Бородина И.А., Зайцев Б.Д., Алсовэйди А.К.М., Караваева О.А., Гулий О.И. «Биологический датчик на основе акустической щелевой моды с использованием микробных клеток для определения ампициллина» Акустический журнал, 68, № 6, с. 583-588 (2022)

Представлен биологический датчик для определения ампициллина в проводящих растворах. Датчик создан на основе акустической щелевой моды в структуре, состоящей из двух пьезопластин ниобата лития различных срезов, разделенных воздушным зазором. Одна из пьезопластин служила дном жидкостного контейнера, в который вносилась суспензия микробных клеток, чувствительных к изучаемому антибиотику. Измерялась глубина резонансных пиков на частотной характеристике полных потерь датчика. После этого в контейнер добавлялся исследуемый антибиотик, и измерения повторялись. Аналитическим сигналом, свидетельствующим о появлении антибиотика в суспензии клеток, служило изменение глубины резонансных пиков после его добавления в контейнер.

Гусев В.А., Жарков Д.А. «Акустические поля и радиационные силы, создаваемые стоячей поверхностной волной в слоистых вязких средах» Акустический журнал, 68, № 6, с. 589-604 (2022)

Рассчитаны поля, амплитудные и дисперсионные характеристики поверхностной акустической волны в системах: “вязкое жидкое полупространство–твердое полупространство” и “слой вязкой жидкости–упругое полупространство” с учетом сдвиговых компонент в жидкости. Рассчитано результирующее радиационное давление, возникающее в слое вязкой жидкости со стороны стоячей поверхностной волны и действующее на элемент ее объема за счет нелинейности уравнений движения в одномодовом и двухмодовом режимах. Показано, что наличие вязкости приводит к нарушению строгой периодичности и симметричности полей радиационных сил и акустических течений. Сдвиговые компоненты вызывают локализованные в узкой приграничной области, но значительные по величине силы радиационного давления. Возбуждение в системе нескольких волновых мод создает предпосылки для создания сложных пространственных распределений полей радиационных сил. Управляя частотой волны и толщиной слоя, можно добиться либо преобладания поля одной моды, либо сопоставимого вклада нескольких мод. В окрестности волнового резонанса преобладает основная мода.

Теплых А.А., Зайцев Б.Д., Семёнов А.П., Бородина И.А. «Влияние электропроводности пленки на характеристики акустического резонатора с радиальным возбуждающим электрическим полем» Акустический журнал, 68, № 6, с. 605-610 (2022)

Приведены результаты исследования влияния электрической проводимости тонкой пленки, нанесенной на торец резонатора с радиальным возбуждающим электрическим полем или находящейся в непосредственной близости от него, на характеристики резонатора. Рассмотрено три ситуации: проводящая пленка отсутствует, пленка нанесена непосредственно на торец резонатора и пленка находится на небольшом расстоянии от свободного торца резонатора. Во всех трех случаях рассчитан и измерен электрический импеданс резонатора в широком частотном диапазоне 1–1500 кГц. Впервые проведено уточнение материальных констант пьезокерамики для свободного и закороченного резонатора и показано, что эти константы совпадают между собой с хорошей точностью. Показано, что уменьшение толщины резонатора и увеличение зазора между электродами увеличивает его чувствительность к присутствию проводящей пленки на небольшом расстоянии от торца резонатора.

Туральчук П.А., Вендик И.Б. «Синтез полосовых фильтров на объемных акустических волнах с учетом материальных параметров многослойной структуры резонаторов» Акустический журнал, 68, № 6, с. 611-617 (2022)

Предложена методика синтеза полоснопропускающих фильтров (ППФ) с Чебышевской характеристикой на основе резонаторов на объемных акустических волнах с учетом влияния электромеханических параметров всех слоев многослойной структуры резонаторов. Классический синтез фильтра-прототипа, расширенный введением дополнительных реактивных элементов, позволяет сформировать требования к частотным свойствам резонаторов в составе ППФ с тем, чтобы получить равномерный уровень пульсаций в полосе пропускания. Методика дополнена использованием аналитической модели входного импеданса резонаторов на объемных акустических волнах, которая учитывает электроакустические параметры структуры, извлекаемые из результатов экспериментального исследования тестовых резонаторов. В работе представлены результаты синтеза полоснопропускающего фильтра третьего порядка на объемных акустических резонаторах, реализованных по типу многослойной структуры с акустической изоляцией от подложки.

Захаренко А.Д., Петров П.С. «Возмущения модальных коэффициентов затухания и групповых скоростей, вызванные вариациями глубины вдоль акустической трассы в мелком море» Акустический журнал, 68, № 6, с. 618-624 (2022)

Рассмотрено возмущение коэффициентов затухания и групповых скоростей акустических мод в волноводе мелкого моря с неоднородным рельефом дна. Построены явные формулы для расчета первых и вторых производных указанных величин по глубине моря, основанные на теории возмущений, разработанной в предыдущих работах авторов. Применение полученных формул проиллюстрировано в модельном примере. Показано, что они позволяют с высокой точностью аппроксимировать зависимость групповых скоростей и модальных коэффициентов затухания от глубины моря. Предложенные формулы могут использоваться для получения простых аналитических оценок потерь при распространении звука в нерегулярных волноводах, а также для учета неоднородностей рельефа дна при выполнении геоакустической инверсии по данным о волноводной дисперсии сигнала.

Раевский М.А., Бурдуковская В.Г. «Влияние межмодовых корреляций на эффективность пространственной обработки акустических сигналов в океаническом волноводе со взволнованной поверхностью» Акустический журнал, 68, № 6, с. 625-637 (2022)

Исследуется влияние межмодовых корреляций на эффективность пространственной обработки сигнала в океанических волноводах со взволнованной поверхностью. Предложен алгоритм расчета корреляционной матрицы сигнала на апертуре горизонтальной антенной решетки (АР), учитывающий интерференционную структуру акустического поля в звуковом канале. Коэффициент усиления антенны анализируется для трех методов пространственной обработки: стандартного метода ФАР, метода оптимальной линейной обработки и метода оптимальной квадратичной обработки. Приведены результаты численного моделирования для гидрологических условий Баренцева моря в зимний период. Основное внимание уделяется интерференционным осцилляциям коэффициента усиления АР и зависимости от параметров задачи его значений, “сглаженных” на масштабе интерференционной структуры акустического поля в волноводе.

Демьянов М.А. «Корреляционный метод идентификации акустических источников с помощью многомикрофонных измерений» Акустический журнал, 68, № 6, с. 638-646 (2022)

Разработан метод определения поля источников по данным многомикрофонных измерений, основанный на корреляционном анализе акустических полей. В предположении дельта-коррелированности поля источников, данный подход позволяет принципиально изменить математическую постановку обратной задачи таким образом, что задача становится корректно поставленной. В частности, данный метод дает возможность одновременно распознать монопольную и дипольную компоненты поля источников с помощью измерений плоской микрофонной решеткой. Метод верифицирован численно на различных тестовых примерах одновременного распознавания монопольной и дипольной составляющих поля источников.

Копьев В.Ф., Чернышев С.А. «Анализ вторичного звукового излучения в акустической аналогии с оператором распространения, содержащим вихревые моды» Акустический журнал, 68, № 6, с. 647-669 (2022)

Анализируется метод акустической аналогии применительно к звуковому излучению турбулентной дозвуковой струи. Этот метод описания процесса аэродинамической генерации звука турбулентными потоками основан на использовании линейного оператора распространения со случайным источником в правой части. Главной проблемой при таком подходе является выбор эффективного способа разделения левой части уравнения, отвечающей за распространение звуковых волн, и правой нелинейной части, отвечающей за генерацию звука, так, чтобы результат расчета шума соответствовал экспериментальным данным и физическим представлениям о процессе генерации шума турбулентностью. Одной из нерешенных проблем описанного подхода, проявляющейся в большинстве акустических аналогий, является проблема так называемого сдвигового шума струи, связанного с возбуждением источниками вихревых возмущений сдвигового потока и дополнительным вкладом этих возмущений в звуковое излучение. До сих пор остается неясным, является ли сдвиговая компонента шума отражением реальных физических процессов или она связана с преобразованием уравнений и неточным моделированием источников в методе акустической аналогии. В настоящей работе в рамках сформулированной выше проблемы рассматривается акустическая аналогия, в которой в качестве оператора распространения используются линеаризованные уравнения Эйлера. При таком описании оператор распространения содержит вихревые моды, что приводит к появлению сдвиговой компоненты шума, которая возникает из-за накачки вихревых возмущений источниками в правой части. При моделировании звуковых источников используются гипотезы о квадрупольном характере излучения, изотропности источников звука, а также пространственной некоррелированности процесса рождения звуковых источников. Для валидации модели используются данные измерений звукового излучения струи по методу азимутальной декомпозиции. Проведенное в работе сравнение модели и эксперимента указывает на отсутствие сдвиговой компоненты в шуме струи. Это позволяет сделать вывод о том, что используемое в рассматриваемой акустической аналогии представление о накачке линейных вихревых возмущений среднего течения нелинейными турбулентными пульсациями не соответствует реальному механизму генерации шума турбулентной струей. Анализируются возможные причины выявленного несоответствия модели звукового излучения струи данным акустических измерений в части сдвиговой компоненты шума. Рассматриваются возможные способы решения этой проблемы, позволяющие эффективно разделять левую часть уравнения, отвечающую за распространение звуковых волн, и правую нелинейную часть, отвечающую за генерацию звука.

Кудашев Е.Б., Яблоник Л.Р. «Модели и методы скалярной волновой фильтрации полей пристеночных турбулентных пульсаций давления» Акустический журнал, 68, № 6, с. 670-678 (2022)

Введено понятие скалярного частотно-волнового спектра турбулентных пристеночных давлений и исследованы его основные особенности. Скалярный частотно-волновой спектр, представляющий суммарную энергию всех волновых компонент поля турбулентных давлений с заданным модулем волнового вектора, содержит в концентрированном виде информацию, требуемую при решении многих задач аэрогидродинамической акустики. Показано, что контурные фильтры позволяют проводить оценки частотно-волнового спектра в области малых волновых чисел. Несмотря на трудность практической реализации скалярной волновой фильтрации полей пристеночных турбулентных пульсаций давления в настоящее время построение контурных фильтров представляется перспективным направлением исследований. Предложенные методы и полученные в работе результаты показывают, что широкополосная скалярная волновая фильтрация поля турбулентных пристеночных давлений может осуществляться на базе использования конечноразмерных приближений “идеального” скалярного волнового фильтра с единичной волновой чувствительностью в заданном диапазоне волновых чисел и нулевой чувствительностью вне этого диапазона.

Подымова Н.Б., Карабутов А.А. «Влияние трещиноватости полевых шпатов на спектральную мощность обратнорассеянных широкополосных импульсов продольных ультразвуковых волн» Акустический журнал, 68, № 6, с. 679-688 (2022)

Изучено влияние микротрещин в лабораторных образцах полевых шпатов на спектральную мощность широкополосных импульсов продольных ультразвуковых волн, рассеянных назад в исследуемом образце (так называемую мощность структурного шума). Для этой цели использован оптико-акустический преобразователь, в котором совмещено лазерное возбуждение зондирующих широкополосных ультразвуковых импульсов в пленке из черного полиэтилена и пьезоэлектрическая регистрация как зондирующих, так и рассеянных в образце импульсов. Исследованы образцы ортоклаза и плагиоклаза с участками скоплений микротрещин, неравномерно распределенных по объему образцов. Такие участки выявлялись по данным оптической микроскопии поверхности образцов и по результатам измерения коэффициента затухания продольных ультразвуковых волн в спектральном диапазоне 1–15 МГц. В участках с повышенным затуханием ультразвука также наблюдалось возрастание мощности структурного шума. Обнаруженная корреляция между концентрацией микротрещин и мощностью структурного шума может служить основой для разработки методики неразрушающей оптико-акустической диагностики возникновения и эволюции локальных микротрещин в образцах горных пород и минералов под действием различных нагрузок.

Сазонтов А.Г. «Локализация источника в переменном по трассе волноводе в условиях неполной информации о пространственной изменчивости среды распространения» Акустический журнал, 68, № 6, с. 689-696 (2022)

Рассмотрена задача о локализации акустического источника в переменном по трассе волноводе, в котором происходит взаимодействие нормальных волн, приводящее к связи между их амплитудами. Для рассматриваемого сценария построен адаптивный алгоритм пониженного ранга, учитывающий отличие ожидаемой реплики сигнала от истинной и не требующий знания соответствующих элементов матрицы связи. Путем статистического моделирования установлено, что реализованный способ оценивания дает значительное преимущество как в точности измерения координат, так и в достигаемой с его помощью вероятности правильной локализации по сравнению с традиционным методом MUSIC, не учитывающим эффекты взаимодействия мод.