физического факультета МГУ, № 1, с. 2010303-1_-2010303-5 (2020)

Специфика разработки низкочастотных гидроакустических излучателей под конкретные задачи накладывает жёсткие требования к обеспечению заданных электроакустических параметров преобразователя, что требует точного измерения характеристик при проведении испытаний. Использование длинного кабеля от системы возбуждения до излучателя без учёта электрических характеристик такой линии приводит с одной стороны, к уменьшению точности измерений, а с другой – к отсутствию оптимального согласования системы возбуждения и низкочастотного излучателя, снижая эффективность работы излучающего комплекса в целом. Исследования влияния кабеля длиной 1 км на результаты измерений электроакустических характеристик излучателя и параметров его эквивалентной схемы показали, что вносимые погрешности при измерении резонансной частоты и ширины полосы частот в диапазоне до 1 кГц несущественны, однако значения напряжения и тока системы возбуждения значительно отличаются от значений тока и напряжения на излучателе. КПД и чувствительность излучателя оказываются занижены по отношению к его реальным характеристикам. В работе приведены рекомендации по методике измерений и обработке экспериментальных данных с учётом первичных параметров кабеля для различных метрологических задач гидро- и электроакустики, радио- и электротехники для любых нагрузок в диапазоне звуковых и ультразвуковых частот.

Захаров В.О., Лебедев М.В. «Применение методов машинного обучения для оптимального хранения информации о вертикальном разрезе скорости звука» Ученые записки физического факультета МГУ, № 1, с. 2010304-1_-2010304-6 (2020)

Представлены результаты исследования различных методов сжатия информации о вертикальном разрезе скорости звука (ВРСЗ), а именно: метод главных компонент, нейронные сети, K-SVD. Также приведено сравнение этих методов сжатия информации с точки зрения наилучшего восстановления информации о месяце в котором производилось измерение ВРСЗ. Для этого использовались следующие методы классификации: бустинг, логистическая регрессия, случайный лес. Все исследования проводились с базой профилей Баренцева моря.

Захаров Д.Д. «Метод нахождения комплексно-значного спектра волновых чисел изотропно-слоистых пластин в низкочастотном диапазоне» Ученые записки физического факультета МГУ, № 1, с. 2010401-1_-2010401-9 (2020)

Излагается новый численно-аналитический метод исследования полного спектра волновых чисел изотропно-слоистых пластин упругих с однородными граничными условиями на лицевых поверхностях. В такой задаче при каждой фиксированной частоте имеется конечное число вещественных волновых чисел и бесконечное (счетное) множество комплексно-значных волновых чисел, что и представляет наибольшую трудность. За последние сорок лет только для двух видов упругих волноводов – однородной изотропной пластины и однородного изотропного цилиндрического тела – полный спектр изучен относительно детально. Несмотря на развитие многих эффективных численных методов, задача нахождения всего счетного множества комплексно-значных волновых чисел для волн с PSV- поляризацией слабо изучена, что и мотивировало работу. Для этой целью предложены удобные матрицы-пропагаторы, получены их обращения в замкнутом виде и построены асимптотики при больших по модулю значениях волновых чисел. Получены в замкнутом виде дисперсионные уравнения и их асимптотическое представление при больших волновых числах или малых частотах. Предложен метод вывода асимптотик волновых чисел в статике, в длинноволновом приближении, а также итерационный алгоритм их уточнения для расчета точных комплексно-значных дисперсионных кривых. Приведены пример расчета спектра волновых чисел для волн Лэмба в трехслойной пластине с оценкой численной и асимптотической погрешности метода. Проведен параметрический анализ результатов.

Лаврова М.А., Канев Н.Г. «Экспериментальное исследование рассеивателей звука различной формы» Ученые записки физического факультета МГУ, № 1, с. 2010601-1_-2010601-4 (2020)

Представлены результаты исследования звукорассеивающих свойств трех видов объемных элементов, имеющих пирамидальную, кубическую и полусферическую формы. Проведены сравнительные измерения коэффициента рассеяния при нормальном падении звуковой волны, а также влияние их концентрации, т.е. количества элементов на единицу площади, на эффективность рассеяния. Получены зависимости звукорассеивающих свойств для трех форм рассеивателей при различной их концентрации: от 2 до 121 элементов на тестовой поверхности. Во всех случаях элементы распределены равномерно по поверхности. Установлено, что при малой концентрации (2–20 рассеивателей на тестовой стенке) наиболее эффективны кубические рассеиватели, а наименее эффективны – пирамидальные. С ростом концентрации элементов сечение рассеяния пирамидальных элементов увеличивается, а сечение рассеяния кубических и полусферических элементов достигает некоторого предельного значения.

Сумбатян М.А., Боев Н.В. «Об отражении звука от криволинейных поверхностей в акустике помещений» Ученые записки физического факультета МГУ, № 1, с. 2010602-1_-2010602-7 (2020)

Исследуется приближенный подход к отражению звука от криволинейных поверхностей, основанный на их замене набором плоских отражателей. Вопрос о точности такого приближения остается открытым. Предлагается новый метод решения данной актуальной проблемы. Рассматривается асимптотически точное решение, соответствующее лучевой теории звука. Явные формулы сравниваются с методом трассировки лучей (МТЛ).

Бычков О.П., Копьев В.Ф., Фараносов Г.А. «Валидация двухточечной модели предсказания низкочастотного усиления шума струи вблизи крыла» Ученые записки физического факультета МГУ, № 1, с. 2010801-1_-2010801-8 (2020)

При близком расположении реактивного двигателя и крыла самолета на низких и средних частотах может возникать интенсивный шум, связанный с взаимодействием струи и задней кромки крыла. Для проведения расчетных оценок вклада данного эффекта в уровни шума самолета на местности на ранних этапах проектирования необходимо использование надежных предсказательных моделей. В работе предложена и валидирована модификация разработанной ранее аналитической модели шума взаимодействия, в основе которой лежит идея о рассеянии линейных гидродинамических пульсаций ближнего поля турбулентной струи на задней кромке крыла. Для валидации модели методом LES проведено численное моделирование шума струи вблизи прямоугольной пластины, имитирующей крыло самолета. Показано, что модифицированная модель, имеющая простой набор входных параметров, позволяет с приемлемой точностью предсказывать основные характеристики шума взаимодействия струи и крыла, в том числе в условиях наличия спутного потока, характерных для взлета и посадки самолета.

Гойхбург М.В., Бахшинян В.В., Важыбок А., Вилигес Б., Юргенс Т., Таварткиладзе Г.А. «Корреляция разборчивости речи и частотной разрешающей способности слуха у пациентов после кохлеарной имплантации» Ученые записки физического факультета МГУ, № 1, с. 2010901-1_-2010901-5 (2020)

Одной из наиболее частых жалоб пациентов с двусторонней сенсоневральной глухотой после кохлеарной имплантации (КИ) является ухудшение разборчивости речи в шумной обстановке. При проведении исследований за рубежом была доказана корреляция между разборчивостью речи и спектральной разрешающей способностью слуха (ЧРС) у нормально слышащих испытуемых. Цель исследования: определить корреляцию разборчивости речи в шуме с ЧРС слуха у пользователей КИ. Материалы и методы исследования: для оценки разборчивости речи в шуме использовался международный Ольденбургский фразовый тест RUMatrix, для определения ЧРС слуха - спектрально-временной модулированный гребенчатый тест SMRT (spectral-temporally modulated ripple test). В контрольную группу включено 15 испытуемых без нарушений слуха, которые были исследованы в оригинальной версии тестов и с использованием вокодера. В исследование включено 22 пациента после КИ, использующих системы производства фирмы «Cochlear», с опытом использования системы КИ более 3 лет. Результаты: проведенное исследование в контрольной группе выявило высокую корреляцию результатов SMRT-теста и RUMatrix. Группа пациентов после КИ состояла из пре- и постлингвально оглохших пациентов. В группе постлинально оглохших пациентов была выявлена корреляция между разборчивостью речи в шуме и ЧРС слуха (R2=0,55), в прелингвальной группе данная корреляция не выявлена (R2=0,03). Выводы: SMRT-тест коррелирует с данными речевой аудиометрии, что позволяет использовать его для оценки результатов реабилитации пациентов вне зависимости от уровня речевого развития.

Крохмаль А.А., Сапожников О.А., Цысарь С.А., Кудан Е.В., Нежурина Е.К., Хесуани Ю.Д., Парфенов В.А. «Биофабрикация кольцеобразного конструкта из тканевых сфероидов в магнитоакустическом поле» Ученые записки физического факультета МГУ, № 1, с. 2010902-1_-2010902-4 (2020)

Предложен новый метод биофабрикации тканеинженерных конструктов из тканевых сфероидов, основанный на манипулировании сфероидами с помощью магнитного и акустического полей. В отличие от большинства современных методов, использующих каркасы для придания тканевому конструкту нужной формы, в предложенном методе фабрикация производится левитирующими сфероидами. Эффект левитации достигается за счет сильного градиента магнитного поля и разницы парамагнитных восприимчивостей сфероидов и раствора, в котором они находятся. Конструкт был сформирован в области, где гравитация была компенсирована вертикальной компонентой магнитной силы, и из-за магнитного градиента в горизонтальной плоскости тканевые сфероиды перемещались навстречу друг другу, поднимаясь над дном контейнера. В свою очередь, акустическое поле формировало структуру собираемого тканеинженерного конструкта. Одной из наиболее желаемых форм является трубка или кольцо (как предельный случай трубки), так как именно такую форму имеют сосуды в тканях человека. Такая форма была сфабрикована с помощью цилиндрического пьезоэлектрического преобразователя, который создавал стоячее цилиндрическое ультразвуковое поле в своей внутренней области. Акустическая радиационная сила действовала от пучности к узлу, формируя кольцо из тканевых сфероидов. Удерживание сфероидов в такой ловушке в течение 18–20 часов привело к их слиянию в сплошную живую ткань в форме кольца. Изменение частоты и амплитуды ультразвуковой волны позволило регулировать диаметр и толщину конгломерата сфероидов.

Иванов М.П., Бибиков Н.Г., Данилов Н.А., Соколов П.А., Романов Б.В., Красницкий Б.Ю., Стефанов В.Е. «Сравнительная оценка эхолокационных и коммуникационных сигналов дельфинов» Ученые записки физического факультета МГУ, № 1, с. 2010903-1_-2010903-8 (2020)

Произведен анализ сигналов дельфинов, осуществляющих поиск подводных объектов на больших дистанциях в сложных условиях антропогенных помех. Показано, что при коммуникационном поведении в этих условиях дельфины также используют похожие пакеты ультракоротких импульсов (УКИ). С помощью разработанного алгоритма обработки звуковых файлов выделены некоторые характерные последовательности сигналов, которые однозначно связаны с условиями лабораторного опыта. Это позволило найти закономерности и различия в пакетах сигналов. Интервал между пакетами импульсов зависит от дальности до объекта поиска и, как правило, больше, чем время, необходимое для их анализа идеальному наблюдателю. В режиме вербального взаимодействия дельфины используют сложные составные сигналы, состоящие из пакетов УКИ и ЧМ импульсов. Пакеты коммуникационных сигналов изменяются по длительности (от 120 мс до 1100 мс) и количеству (от 25 до 100 импульсов). Имитация сигналов китообразных позволяет создать набор скрытных сигналов, которые будут восприниматься оператором как сигналы, принадлежащие животным. В условиях шельфа скрытную передачу гидроакустической информации с использованием биоподобных сигналов можно также создать на основе имитации коротких широкополосных (больше 100 кГц) звуков раков-щелкунов, которые к настоящему времени становятся весьма обычными не только в тропических и субтропических акваториях, но и в умеренных европейских и дальневосточных водах.

Манаков С.А., Коньков А.И. «Метод определения профилей продольной и сдвиговой волн по анализу сейсмического шума» Ученые записки физического факультета МГУ, № 1, с. 2011001-1_-2011001-6 (2020)

Представлены результаты развития метода пассивной томографии на поверхностной волне Рэлея. В новой методике предлагается проводить совместный анализ частотных зависимостей фазовой скорости и отношения проекций смещения для реконструкции профилей скоростей обеих упругих волн. В свою очередь, частотные зависимости определяются из корреляционных функций сейсмического шума, записанного в разных точках. Обсуждаются особенности влияния неравномерности распределения источников шума, а также результаты применения метода на реальных данных.

Преснов Д.А., Собисевич А.Л., Шуруп А.С. «Сейсмоакустическая модовая томография осадков, водной толщи и льда мелкого моря» Ученые записки физического факультета МГУ, № 1, с. 2011002-1_-2011002-4 (2020)

Представлены результаты натурных испытаний в ледовых условиях Ладожского озера морских сейсморазведочных излучателей и площадной измерительной сейсмоакустической системы на основе автономных буёв вмораживаемого типа. Демонстрируется возможность выделения в принимаемом сигнале отдельных нормальных мод, распространяющихся в слоистой системе «ледовый покров–водный слой–осадочный слой–упругое полупространство». Рассматривается схема совместной томографической оценки характеристик дна, водного слоя и ледового покрова.

Новиков Е.А., Зайцев М.Г., Клементьев Е.А. «Акустическая эмиссия мерзлых грунтовых оснований в условиях их повторно-переменного термомеханического нагружения» Ученые записки физического факультета МГУ, № 1, с. 2011003-1_-2011003-4 (2020)

Экспериментально установлены закономерности акустической эмиссии в мерзлых грунтах различного вещественного состава, подверженных многократным циклам растепления-заморозки и находящихся при этом под действием квазистатической одноосной механической нагрузки. Исследовано влияние на эти закономерности гранулометрического состава грунта, степени его засоленности, переменной интенсивности температурного воздействия и неоднородности распределения термического градиента. Представлены характеристики и конструктивное исполнение необходимого для выполнения данных исследований аппаратурного измерительного комплекса. Последний также позволяет верифицировать результаты акустических измерений параллельно получаемыми данными ультразвукового прозвучивания и измерения сопротивления вдавливания в грунт зонда. Изложена и обоснована методика интерпретации установленных акустико-эмиссионных закономерностей, позволяющая по параметрам и характеру акустической эмиссии грунтового материала с учетом действия вышеуказанных факторов судить о его несущей способности и стадии деформированного состояния.

Гутова С.Ю. «≈700 Гц в русской аутентичной певческой фонации» Ученые записки физического факультета МГУ, № 1, с. 2011101-1_-2011201-5 (2020)

Приведены данные по экспериментальному измерению акустического сигнала вокальной речи русских этнопевцов методом слоговой артикуляции. В исследовании участвовали три группы исполнителей – традиционные певцы из различных регионов России, профессиональные и полупрофессиональные исполнители, работающие в фольклоризированной манере, и ученики автора. Для объективности анализировались 12 образцов фольклорных песен, исполненных аутентичными певцами и «перепетых» фольклоризированными исполнителями. Установлено, что в аутентичном голосе обнаруживается устойчивое присутствие частоты колебания в ≈700 Гц (это 698, 46 Гц – по таблице А. Веркмейстера, 700 Гц или немного выше). Есть основания полагать, что данная частота, являющаяся первой гармоникой к основному тону f в данном случае первой октавы и находящаяся на стыке низкой и средней певческих формант, имеет важное значение для обертоново-резонансного раскрашивания русского традиционного этнозвука. Выявлено, что ≈700 Гц: • проявляются на ноте f независимо от октавного расположения и всегда динамически активнее других гармоник; • присущи рече-певческой позиции, т. е. диалектной вокальной речи; • влияют на эстетические качества певческого звука. На ≈700 Гц: • выстраиваются обертоны натурального звукоряда, а также образуются специфические обертоны, которые проявляются при особых акустических условиях на длинных звуках-интонемах; • усиливается резонансное свойство звука; • межформантные области более плотные и насыщены гармониками. В фольклоризированном голосе эта частота присутствует только в 40% случаев, а в аутентичном – 90%. Эксперимент с усилением частоты ≈700 Гц на учащихся показал возможность обучения по методике гармонического усиления для улучшения вокального звука. Исходя из данных эксперимента и трудов других исследователей следует, что ≈700 Гц связаны с биофизическими свойствами рече-дыхательной системы, а значит, данная частота является природным акустическим механизмом.

Хватов А.А. «Анализ бесконечной периодической структуры и ее конечной части с учетом слабой нелинейности» Ученые записки физического факультета МГУ, № 1, с. 2011201-1_-2011201-5 (2020)

Рассмотрен вопрос применимости теории Флоке на примере слабо нелинейной структуры. Теория Флоке, применяемая в линейных случаях, не применима в случаях, где не выполняется свойство трансляционной симметрии. Для попытки распространить теорию Флоке на нелинейный случай была рассмотрена задача об акустических волноводах произвольного типа, соединенных пружиной с нелинейной жесткостью. Такого рода структура, очевидно, не имеет свойства трансляционной симметрии. Однако, с некоторыми оговорками, такие задачи можно так же рассматривать в рамках теории Флоке. С другой стороны, можно рассмотреть задачу о собственных частотах конечной части, которая не имеет ограничений на вид акустического волновода и его свойства. Таким образом, можно рассмотреть подобную структуру с двух сторон и оценить предсказания полос запирания, полученные в рамках двух различных задач. Для наглядности, взята задача предсказания полос запирания в бесконечной периодической слабо нелинейной структуре, состоящей из балок, соединенных пружиной с нелинейной жесткостью.

Гурбатов С.Н., Дерябин М.С., Касьянов Д.А., Курин В.В., Тюрина А.В. «Экспериментальное исследование дифракции ударных акустических волн на краю экрана» Ученые записки физического факультета МГУ, № 1, с. 2011202-1_-2011202-4 (2020)

Приведены результаты экспериментального исследования дифракции ударных акустических волн на краю экрана. Лабораторные эксперименты проводились в дегазированной дистиллированной воде при нормальных климатических условиях на установке, обеспечивающей позиционирование приемно-излучающей системы по трем линейным координатам с точностью не менее 6 мкм. В качестве излучателей использовались поршневые преобразователи с рабочими частотами 1 и 2 МГц, с различными диаметрами апертур от 1 до 4 см. Максимальная амплитуда акустического давления на апертуре излучателей составляла 1 МПа. Регистрация профиля акустической волны осуществлялась с помощью мембранного гидрофона, имеющего практически равномерную характеристику чувствительности в полосе частот вплоть до 40 МГц. В результате экспериментов удалось обнаружить некоторые особенности дифракции интенсивных акустических пучков. В частности, вблизи акустической оси излучателя регистрируются профили акустических волн, имеющих спектральную характеристику с законом спадания гармоник, существенно отличающимся от случая безграничного пространства. В поперечных распределениях амплитуд гармоник с номерами выше 7 наблюдался дополнительный экстремум, связанный как с дифракцией отдельных гармоник, так и с продолжающейся нелинейной генерацией кратных накачке частот.

Гусев В.А. «Радиационные силы и акустические течения в жидком слое на упругой подложке» Ученые записки физического факультета МГУ, № 1, с. 2011203-1_-2011203-4 (2020)

Исследованы особенности формирования и структуры полей радиационных сил в жидком слое, создаваемых поверхностной акустической волной на границе жидкой и упругой сред. Проанализированы различные механизмы возникновения радиационных сил и их воздействие на среду и взвешенные в ней частицы. Показано, что в зависимости от размеров частиц и соотношения плотностей определяющими будут различные механизмы. А именно, на частицы относительно крупных размеров действует радиационная сила (ее можно назвать "линейной"), связанная с рассеянием акустического поля на частице и различием импульсов перед и за частицей. Усреднение приводит к появлению ненулевой силы, причем нелинейные параметры среды в первом приближении здесь несущественны. Крупные частицы сложнее увлекаются акустическими потоками и для них преобладающим является "линейный" механизм. Необходимо отметить, что именно этот "линейный" механизм преимущественно и подразумевают, когда говорят о радиационном давлении. Напротив, для частиц малого размера (наночастиц) этот механизм оказывается неэффективным и им можно пренебречь по сравнению с другим механизмом. Наночастицы будут захватываться акустическими потоками, появление которых обусловлено нелинейностью уравнений гидродинамики. Такой механизм можно назвать "нелинейным", поскольку определяются, в первую очередь, нелинейными параметрами среды. На основе развитой теории радиационных сил рассчитаны акустические потоки в жидком слое на упругой подложке. Обсуждаются особенности структурирования ансамблей взвешенных частиц в таких потоках, а также возможности восстановления параметров сред и наночастиц.

Бычков А.Е., Грязнова И.Ю., Дерябин М.С., Курин В.В., Хилько А.И. «Физическое моделирование распространения звука в шельфовой зоне Мирового океана» Ученые записки физического факультета МГУ, № 1, с. 2011401-1_-2011401-4 (2020)

Целью работы являлось исследование вертикальной структуры коротких модовых импульсов вблизи критических толщин волноводов постоянной и переменной глубины с различными моделями дна. В ходе работы было теоретически получено выражение критерия разрешимости для коротких модовых импульсов в волноводах постоянной глубины с различными типами дна. Получена формула оптимального расстояния разрешения последовательных модовых импульсов, приходящих в точку приема сигнала, в зависимости от параметров излучаемого сигнала и параметров самого волновода. На основе теоретически полученных результатов разработана математическая модель распространения коротких модовых импульсов в волноводах постоянной и переменной глубины. Получена теоретическая модель для расчета огибающей акустического радиоимпульса в волноводе переменной глубины с различными типами дна. Данная модель численно описывает распространение сигнала, в ходе которого происходит разделение излучаемого короткого сигнала на импульсы по отдельным модам, связанное с межмодовой дисперсией, и уширение импульса на каждой моде из-за влияния внутримодовой частотной дисперсии. В ходе экспериментальной части работы проведено измерение амплитуды сигнала от времени на трассах различной длины при фиксированном заглублении приемника, также определялась длительность излученного сигнала на приемнике. Проведено измерение амплитуды принимаемых последовательных модовых импульсов при различных заглублениях приемника.

Петросян С.А., Цысарь С.А., Свет В.Д., Сапожников О.А. «Акустическая визуализация объектов в жидкостях с помощью матрицы из стержневых волноводов» Ученые записки физического факультета МГУ, № 1, с. 2011501-1_-2011501-7 (2020)

На данный момент существует несколько акустических методов визуализации для исследования непрозрачных жидкостей с тепловыми неоднородностями, например, агрессивных химически активных жидкостей и расплавленных металлов, где применение электромагнитных волн зачастую затруднено или просто невозможно, а применение акустических преобразователей для приёма ультразвуковой (УЗ) волны сопряжено с рядом практических трудностей. Главной проблемой при этом является защита пьезопреобразователя от воздействия агрессивной среды и относительно низкая чувствительность высокотемпературных приёмных пьезодатчиков, что затрудняет использование традиционных систем ультразвуковой визуализации. В работе предлагается метод обнаружения и визуализации объектов с использованием сканирующей эхо-импульсной системы, акустические сигналы в которой принимаются через волноводы в виде стальных стержней. Излучение зондирующего импульса в жидкость можно осуществить, используя высокотемпературный пьезоизлучатель, который способен выдержать такие жёсткие условия, либо через стержневой волновод, один конец которого находится в среде с безопасными для работы условиями. На этом конце располагается источник УЗ сигнала. Другой конец погружается в агрессивную жидкость и подводится к участку визуализации для его зондирования. Для регистрации ультразвукового эхо-сигнала, отраженного от объекта исследования, используется многоканальная волноводная система в виде набора металлических стержней, один торец которой находится вблизи объекта визуализации, обеспечивая широкий угол обзора и высокое разрешение. Стержни являются достаточно длинными, так что второй торец приёмной системы находится вне агрессивной жидкости, где уже можно принимать сигналы традиционными методами.

Николаевцев В.А., Сучков С.Г., Селифонов А.В., Сучков Д.С. «Волна И. Анисимкина как длинноволновая ветвь низшей моды Лэмба» Ученые записки физического факультета МГУ, № 1, с. 2011601-1_-2011601-4 (2020)

Исследованы эффективность и селективность возбуждения волны И. Анисимкина в пластине закаленного стекла клиновидным ультразвуковым преобразователем с фазированной решеткой пьезопреобразователей. Установлено, что мода И. Анисимкина в изотропной пластине является вырождением не высшей, а основной симметричной моды Лэмба в длинноволновой области. Построена карта зависимости эффективности возбуждения волн Лэмба и И. Анисимкина от частоты и разности фаз между элементами фазированной решетки. Показано, что эффективное селективное возбуждение волны И. Анисимкина невозможно клиновидным преобразователем с одиночным пьезопреобразователем без использования фазированной решетки.

Николаев Д.А., Цысарь С.А., Хохлова В.А., Сапожников О.А. «Определение характеристик поглощающих слоев с использованием акустической голографии» Ученые записки физического факультета МГУ, № 1, с. 2011602-1_-2011602-6 (2020)

Во многих приложениях, в том числе медицинских, необходимо с высокой точностью знать акустические характеристики твердых материалов, такие как скорость и поглощение упругих волн. Данная работа посвящена экспериментальному определению акустических параметров среды с использованием плосковолновых компонентов углового спектра ультразвукового пучка, получаемых методом акустической голографии. Метод был опробован при характеризации твердотельных материалов. Показано, что предложенный метод позволяет с высокой точностью измерять скорость звука и коэффициент поглощения продольных волн в широком частотном диапазоне.

Ряполов П.А., Полунин В.М., Соколов Е.А. «Гидродинамика и акустика газовых включений в магнитной жидкости в поле кольцевого магнита» Ученые записки физического факультета МГУ, № 1, с. 2011603-1_-2011603-7 (2020)

Магнитные, акустические и теплофизические явления в магнитожидкостных системах нашли применение при конструировании магнитожидкостных герметизаторов, амортизаторов, чувствительных трехосных акселерометров, плотномеров, ряда других прогрессивных устройств. Для проведения экспериментов создана специальная установка с применением системы скоростной видеофиксации результатов эксперимента, а также с регистрацией электромагнитных и акустических возмущений с последующей обработкой. Для серии образцов магнитной жидкости проведен эксперимент по прессингу воздушной полости, в результате которого отделялись газовые пузырьки. Осуществлялась регистрация электромагнитных и акустических возмущений, возникающих при всплытии немагнитного пузырька в магнитной жидкости. По известным выражениям на основе этих данных определены размеры пузырьков. Полученные данные сравниваются с результатами видеофиксации. Сделаны выводы о влиянии физических параметров магнитной жидкости и конфигурации магнитного поля на диаметр получаемых пузырьков.

Симаков И.Г., Гулгенов Ч.Ж., Базарова С.Б. «Акустическое исследование изобары адсорбции паров воды на поверхности ниобата лития» Ученые записки физического факультета МГУ, № 1, с. 2011604-1_-2011604-5 (2020)

В результате адсорбции пара на твердой гидрофильной поверхности адсорбента формируется адсорбционный слой воды. Толщина адсорбционного слоя и физические свойства адсорбированной воды зависят от температуры. Изучено влияние вариаций температуры адсорбента на динамику процесса адсорбции паров воды на поверхности звукопровода из ниобата лития. В диапазоне температур (100–60)°C на поверхности адсорбента присутствуют разрозненные группы молекул воды, локализованные на активных центрах адсорбции. Уменьшение температуры адсорбирующей поверхности звукопровода от ∼60°C до 0°C приводит к образованию адсорбционного слоя и росту его толщины. Показано, что параметры поверхностных акустических волн (ПАВ), в силу выше перечисленных причин, зависят от температуры и динамики адсорбционного процесса. Обнаружено, что время задержки ПАВ при охлаждении адсорбирующей поверхности уменьшается, достигает минимального значения и затем увеличивается. В точке минимума температурный коэффициент времени задержки ПАВ равен нулю. При охлаждении звукопровода во влажной газовой среде кроме изменения его линейных размеров и упругих свойств, имеет место увеличение толщины адсорбционного слоя. Температурная зависимость комплекса перечисленных параметров определяет характер изменения времени задержки ПАВ. Из анализа температурного изменения скорости ПАВ получена изобара адсорбции водяного пара.

Карпов И.А. «Параметрическое моделирование виброакустических дискретно-временных случайных процессов и применение для идентификации колебательных систем» Ученые записки физического факультета МГУ, № 1, с. 2011701-1_-2011701-4 (2020)

Авторегрессионные модели виброакустических сигналов применены для идентификации параметров колебательных систем, в частности, для измерения их демпфирования.

Пудовкин А.А., Кешков Д.И., Китанов М.Ю., Кузнецов Г.Н., Кутаков С.И., Майзель А.Б., Смагин Д.А., Сухарцов А.А. «Поглощение шума при его активном гашении в воздуховоде» Ученые записки физического факультета МГУ, № 1, с. 2011702-1_-2011702-5 (2020)

Подавление широкополосных шумов и вибраций является одной из актуальных акустических задач. Наиболее сложная задача – ослабление низкочастотных возмущений, особенно в широкой полосе. В связи с недостаточной эффективностью пассивных поглотителей на низких частотах для ослабления возмущений рекомендуется использовать активные методы и технические средства. В работе приводятся результаты активного гашения широкополосных возмущений в протяженном цилиндрическом воздуховоде. Усредненное в рабочей полосе частот ослабление мощности шумового возмущения составило 11–12 дБ. Максимальные спектральные плотности подавляются на 16–17 дБ.