Дембелова Т.С., Цыренжапова А.Б., Макарова Д.Н., Дамдинов Б.Б., Бадмаев Б.Б. «Акустическое исследование сдвиговых вязкоупругих свойств коллоидных суспензий наночастиц» Ученые записки физического факультета МГУ, № 5, с. 145301 (2014)

Акустическим резонансным методом измерен комплексный модуль сдвига коллоидных суспензий наночастиц диоксида кремния в полимерной жидкости ПЭС-2 в зависимости от угла сдвиговой деформации. Для исследования в качестве вибратора применен пьезокварцевый кристалл с резонансной частотой 73 кГц. Показано изменение вязкоупругих свойств суспензий по сравнению с базовой жидкостью в зависимости от концентрации и размеров наночастиц.

Давыдов М.Н., Кедринский В.К. «Моделирование разрушения жидких сред с использованием метода SPH» Ученые записки физического факультета МГУ, № 5, с. 145302 (2014)

Численно исследуется динамика состояния жидкости при динамической разгрузке, с использованием метода SPH. Рассматриваются задачи о разрушении жидкости в рамках двух постановках: отражение ударной волны от свободной поверхности слоя жидкости и ударно-волновое нагружение жидкой капли. В результате численного анализа динамики состояния полусферической капли установлено, что фокусировка отраженной от свободной поверхности капли ударной волны приводит к формированию в центре капли плотного быстрорасширяющегося кавитационного кластера. Показано, что использование метода SPH позволяет провести исследование структуры течения кавитирующей среды с высокой концентрацией газовой фазы и описать процесс инверсии ее двухфазного состояния – переход от кавитирующей жидкости к системе газ–частицы.

Догадов А.А., Конопацкая И.И., Миронов М.А., Пятаков П.А. «Воздействие низкочастотной вибрации на процесс акустической эмиссии» Ученые записки физического факультета МГУ, № 5, с. 145303 (2014)

Представлены результаты экспериментов по воздействию низкочастотной вибрации на процесс акустической эмиссии, возникающий в объекте с искусственным дефектом под действием нарастающего механического напряжения. Эксперименты проводились на полой тонкостенной трубе с искусственной трещиной, залитой эпоксидной смолой. При сочетанном воздействии механической нагрузки с вибрационной наблюдался эффект амплитудной модуляции сигнала акустической эмиссии вибрационным сигналом. Экспериментально зафиксирован эффект интенсификации акустической эмиссии при действии на образец сторонней вибрации. Предложенная аппаратная реализация метода выделения модуляционных компонентов позволяла судить об интенсивности акустической эмиссии процесса по величине амплитуды модулирующего сигнала.

Дембелова Т.С., Макарова Д.Н., Бадмаев Б.Б., Бадархаев Б.В. «Модуль сдвига и динамическая вязкость воды при малых градиентах скорости течения» Ученые записки физического факультета МГУ, № 5, с. 145304 (2014)

Экспериментально установлено, что с увеличением амплитуды сдвиговой деформации действительный модуль сдвига и эффективная вязкость уменьшаются. Измерения, проведенные при малых градиентах скорости течения жидкости, показали, что по мере уменьшения скорости течения вязкость жидкости растет, что, вероятно, связано со структурированием жидкости.

Миронов М.А. «Энергия, импульс и потенциальные акустические течения в идеальной среде» Ученые записки физического факультета МГУ, № 5, с. 145305 (2014)

Рассмотрены два интересных эффекта в идеальной среде. Первый эффект состоит в следующем. При движении тела в идеальной среде среда обладает энергией и импульсом, определяемыми присоединенной массой тела. Оказывается, что энергия среды сосредоточена непосредственно около тела, тогда как импульс размещается на бесконечности. Второй эффект относится к акустическим течениям. При колебаниях поверхности в идеальной среде, при условии потенциальности поля скорости, около нее могут существовать акустические течения – стационарные потоки вещества.

Алешин Ю.К., Ксенофонтов Д.М., Чоба М.А., Платонов В.Н., Ануфриев Ю.В. «Анализ изменения акустических характеристик аморфных металлических покрытий» Ученые записки физического факультета МГУ, № 5, с. 145306 (2014)

Аморфные металлические пленки в технологическом плане наиболее экологичны и позволяют использовать материалы в широком диапазоне применений. Изменение фазового состава подобных стекол и возможность неразрушающего измерения их акустических характеристик является темой для данного экспериментального исследования.

Павловский А.С., Семенова Н.Г. «Свойства вязких плоских и цилиндрических одномерных волн в свободном пространстве и в зазорах» Ученые записки физического факультета МГУ, № 5, с. 145307 (2014)

Исследованы аналитически и численно ослабление вязких одномерных волн, их фазовые скорости, пространственная и частотная дисперсии в свободном пространстве. Показано, что фазовая скорость цилиндрической волны имеет отрицательную дисперсию на расстоянии трети длины волны от источника, а далее становится равной скорости плоской волны. Величина фазовой скорости и расстояние, на котором проявляется дисперсия, зависят от волновых размеров источника вязких волн. Ослабление в зазоре вязких волн как плоских, так и цилиндрических, величины их фазовых скоростей, законы дисперсии зависят от волновой ширины зазора и от граничных условий на стенке противоположной источнику.

Кокшайский А.И., Коробов А.И., Одина Н.И. «Бесконтактная ультразвуковая диагностика упругих свойств твердых тел» Ученые записки физического факультета МГУ, № 5, с. 145308 (2014)

Приведены результаты бесконтактной диагностики материалов с низким акустическим импедансом и твердотельных пластин методом воздушного ультразвука. Для генерации и приема акустических волн в воздухе в диапазоне частот от 0,08 до 2 МГц была разработана автоматизированная ультразвуковая установка и методика измерений в импульсном режиме. Генерация и прием воздушного ультразвука осуществлялись фокусированными акустическими преобразователями. Определение упругих свойств тонких твердотельных пластин в работе проводилось с помощью нулевой антисимметричной моды волны Лэмба. Для диагностики материалов с малым акустическим импедансом использовались продольные акустические волны. В работе были измерены плотность пенополистирола и скорость продольных волн в нём, рассчитаны импеданс и коэффициент упругости этого материала. Проводится обсуждение экспериментальных результатов.

Руденко О.В. «Сильно нелинейные явления в акустике» Ученые записки физического факультета МГУ, № 5, с. 145309 (2014)

Указано на отличие сильно нелинейных волн от волн с сильно выраженной слабой нелинейностью. Дана классификация сильно нелинейных систем. Описаны простейшие структурные особенности мета-материалов, обладающей высокой нелинейностью. Приведены примеры математических моделей, обладающих достаточной общностью и представляющих интерес для физики нелинейных волн. Указано на корпускулярные свойства сингулярных решений и на ряд необычных явлений, примерами которых служат волновая аккреция, самозахват и саморасщепление волн.

Буланов В.А. «О нелинейных акустических характеристиках кристаллизующейся жидкости» Ученые записки физического факультета МГУ, № 5, с. 145310 (2014)

Представлены результаты теоретических исследований нелинейного распространения звука в кристаллизующейся жидкости, содержащей центры кристаллизации. Показано существенное влияние фазовых превращений на генерацию нелинейных сигналов в кристаллизующейся жидкости. Выявлено аномальное поведение частотных и концентрационных зависимостей нелинейного акустического параметра, существенно отличающихся по своему характеру от таковых в случае жидкости с частицами без фазовых превращений. Показано, что фазовые превращения оказывают сильное влияние на центры кристаллизации с размерами, характерными для экспериментов с кристаллизующимися жидкостями в пористых средах, в которых ранее экспериментально были установлены аномалии в поведении поглощения и дисперсии скорости звука при кристаллизации и плавлении. Показано, что особенностью параметра акустической нелинейности в кристаллизующейся воде при монодисперсном распределении центров кристаллизации по размерам функции является резкое (до двух порядков) возрастание нелинейности при малых размерах. Отмечено, что важной чертой является провал при размерах, когда формально сжимаемость зародышей кристаллизации вследствие фазовых превращений становится отрицательной. Тем не менее, в целом фазовые превращения увеличивают акустическую нелинейность кристаллизующихся жидкостей. Обнаружено, что наиболее значительное влияние фазовых превращений наблюдается на относительно низких частотах и при малых размерах центров кристаллизации.

Грачев Б.Е. «Особенности вязковолновых течений вблизи колеблющихся твердых границ с различными адгезионными свойствами» Ученые записки физического факультета МГУ, № 5, с. 145311 (2014)

Для экспериментальных исследований кинематики вязких волн и генерируемых ими вязковолновых течений удобными оказываются тела вращения, поскольку при их колебательно-вращательном движении на поверхности не равна нулю только тангенциальная компонента колебательной скорости. В этом случае оказывается возможным решение уравнений Навье–Стокса с использованием граничных условий прилипания жидкости к твердому телу и равенства нулю колебательной скорости волн на бесконечности. Представлены результаты сравнения экспериментальных исследований поля вязковолновых течений вязкой жидкости вблизи нескольких шаров с поверхностями, обладающими различными адгезионными свойствами. В качестве жидкости был выбран глицерин с кинематической вязкостью ν=6,4 см²/с при нормальных условиях. Об адгезионной способности судили по краевому углу смачивания твердой поверхности жидкостью. С увеличением значения колебательной скорости шара в случае поверхности гидрофобной (графит, парафин) наблюдаемое поле скоростей течений становится существенно отличным от поля вблизи поверхности, обладающей гидрофильными свойствами (металл, окрашенная поверхность) при прочих равных условиях. Такое различие в полях скоростей течений объясняется проскальзыванием жидкости в случае гидрофобной поверхности.

Дружинин Г.А., Догадаева Т.А. «Слияние широких линий шумового спектра при переходе хаотических пульсаций газовых пузырьков в периодические» Ученые записки физического факультета МГУ, № 5, с. 145312 (2014)

Подробно исследованы численные решения уравнения Рэлея–Плессета для пульсаций газового пузырька при плавном увеличении амплитуды давления в акустической волне. Получены картины превращения линейчатого спектра периодических пульсаций в сплошной спектр с широкими спектральными линиями. Изучена динамика поведения этих широких линий и превращения сплошного спектра в линейчатый при слиянии этих широких линий. Построены спектры почти периодических колебаний и обнаружены субгармоники ниже одной восьмой.

Жилейкин Я.М., Кукаркин А.Б., Пушкина Н.И. «Нелинейное акустическое взаимодействие в трехфазных морских осадках» Ученые записки физического факультета МГУ, № 5, с. 145313 (2014)

Нелинейное возбуждение акустической волны двумя звуковыми волнами накачки исследуется в трехфазном морском осадке, который состоит из твердого каркаса и жидкой фазы, содержащей воздушные полости (бабблоны). Чтобы избежать образования ударных волн взаимодействие рассматривается в интервале частот, в котором наблюдается значительная дисперсия скорости звука. Получены нелинейные уравнения, описывающие взаимодействие акустических волн в морских осадках, содержащих в жидкой фазе воздушные полости. Получено выражение для амплитуды возбужденной волны и проведено численное исследование ее зависимости от расстояния и от резонансных частот бабблонов.

Росницкий П.Б., Юлдашев П.В., Хохлова В.А. «Определение параметров ультразвукового излучателя для обеспечения определенной амплитуды ударного фронта в фокусе» Ученые записки физического факультета МГУ, № 5, с. 145314 (2014)

Во многих современных медицинских приложениях мощного сфокусированого ультразвука используется нелинейный акустический эффект образования ударных фронтов (или разрывов) в профиле волны в фокусе. Например, этот эффект используется при механическом разрушении опухолей высокоамплитудными ударными импульсами – гистотрипсии. Амплитуда ударного фронта при этом зависит от рабочей частоты и геометрии излучателя; а ее оптимальная величина для различных приложений будет различной. Таким образом, стоит задача определения параметров излучателя, позволяющих получить определенное значение амплитуды фронта в фокусе, необходимое для конкретного приложения. Основное предположение развитого в данной работе подхода состоит в том, что главным параметром излучателя, определяющим амплитуду разрыва, является его угловая апертура. Проверка этого предположения и определение характерных параметров ударно-волнового профиля в зависимости от параметров фокусированного излучателя были проведены на основе многопараметрических численных расчетов полей, создаваемых такими излучателями. Моделирование проводилось на основе уравнения Хохлова–Заболотской. Предложен метод выделения профиля с полностью развитым разрывом, создаваемым излучателем с заданными параметрами. Развит подход для определения амплитуды разрыва между временными точками профиля, соответствующими задаваемому уровню временной производной от волнового профиля относительно его максимума. При этом величина уровня определяется путем сравнения мощности тепловых источников в фокусе, рассчитанной численно и аналитически с использованием значения амплитуды разрыва. На основе полученных данных проведён расчет характерных значений амплитуды разрыва для излучателей, работающих на частоте 1 МГц в диапазоне угловых апертур от 0.8 до 2. Показано, что для создания разрывов амплитудой порядка 80 МПа, необходимых для гистотрипсии, оптимальными являются излучатели с угловой апертурой, близкой к единице.

Козлов В.С., Коробов А.И. «Влияние изменения дефектной структуры в поликристаллическом сплаве алюминия на его упругие свойства» Ученые записки физического факультета МГУ, № 5, с. 145315 (2014)

Представлены результаты экспериментальных исследований влияния изменения дефектной структуры в поликристаллическом сплаве алюминия Д16 на его линейные и нелинейные упругие свойства. Изменение дефектной структуры в исследуемом образце вызывается приложением к нему циклических статических механических напряжений растяжения–сжатия–растяжения–сжатия. Исследования упругих свойств исследуемого образца в процессе приложения переменных нагрузок проводились статическим, квазистатическим и динамическим методами. Ультразвуковые измерения проводились импульсным методом. Исследование нелинейных упругих свойств исследуемого материала проводились двумя методами: динамическим спектральным методом по эффективности генерации второй акустической гармоники в поле акустической волны конечной амплитуды на частоте 5 МГц и квазистатическим методом по результатам измерения изменения скорости акустических волн в образце в зависимости от приложенного к нему статического давления.

Одина Н.И., Полюшко А.С. «Нелинейный упругий параметр дифосфида кадмия в области фазового перехода соизмеримая-несоизмеримая фаза» Ученые записки физического факультета МГУ, № 5, с. 145316 (2014)

Приводятся результаты экспериментального исследования нелинейных упругих свойств монокристалла дифосфида кадмия в области фазового перехода соизмеримая–несоизмеримая фаза при температуре 305–318 К. Измерения производились фотоакустическим методом при лазерном гармоническом возбуждении и пьезоэлектрической регистрации в области температур 280–330 К. В интервале температур 305–318 К на температурной зависимости амплитуды фотоакустического сигнала, пропорциональной нелинейному параметру, обнаружена аномалия, которая связывается с протеканием фазового перехода соизмеримая–несоизмеримая фаза. Проводится обсуждение полученных результатов.

Крит Т.Б., Андреев В.Г., Шанин А.В., Голубкова И.И. «Упругие свойства полимерного слоя при одноосном сжатии в цилиндрической геометрии» Ученые записки физического факультета МГУ, № 5, с. 145318 (2014)

Исследуются линейные и нелинейные упругие модули полимерного материала пластисола. Материал полимеризован между двумя твердотельными соосными цилиндрами. В процессе полимеризации в цилиндрической геометрии внутри материала создаются механические напряжения. Определить величину этих напряжений можно сравнивая измеренные значения упругих параметров материала, полимеризованного между цилиндрами, со значениями, измеренными при одноосном сжатии этого материала, полимеризованного между плоскими параллельными твердотельными пластинами. Измерения, как в плоской, так и в цилиндрической геометрии были проведены методом статической деформации. В плоской геометрии к одной из границ, между которыми находится пластисол, прикладывалось известное напряжение, создававшее в пластисоле сдвиговую деформацию. В то же время вторая граница была закреплена таким образом, чтобы она не могла смещаться в направлении сдвиговой деформации. Вместе с тем, крепления позволяли этой границе смещаться в направлении, перпендикулярном направлению сдвиговой деформации пластисола. Сдвиговая деформация, возникающая при различных величинах одноосного сжатия и различных значениях сдвигового напряжения, измерялась при помощи микрометрического индикатора. Второй микрометрический индикатор служил для измерения толщины пластисола, соответствующей различным значениям одноосного напряжения. В цилиндрической геометрии сдвиговая деформация создавалась путём поворота одного из двух соосных цилиндров, к которому по касательной к боковой поверхности прикладывалось известное напряжение. Сдвиговая деформация, как в случае измерений в плоской геометрии, так и при измерениях в цилиндрической геометрии, достигала 0.4–0.6 толщины. При таких деформациях проявляются нелинейные эффекты, как в отсутствие одноосного сжатия, так и при его наличии, что позволяет оценить вклад нелинейности в проявляемые материалом упругие свойства и оценить нелинейные параметры Ландау. Одновременно при указанных деформациях угол поворота одного цилиндра относительно другого не превышает 20°, а угол сдвиговой деформации слоя не превышает 70°. Диаметры цилиндров 30 мм и 40 мм в несколько раз больше толщины слоя 5 мм. Характер зависимости напряжения от деформации и измеренный статический модуль сдвига в цилиндрической геометрии и в плоской геометрии при одинаковой толщине пластисола существенно различаются. Параметр Ландау A, измеренный в плоской геометрии с приложением одноосного сжатия, равен –392±4 кПа.

Толипов Х.Б. «Неоднородные акустические волны малой интенсивности» Ученые записки физического факультета МГУ, № 5, с. 145319 (2014)

Выполнен анализ обладающих неоднородной формой локализованных структур акустических волн. В определенных условиях процесс распространения волн сопровождается в ходе движения непрерывным нелинейным спадом амплитуды смещений, и излучением объемных волн, что позволяет выделить их как новый класс волн малой интенсивности с неоднородной структурой. Обнаружено новое физическое явление, неизвестное в технической литературе. Выявлена специфическая разновидность волн со сложной структурой, распространяющаяся вдоль ребра по устойчивой траектории.

Мошкин В.В., Мошкина А.В., Преображенский В.Л., Pernod P. «Каскадная генерация волны с обращенным фронтом в магнитоупорядоченной акустической среде» Ученые записки физического факультета МГУ, № 5, с. 145320 (2014)

Экспериментально и теоретически исследован каскадный процесс генерации второй акустической гармоники с одновременным параметрическим обращением ее волнового фронта в кристалле антиферромагнетика α-Fe₂O₃ в поперечном электромагнитном поле. Определены необходимые условия генерации при изменениях направления намагничивания относительно кристаллографических осей и направления распространения поперечного звука. Наблюдаемый эффект обусловлен магнитоупругим взаимодействием и описывается в рамках теории гигантского эффективного упругого ангармонизма магнетиков.

Алексеев С.Г., Котелянский И.М., Ползикова Н.И., Мансфельд Г.Д. «Модификация метода СВЧ акустической резонаторной спектроскопии тонких слоев и пленок для измерений в широком частотном диапазоне» Ученые записки физического факультета МГУ, № 5, с. 145321 (2014)

Спектр составного акустического резонатора (HBAR) является многомодовым и может содержать несколько тысяч резонансных пиков. Нами разработан комплекс программ, позволяющий записывать сканы спектра с произвольным шагом по частоте во всем диапазоне измерителя S-параметров. Благодаря высокой степени автоматизации обработки сканов мы получаем данные о параметрах (частота и ширина) каждого резонансного пика. Предлагаемый метод увеличивает точность ранее известного метода измерения скорости акустической волны в материале путем сравнения спектров HBAR до и после нанесения исследуемого слоя. Для слоев толщиной в несколько длин волн новый метод позволяет получать данные о скорости акустической волны лишь из одного спектра.

Анисимкин В.И., Кузнецова И.Е. «Особенности возбуждения и распространения акустических мод в пьезоэлектрических пластинах» Ученые записки физического факультета МГУ, № 5, с. 145322 (2014)

Теоретически и экспериментально показано, что в отличие от акустических волн иных типов коэффициент электромеханической связи К_n², угол отклонения потока энергии Ψ_n, чувствительность к внешним воздействиям и анизотропия всех характеристик акустических пластинчатых волн в пьезоэлектрических пластинах могут меняться без изменения кристаллографической ориентации материала пластины, только за счет изменения ее толщины. Характер указанных зависимостей различен для мод разных порядков. Число мод n в пьезоэлектрических пластинах намного превышает их число в изотропных пластинах той же толщины.

Сучков С.Г., Сучков Д.С., Николаевцев В.А., Россошанский А.В. «Модифицированный квазиполевой метод расчета характеристик встречно-штыревых преобразователей поверхностных акустических волн» Ученые записки физического факультета МГУ, № 5, с. 145323 (2014)

Для расчета фазовых и амплитудных характеристик встречно-штыревого преобразователя (ВШП) поверхностных акустических волн (ПАВ) существует множество методов. Метод эквивалентных схем Мэзона и метод COM-параметров позволяют с заданной степенью точности рассчитать характеристики ВШП в некотором диапазоне частот, но требуют знания феноменологических параметров. Известно также, что решение самосогласованной полевой задачи, в отличие от упомянутых методов расчета, не требует определения феноменологических параметров, однако практически не используется, поскольку требует больших вычислительных ресурсов и временных затрат. Предложенный в 2007 г. квазиполевой метод расчета позволяет с не меньшей, чем полевой метод, точностью рассчитывать электрические характеристики ВШП, не требуя больших вычислительных мощностей, однако содержит один феноменологический параметр, определяемый из сравнения расчетных и экспериментальных значений вносимых потерь. В работе предложен модифицированный квазиполевой метод расчета электрических характеристик ВШП, не использующий феноменологических параметров. Он позволяет с высокой точностью и оперативно производить расчет перспективных приборов на ПАВ в СВЧ диапазоне для любых конфигураций электродов ВШП с учетом конечной толщины электродов, в том числе с учетом слоистой структуры электродов, включающей адгезионный подслой. Результаты, полученные данным методом, хорошо согласуются с описанными в литературе экспериментальными данными.

Ползикова Н.И., Алексеев С.Г., Котелянский И.М., Лузанов В.А., Раевский А.О. «Магнитоупругие взаимодействия в акустическом СВЧ-резонаторе, содержащем эпитаксиальные ферромагнитные пленки на немагнитной подложке» Ученые записки физического факультета МГУ, № 5, с. 145324 (2014)

Теоретически показано и экспериментально продемонстрировано, что в составной резонаторной структуре с ферромагнитными и пьезоэлектрическими пленками магнитные колебания могут возбуждаться и детектироваться непосредственно при помощи электроакустического преобразователя объемных акустических волн. «Немагнитное» возбуждение неоднородного ферромагнитного резонанса происходит на частотах, близких к частотам магнитоупругого резонанса в магнетике, и проявляется как резонансная по магнитному полю перестройка частот многомодового резонатора. Впервые экспериментально наблюдалась перестройка частот резонатора с пленками ZnO и ЖИГ (железо-иттриевого граната) во всем межмодовом интервале, который составляет ±3.6 МГц. Наблюдавшийся эффект представляет интерес для: а) практического применения в перестраиваемых частотозадающих элементах и СВЧ-фильтрах, б) изучения магнитной динамики в ферромагнитных пленках, в) новых применений СВЧ акустических резонаторов, например для создания акустической спиновой накачки в гибридных структурах.

Симаков И.Г. «Дисперсия поверхностных акустических волн в тонком слое жидкости на поверхности пьезоэлектрика» Ученые записки физического факультета МГУ, № 5, с. 145325 (2014)

Наличие тонкого слоя жидкости на поверхности пьезоэлектрического звукопровода приводит к возмущениям условий распространения поверхностных акустических волн (ПАВ). Получены аналитические выражения для описания затухания и относительного изменения скорости ПАВ в зависимости от нормализованной толщины жидкого слоя. Показано, что диэлектрическая и акустическая составляющие возмущений условий распространения ПАВ, вызванных слоем жидкости, могут быть учтены независимо.

Бородина И.А., Зайцев Б.Д., Кузнецова И.Е., Теплых А.А., Шихабудинов А.М. «Разработка матрицы резонаторов с поперечным электрическим полем на пьезоэлектрической пластине» Ученые записки физического факультета МГУ, № 5, с. 145326 (2014)

Пьезоэлектрические резонаторы с поперечным электрическим полем в настоящее время вызывают большой интерес разработчиков мультисенсорных акустических датчиков. Электроды такого резонатора наносятся на одну сторону пластины, что позволяет пространственно разделить резонаторы и анализируемые объекты (газочувствительные пленки, жидкостные ячейки, и т.д.), расположив их на разных сторонах пластины. Однако серьезной проблемой при разработке таких резонаторов является подавление паразитных колебаний, которые ухудшают резонансные свойства резонаторов и приводят к сильной акустической связи между ними при их расположении на одной пластине. Способ решения данной проблемы предложен в настоящей работе. Экспериментально исследовалась матрица, состоящая из 2 резонаторов, которые располагались на пластине ниобата лития X-среза толщиной 0.5 мм. Электроды имели прямоугольную форму с размерами 5×10 мм и зазором между ними 2 мм. Поперечное электрическое поле каждого резонатора было направлено вдоль кристаллофизической оси Y. Было показано, что устойчивый резонанс достигается на продольной акустической волне, распространяющейся вдоль оси X в пространстве между электродами. Для подавления паразитных колебаний, источником которых, в основном, являлись волны Лэмба, вокруг резонаторов был нанесен слой специального демпфирующего покрытия. Измерялись частотные зависимости реальной и мнимой частей электрического импеданса/адмиттанса каждого резонатора, по которым определялись резонансная частота и добротность при последовательном и параллельном резонансах. Были выявлены области изменения ширины покрытой части каждого резонатора, при которых обеспечивается хорошее качество резонансов. Затем измерялись частотные зависимости параметра S₁₂ который характеризуют степень акустической связи между резонаторами. Измерения показали, что величина параметра S₁₂ во всех случаях превышает 50 дБ. Это означает, что рассматриваемые резонаторы полностью акустически развязаны. Таким образом, показано, что демпфирующий слой обеспечивает не только достаточно хорошее качество резонанса каждого резонатора, но и приводит к полной их акустической развязке.

Зайцев Б.Д., Шихабудинов А.М., Теплых А.А., Кузнецова И.Е. «Разработка бесконтактного метода измерения проводимости тонких пленок» Ученые записки физического факультета МГУ, № 5, с. 145327 (2014)

Экспериментально показана возможность измерения поверхностной проводимости тонких проводящих пленок при помощи линии задержки с двумя встречно-штыревыми преобразователями (ВШП) на основе пластины Y-X ниобата лития толщиной 0.2 мм, в которой распространялась акустическая волна с поперечно-горизонтальной поляризацией нулевого порядка (SH₀). Выбор ориентации пластины, ее толщины и рабочей частоты волны определялся необходимостью получения значительного коэффициента электромеханической связи _;30%. Указанная линия задержки подключалась к измерителю S–параметров типа E5071C, который позволял измерять полные потери и фазу выходного сигнала. Линия задержки имела линейную фазочастотную характеристику в полосе частот 3,28–3,41 МГц, и на центральной частоте 3.3 МГц полные потери составляли 24 дБ. Было установлено, что при расположении над поверхностью линии задержки между ВШП диэлектрической пластины с тонкой проводящей пленкой полные потери и фаза выходного сигнала менялись, причем степень изменения уменьшалась с ростом зазора между ними. Это связано с тем, что электрические поля акустической волны частично проникали в проводящую пленку, что приводило к уменьшению эффективного коэффициента электромеханической связи и, соответственно, к изменению скорости акустической волны и фазы выходного сигнала. В качестве исследуемых проводящих пленок использовались тонкие пленки хрома и алюминия, которые напылялись в вакууме на стеклянные пластинки толщиной 1.26 мм. Меняя толщину пленки металла можно было менять ее поверхностную проводимость. Проводимость получаемых проводящих пленок менялась в пределах 1–10^–6 С и определялась при помощи модернизированного четырех зондового метода. Экспериментальные данные позволили построить калибровочную зависимость разности фаз выходного сигнала от поверхностной проводимости пленки при величине зазора между стеклянной пластинкой и звукопроводом порядка 100 мкм. Калибровочная зависимость оказалась близкой к линейной с наклоном порядка 120 град/С. Очевидно, что изменить диапазон значений измеряемой поверхностной проводимости можно путем изменения величины указанного зазора. Рассмотренный метод может найти применение для измерения проводимости таких пленок, контакты к которым невозможно изготовить или эти контакты могут существенно повлиять на проводимость пленки.

Теплых А.А., Зайцев Б.Д., Кузнецова И.Е. «Теоретическая модель резонатора с поперечным возбуждающим электрическим полем» Ученые записки физического факультета МГУ, № 5, с. 145328 (2014)

Разработан метод расчета характеристик акустических колебаний, возникающих в пьезоэлектрическом резонаторе с поперечным возбуждающим электрическим полем. Резонатор представляет собой тонкую пластину из пьезоэлектрического материала, на одну сторону которой нанесены два прямоугольных электрода. Разработанный метод основан на методе конечных элементов и позволяет находить распределение компонент механического смещения в пьезопластине и электрического потенциала в пьезопластине и окружающем ее вакууме при определенной частоте колебаний возбуждающего поля. Кроме того, данный метод позволяет учитывать различные граничные условия на различных областях поверхности пластины, в том числе присутствие демпфирующих слоев. Это позволяет рассчитывать величину реального и мнимого электрического импеданса резонатора в зависимости от частоты. Исследуемый резонатор представлял собой пластину ниобата лития X-среза толщиной 0.5 мм, на верхней стороне которой расположены два электрода шириной 5 мм, ориентированные таким образом, что возбуждающее поле было направлено вдоль кристаллографической оси Y. Были проведены расчеты при различном расстоянии между электродами, в пределах 1–3 мм. Показано, что при увеличении расстояния между электродами резонансная частота незначительно увеличивается, и использование демпфирующего покрытия на внешней стороне электродов позволяет существенно повысить добротность резонатора. Полученные результаты находятся в удовлетворительном соответствии с экспериментальными данными.

Зайцев Б.Д., Шихабудинов А.М., Бородина И.А., Теплых А.А., Кузнецова И.Е. «Исследование пьезоэлектрических резонаторов с поперечным электрическим полем» Ученые записки физического факультета МГУ, № 5, с. 145329 (2014)

В последние годы в связи с разработкой и совершенствованием акустоэлектрических датчиков для исследования свойств различных жидкостей, включая биологические, исследователи стали обращать особое внимание на пьезоэлектрические резонаторы с поперечным электрическим полем. Основная трудность при конструировании таких резонаторов это подавление нежелательных колебаний с целью обеспечения четкой резонансной частотной зависимости реальной и мнимой частей электрического импеданса/адмиттанса. Для достижения этой цели существуют, по крайней мере, два варианта. Во-первых, это выбор оптимальной формы электродов и точная их ориентация относительно кристаллографических осей пластины. Однако форма и размеры электродов сильно зависят формы пластины и от ее поперечных размеров. Во-вторых, нанесение поглощающего слоя на определенную часть резонатора, включая часть электродов, который подавляет паразитные колебания и позволяет сформировать хорошее качество резонансов. В работе проведено экспериментальное исследование частоты и добротности для последовательного и параллельного резонансов, а также эффективного коэффициента электромеханической связи в зависимости от ширины зазора между электродами и ширины области покрытия электродов поглощающим слоем. Электроды резонатора располагались на пластине ниобата лития X-среза толщиной 0.5 мм и имели прямоугольную форму с размерами 5×10 мм, а величина зазора между ними менялась от 1 до 5 мм. Поперечное электрическое поле было направлено вдоль кристаллофизической оси Y. Было показано, что устойчивый резонанс достигается на продольной акустической волне, распространяющейся вдоль оси X в пространстве между электродами. Ширина области покрытия электродов менялась от 0 до 5 мм. В результате было установлено, что при изменении ширины зазора между электродами и ширины области покрытия электродов в указанных пределах частота последовательного и параллельного резонансов менялась в пределах 1%. При этом значения добротности последовательного и параллельного резонансов изменялись в пределах 500–13000 и 500–1800, соответственно. Эффективный коэффициент электромеханической связи менялся в пределах 1–4%.

Зайцев Б.Д., Шихабудинов А.М., Теплых А.А., Бородина И.А., Кузнецова И.Е. «Практические применения пьезоэлектрических резонаторов с поперечным электрическим полем» Ученые записки физического факультета МГУ, № 5, с. 145330 (2014)

Рассматриваются возможности применения пьезоэлектрических резонаторов с поперечным электрическим полем для анализа свойств жидкости и для измерения микроперемещений. Показано, что если в качестве информационного параметра взять модуль электрического импеданса или адмиттанса на фиксированной частоте вблизи резонанса, то чувствительность датчика можно существенно повысить. Изменение указанных параметров может достигать 30% и 70% при изменении вязкости от 1 до 1000 мПa×с и проводимости в пределах 100–10000 мкС/см. Второе применение основано на том факте, что электрическое поле резонатора проникает за пределы пьезоэлектрической пластины. Были проведены эксперименты по изучению влияния зазора между свободной стороной резонатора и электрически проводящей или диэлектрической пластиной на частоты параллельного и последовательного резонансов. Показано, что на этой основе возможно создание измерителей микроперемещений, которые могут быть использованы для непрерывного контроля деформаций и раскрытия трещин различных конструкций, элементов мостов и зданий, а также для измерения небольших перемещений двух объектов относительно друг друга. Оказалось, что частота параллельного резонанса однозначно связана с шириной зазора в пределах 0–0.3 мм и 0–2.5 мм при использовании проводящей пластины и пластины из поликора, соответственно. Частота последовательного резонанса от зазора не зависит, но зависит от температуры. Таким образом, частота последовательного резонанса позволяет определить температуру и сделать необходимые корректировки.

Кузнецова И.Е., Зайцев Б.Д. «Влияние электрических граничных условий на существование аномального резисто-акустического эффекта» Ученые записки физического факультета МГУ, № 5, с. 145331 (2014)

Аномальный резисто-акустический эффект является фундаментальным свойством слабо-неоднородных пьезоактивных волн (волны Гуляева–Блюстейна, волны Лява, утекающие волны). Он заключается в том, что при увеличении проводимости слоя, находящегося на поверхности пьезоэлектрика или структуры его содержащего, скорость слабо-неоднородных волн вначале увеличивается и только затем уменьшается. В работе продолжено исследование особенностей существования данного эффекта и исследуется влияние на его характеристики различных электрических граничных условий. Определены геометрические параметры структур, при которых он существует и исчезает. Показано, что при удалении слоя с произвольной проводимостью от поверхности пьезоэлектрика величина аномального резисто-акустического эффекта уменьшается. При удалении от структуры «пьезоэлектрик–слой с произвольной проводимостью» идеально проводящего экрана данный эффект увеличивается. Исследования проводились для ниобата калия. Результаты работы полезны для более глубокого понимания физических основ распространения слабонеоднородных пьезоактивных акустических волн.

Балакший В.И., Волошин А.С. «Акустооптический эффект в средах с сильной акустической анизотропией» Ученые записки физического факультета МГУ, № 5, с. 145332 (2014)

Представлены результаты теоретического и экспериментального исследования влияния сноса энергии акустического пучка на характеристики акустооптического эффекта в кристалле парателлурита. Проанализированы варианты изотропной и анизотропной дифракции. На основе модифицированных уравнений Рамана–Ната выполнен расчет угловых и частотных характеристик акустооптического взаимодействия в широком диапазоне углов Брэгга и частот ультразвука. Установлено, что снос акустического пучка может существенно изменять ширину диапазонов акустооптического взаимодействия, и поэтому его необходимо учитывать при разработке акустооптических приборов. Экспериментальная проверка численных расчетов проведена с использованием акустооптической ячейки из кристалла парателлурита 10.5° среза.

Ахмеджанов Ф.Р., Болтабаев А.Ф., Рахимов Э.Т. «Анизотропия затухания акустических волн в кристаллах парателлурита» Ученые записки физического факультета МГУ, № 5, с. 145333 (2014)

Скорость распространения и коэффициент затухания акустических волн в кристаллах парателлурита измерены методом Брэгговской дифракции света на акустических волнах с частотами 0,03–1.6 ГГц. По результатам измерений рассчитаны действительные и мнимые компоненты комплексного тензора упругих постоянных, которые использовались для определения и анализа анизотропии затухания акустических волн с различной поляризацией. Показано, что наиболее сильная анизотропия затухания наблюдается для чистых поперечных волн, скорость распространения которых не меняется в данной плоскости.

Ливанский А.Н., Нигметзянов Р.И., Чендаров А.С. «Исследование влияния ультразвука на процесс химического травления алюминия» Ученые записки физического факультета МГУ, № 5, с. 145334 (2014)

Основной из задач стоящих перед машиностроительной отраслью является снижение массы и удельной материалоемкости изделий. Основным способом достижения данной цели является производство деталей и узлов из алюминия. Однако промышленное применение алюминия ограниченно вследствие его низких прочностных характеристик и низкой износостойкости. Анализ существующих проблем в данной области, а также результаты исследования ультразвукового воздействий на различные процессы обработки металлов показали, что в настоящее время основным способом повышения свойств деталей из алюминия является изменение свойств поверхностного слоя деталей путем травления. Работа описываемая в этой статье направлена на изучение перспектив применения ультразвука для повышения эффективности химической обработки алюминия.

Петронюк Ю.С., Мороков Е.С., Левин В.М., Зеленов В.И. «Акустическая микроскопия многослойных кристаллов микроэлектроники» Ученые записки физического факультета МГУ, № 5, с. 145335 (2014)

Показано, что методами импульсной акустической микроскопии, можно обнаруживать скрытые дефекты при производстве многослойных кристаллических чипов в процессе постепенного наращивания системы микрокристаллов. Предложенные методы позволяют выявлять дефекты адгезии, на границе между кристаллами, дефекты ультразвуковой пайки контактов, распределение и деформацию теплоотводящего слоя (полиимидной сетки), скрытые внутренние трещины кристаллов. Рабочая частота 50–100 МГц позволяет уверенно выполнять акустическую визуализацию с разрешением 30–50 мкм на глубине двух кристаллических слоев (2×690 мкм). Отображение структуры на большей глубине затруднительно из-за сильного преломления в кремнии наклонных компонент зондирующего фокусированного пучка, а также из-за многочисленных элементов внутренней структуры, образующих тень на изображениях нижерасположенных слоев.

Мороков Е.С., Левин В.М., Лебеденко И.Ю., Анисимова С.В., Подзорова Л.И., Ильшева А.А., Березина С.И. «Применение импульсной акустической микроскопии для исследования плотных керамик на основе ZrO₂» Ученые записки физического факультета МГУ, № 5, с. 145336 (2014)

Методами импульсной акустической микроскопии и атомно-силовой микроскопии была исследована объемная микроструктура керамики ZrO₂. Показано, что образцы имеют мелкопористую микроструктуру с размером пор от нескольких нанометров до десятков микрон, показаны микротрещины размером несколько сотен микрометров. Установлено, что с увеличением концентрации пор в объеме керамики изменяется величина скорости распространения продольных волн и плотность материала. Наблюдается обратная зависимость значений объемного модуля K от количества пор и дефектов в структуре керамики. Показано, что техника объемной ультразвуковой визуализации высокого разрешения является эффективным методом неразрушающего контроля плотных современных керамик применяемых в стоматологии и визуализации зоны контакта между керамическим остовом и облицовкой.

Левин В.М., Петронюк Ю.С., Беллуччи С., Кижур П. «Визуализация структуры нанокомпозитов методами акустической микроскопии» Ученые записки физического факультета МГУ, № 5, с. 145337 (2014)

Методы импульсной акустической микроскопии позволяют с микронным разрешением исследовать объемную структуру и изучать упругие свойства миниатюрных образцов. В настоящее время метод оказывается актуальным для изучения и характеризации современных композитов с микро и наноструктурой. Интерес исследователей вызывает возможность формирования фрактальной объемной микроструктуры из наночастиц внутри матрицы, что может стать причиной кардинального изменения свойств исходного материала. В докладе представлены результаты исследования композитов с различными углеродными наполнителями (графен, графит, нанотрубки). Общепринятым является представление о равномерном распределении частиц наполнителя по объему композита, вне зависимости сопровождается такое распределение образованием непрерывного кластера или нет. Однако, на практике за счет эффективного взаимодействия наночастиц между собой часто реализуется агломерация наночастиц во фрактальные конгломераты микронных размеров и выше. Появление конгломератов нарушает те структурные особенности, которые обуславливали ожидаемые физико-химические свойства – нанокомпозиты переходят в разряд обычных композитов с мелкой структурой. Более того, в зависимости от метода фабрикации композита, конгломераты могут включать в себя воздушные и газовые пузыри.

Павловский А.С., Пугачев С.И., Семенова Н.Г. «Роль вязких волн в технологических процессах по схеме тонкого слоя (на примере ультразвуковой металлизации материалов)» Ученые записки физического факультета МГУ, № 5, с. 145338 (2014)

Экспериментально и численно показано, что короткие поперечные вязкие волны, возбуждаемые в тонком слое жидкости, находящемся на поверхности твердого тела, вызывают появление в слое нелинейных эффектов: течений, радиационной силы и гидродинамической кавитации. При ультразвуковой металлизации эти эффекты обеспечивают смачивание твердого тела расплавом металла, создают развитый рельеф его поверхности и обуславливают физико-химическое взаимодействие жидкой и твердой фаз.

Данилин И.В., Сундуков С.К., Фатюхин Д.С. «Исследование свойств поверхностного слоя покрытия, полученного методом азотирования с последующей ультразвуковой упрочняющей обработкой» Ученые записки физического факультета МГУ, № 5, с. 145339 (2014)

Твёрдость стали является одним из важнейших свойств, определяющих её износостойкость. Для повышения твёрдости применяются технологии поверхностного упрочнения: азотирование и поверхностно-пластическое деформирование, которые основаны на принципиально разных процессах. Применение комбинированного метода позволяет повысить твёрдость поверхностного слоя материала и увеличить глубину упрочнения. В работе приведены результаты исследований свойств покрытия, полученного методом азотирования с последующей ультразвуковой упрочняющей обработкой.

Приходько В.М., Шеина А.Е., Юдаков Е.Г. «Использование координатной обработки для интенсификации процесса ультразвуковой очистки» Ученые записки физического факультета МГУ, № 5, с. 145340 (2014)

В двигателях внутреннего сгорания загрязнениям подвергаются детали различных размеров, формы и конструкции. Особую сложность представляет очистка от загрязнений корпусных изделий, что объясняется их крупными габаритами, наличием большого количества отверстий, карманов и других труднодоступных мест. Одним из наиболее эффективных способов очистки деталей является ультразвуковой. Рассмотрены технология и оборудование для автоматизированной ультразвуковой очистки корпусных деталей перемещающимся излучателем.

Аносов А.А., Казанский А.С., Мансфельд А.Д. «Кровоток и теплопродукция в предплечье, измеренные методом акустотермографии» Ученые записки физического факультета МГУ, № 5, с. 145341 (2014)

Внутренняя температура конечностей тела человека определяется температурой притекающей крови, а также теплотой, выделяющейся при различных химических реакциях. Для физиологии важно определить (и разделить) степень влияния и кровотока, и теплопродукции на изменение температуры. Методом акустотермометрии были получены параметры кровотока и теплопродукции в предплечье человека при физической нагрузке. Для измерений теплового акустического излучения был использован датчик многоканального акустотермографа, разработанного в ИПФ РАН (полоса пропускания 1.2–2.7 МГц, пороговая чувствительность при времени интегрирования 10 с – 0.3 К). Испытуемые (в измерениях участвовали 3 человека) сжимали-разжимали кисть в течение 100 с (за это время успевали совершать 120±5 движений). При этом использовали два варианта проведения эксперимента: на плечо накладывали (чтобы снизить кровоток в предплечье) или не накладывали жгут. После работы испытуемый отдыхал, а измерения продолжались. Результаты измерений показывают, что температура предплечья сразу же начинала расти (быстрее без жгута) и достигала максимума (акустояркостная температура повышалась на приблизительно 1.5 К без жгута и на 0.5 К со жгутом) уже после окончания работы (через приблизительно 100 с без жгута и через 200 с со жгутом), после чего снижалась. Полученные данные позволили оценить удельный кровоток: 0.023 мин^–1, что согласуется с литературными оценками: 0.02–0.07 мин^–1). В процессе работы кровоток увеличивался приблизительно в 7–8 раз. Величина теплопродукции к концу работы составляла 0.0043 К/с. Отметим, что дополнительно проводились измерения в ИК диапазоне, что позволяло следить за изменением температуры поверхности кожи. При расчетах глубинной температуры использовали уравнение теплопроводности, предложенное Пеннесом для тела человека, с учетом кровотока и дополнительных источников теплопродукции. Расчеты с использованием экспериментально полученных данных показывают, что максимум глубинной температуры предплечья в покое составляет 36°С. Физическая нагрузка только за счет теплопродукции повышает эту температуру до 37°С, а добавление кровотока – до 38°С. Проведенные эксперименты позволили отработать методику акустотермографических измерений на испытуемых, что является важным этапом доведения метода до клинической практики.

Ильин С.А., Гаврилов Л.Р., Хохлова В.А. «Особенности применения ультразвуковых фазированных решеток с различным количеством элементов при облучении тканей в присутствии ребер» Ученые записки физического факультета МГУ, № 5, с. 145342 (2014)

Во многих современных медицинских приложениях мощного фокусированного ультразвука необходимо принимать во внимание потери энергии на естественных преградах в виде ребер. В связи с этим в данной работе было проведено исследование целесообразности применения фазированных решеток с увеличенным количеством элементов для уменьшения перегрева костей при фокусировке через грудную клетку. Проанализировано влияние количества элементов решетки на величину потерь мощности фокусированного пучка на ребрах и уровень интенсивности в области фокуса за ребрами при использовании геометрического подхода к отключению элементов решетки, находящихся в тени ребер.

Хохлова В.А., Ванг Я.Н., Буравков С.В., Максвелл А.Д., Хохлова Т.Д., Лиин Д.В., Сапожников О.А., Бэли М.Р., Шейд Дж.Р. «Гистологический анализ механических разрушений в ex-vivo почках человека и свиньи под действием высокоинтенсивного фокусированного ультразвука» Ученые записки физического факультета МГУ, № 5, с. 145343 (2014)

Большинство современных клинических приложений высокоинтенсивного фокусированного ультразвука в неинвазивной хирургии (HIFU) основано на быстром нагревании среды за счет поглощения энергии ультразвуковой волны, ведущем к тепловой денатурации ткани в области фокуса. Недавно, учеными университета штата Вашингтон и МГУ был разработан новый метод, позволяющий механически разрушать ткани при импульсно-периодическом воздействии сфокусированными волнами с высокоамплитудными ударными фронтами. Используются импульсы миллисекундной длительности, вызывающие сверхбыстрый нагрев ткани в фокусе и ее взрывное вскипание в течение каждого из импульсов. Взаимодействие ударных фронтов с образующейся паро-газовой полостью миллиметрового размера приводит к механической дезинтеграции ткани на субклеточные фрагменты. Работоспособность метода уже была показана на еx-vivo тканях говяжьей печени и сердца, а также свиной почке in-vivo. В работе механические разрушения были получены в еx-vivo тканях человеческой и свиной почки. Приводится описание проведенных экспериментов, обсуждаются результаты сравнительного анализа и гистологических исследований полученных разрушений.

Николаев А.Л., Гопин А.В., Конопацкая И.И., Миронов М.А., Пятаков П.А., Андронова Н.В., Трещалина Е.М., Дежкунов Н.В. «Твердофазная соносенсибилизация в сонодинамической терапии онкологических заболеваний» Ученые записки физического факультета МГУ, № 5, с. 145344 (2014)

Обобщен опыт работы авторского коллектива по сонодинамической терапии онкологических заболеваний с использованием наночастиц в качестве соносенсибилизаторов. Различными методами исследованы кавитационные и тепловые ультразвуковые эффекты в водных и гелевых модельных средах, содержащих модификаторы различной природы. Сформулированы некоторые положения, определяющие критерии выбора перспективных соносенсибилизаторов на модельных системах. Создана аппаратура для проведения доклинических и клинических исследований. Предложен оригинальный способ синтеза наночастиц и их агрегатов (твердофазных соносенсибилизаторов) непосредственно в опухоли. Сформулирован комплекс сопутствующих биофизических и физико-химических задач.

Цысарь С.А., Сапожников О.А., Крейдер У. «Нелинейная акустическая голография для исследования терапевтических источников мощного ультразвука» Ученые записки физического факультета МГУ, № 5, с. 145345 (2014)

Ультразвуковые методы широко используются в медицинской диагностике и терапии. Мощный ультразвук (УЗ) в ряде случаев может служить альтернативой традиционным хирургическим методам лечения. Тем не менее, серьезным препятствием для широкого клинического использования УЗ в терапевтических целях является то, что до сих пор не существует разработанных метрологических методов для калибровки мощных акустических источников. Современные методы характеризации ультразвуковых полей не позволяют проводить прямые измерения в мощных УЗ системах в рабочем диапазоне мощностей и не могут дать полную информацию о пространственном распределении параметров интенсивных полей. Акустическая голография является методом, который способен предоставить подробную информацию о распределении колебательной скорости на поверхности источника и найти пространственно-временную структуру излучаемого акустического поля. На сегодняшний день голография использовалась только для линейного поля, т.е. в случае низкой интенсивности излучения, что характерно в основном для диагностических устройств. Однако в ультразвуковой терапии используются источники, работающие при высокой интенсивности, и характер распространения излучаемых ими волн является нелинейным. Нелинейная акустическая голография основана на измерении двумерных распределений амплитуды и фазы акустического давления для всех гармоник, присутствующих в спектре сигнала. На основе полученных данных с использованием интеграла Рэлея или других алгоритмов имеется возможность провести расчет распространения акустического поля для математической реконструкции распределения колебательной скорости на поверхности источника. Нелинейные расчеты распространения поля основаны на численном решении волнового уравнения Вестервельта. Разработанный метод нелинейной акустической голографии является эффективным инструментом для характеризации терапевтических источников ультразвука при работе на высоких мощностях, когда характеристики колебания поверхности источника могут значительно отличаться от вибрационных характеристик на низких уровнях мощности. В работе развиты численные алгоритмы нелинейного распространения акустического поля в условиях обращения времени, а также представлены результаты физических экспериментов по нелинейной голографии реальных терапевтических источников.

Юлдашев П.В., Максвелл А., Крайдер В., Сапожников О.А., Бэйли М., Крам Л., Хохлова В.А. «Моделирование и измерение поля мощного многоэлементного терапевтического излучателя в широком диапазоне интенсивностей вплоть до проявления эффекта насыщения в фокусе» Ученые записки физического факультета МГУ, № 5, с. 145346 (2014)

Во многих современных приложениях мощного фокусированного ультразвука (HIFU) в неинвазивной хирургии, например, при гистотрипсии, возникает необходимость генерации мощных ультразвуковых полей с амплитудой ударного фронта в фокусе до 120 МПа на значительной глубине в ткани. Для экспериментального исследования возможности создания таких полей и генерации механических разрушений в ткани был создан прототип системы, состоящий из усилителя и излучателя с рабочей частотой 1 МГц. Излучатель состоит из семи отдельных элементов круглой формы, расположенных на сферической чашке диаметром 14.7 см и радиусом кривизны (фокусным расстоянием) 14 см. Цель настоящей работы состояла в характеризации поля указанного излучателя в воде с помощью гидрофонных измерений и численного моделирования. Моделирование поля было выполнено на основе трехмерного уравнения Вестервельта с начальными условиями, полученными экспериментально методом акустической голографии. В эксперименте профили волны в фокусе были измерены оптоволоконным гидрофоном. Измерения проводились при различной амплитуде акустического давления на поверхности источника, вплоть до уровня, соответствующего 30% от максимально достижимой амплитуды. Было показано, что результаты измерений и расчетов хорошо согласуются между собой. Проведение измерений при амплитуде волны на источнике выше указанного уровня было невозможным из-за возникновения кавитации на поверхности гидрофона. Однако в расчетах такой проблемы не возникает, и поэтому профили в фокусе были получены вплоть до максимальной амплитуды волны на источнике в рабочем диапазоне мощностей усилителя. Было показано, что при больших амплитудах проявляются эффекты нелинейного насыщения поля в фокусе. Найдены максимально достижимые значения для пиковых давлений и амплитуды ударного фронта. Таким образом, в работе было показано, что численное моделирование на основе трехмерного уравнения Вестервельта является важным инструментом для прогнозирования характеристик ультразвуковых полей, создаваемых мощными терапевтическими HIFU излучателями.

Клопотов Р.В., Крутянский Л.М., Брысев А.П. «Нагрев поглощающей среды ультразвуковым пучком с параметрически обращенным волновым фронтом» Ученые записки физического факультета МГУ, № 5, с. 145347 (2014)

Приведены результаты экспериментов по нагреву поглощающей среды ультразвуковым пучком с параметрически обращенным волновым фронтом. В качестве нагреваемой среды использовался пластисол – силиконовый полимер, близкий по акустическим свойствам к биоткани. С помощью термопарных измерений продемонстрированы преимущества реализованного метода нагрева, возникающие за счет использования обращения волнового фронта: самонаведение ультразвукового пучка на нагреваемую область, и низкая зависимость параметров нагрева от положения или движения образца в определенной области. При этом, величина нагрева в обсуждаемых экспериментах составила до 8°С за время порядка 100 с. Обсуждаются перспективы применения полученных результатов в медицине и других областях.

Смагин Н.В., Крутянский Л.М., Брысев А.П. «Измерение коэффициента акустического поглощения в неоднородных средах и биологических тканях с помощью обращенных ультразвуковых волн» Ученые записки физического факультета МГУ, № 5, с. 145348 (2014)

Проведено сравнительное экспериментальное исследование двух методов измерения коэффициента акустического поглощения: стандартного метода, основанного на регистрации амплитуды прошедшей через образец волны, и его модификации с применением фазосопряженных (обращенных) ультразвуковых волн. В качестве конкретного примера реализации стандартного метода использована техника сравнения с эталоном. Показано, что искажение волнового фронта зондирующего пучка, вызванное наличием в тестовых объектах структурных неоднородностей либо рассеивателей, приводит к появлению существенной погрешности измерения стандартным методом. В то же время, применение обращенных волн позволяет практически полностью скомпенсировать данную погрешность в случае чисто фазовых неоднородностей тестовых объектов или присутствия невысоких концентраций рассеивателей с размерами порядка длины волны. В других случаях, в том числе и при измерениях поглощения в неоднородных биотканях, метод с использованием обращения волнового фронта позволяет получить более достоверную оценку диссипативных потерь.

Бибиков Н.Г. «Некоторые принципы обработки сигналов слуховой системой» Ученые записки физического факультета МГУ, № 5, с. 145349 (2014)

Обзор современного состояния вопроса о принципах кодирования звуков в слуховой системе человека. Подчеркивается, что после преобразования в улитке внутреннего уха сигнал может передаваться только импульсной активностью волокон слухового нерва. Для кодирования особенностей звука в значительном частотном и динамическом диапазонах требуется статистическая независимость импульсации разных волокон. Во многом именно обеспечению такой независимости служит сложный механизм частотного анализа во внутреннем ухе, а также специфическая система синаптической передачи между внутренней волосковой клеткой и связанными с ней волокнами слухового нерва. Эта передача осуществляется с добавлением шумовой составляющей, независимой для разных синапсов. Последнее свойство позволяет сохранить в импульсации популяции волокон информацию о временных интервалах, существенно меньших длительности отдельного импульса волокна. На следующих этапах слухового пути эта информация обрабатывается несколькими различными методами при резком увеличении числа элементов анализа. Начиная со слухового центра среднего мозга, все большее значение приобретает пластичность нервной ткани. Фактически каждая нервная клетка становится самообучающимся элементом, в которой характер преобразования сигнала определяется предшествующим опытом. Обсуждается экспериментальная база, служащая для обоснования высказанных положений.

Римская-Корсакова Л.К. «Периферические основы слухового распознавания изменений интенсивности импульсных звуков, предъявляемых в тишине и после воздействия шума» Ученые записки физического факультета МГУ, № 5, с. 145350 (2014)

Причины ухудшения и облегчения распознавания изменений интенсивности коротких высокочастотных звуков (импульсов), предъявляемых в тишине в шуме и после действия шума, анализировали путем сравнения результатов модельных и психоакустических экспериментов. В модельном эксперименте изучали особенности периферического кодирования изменений интенсивности импульсов; искали условия, в которых реакция ансамбля может сохранять информацию об амплитудно-временной структуре, анализировали статистические характеристики реакций ансамбля волокон слухового нерва, вызванные в ответ на действие импульсов и звуковых комплексов «шумовой маскер–импульс». Под кодированием понимали преобразование синаптических потенциалов в последовательность потенциалов действия, сгенерированных волокнами слухового нерва. Моделирование показало, что изменение уровня маскера приводит к изменению свойств кодирования импульс, и звукового комплекса. Слуховые эксперименты показали, что эффекты облегчения распознавания возникают, если импульс средней интенсивности предъявляли вместе или после маскера, уровень которого соответствовал порогу маскировки. При задержке импульса относительно маскера в 50–60 мс, увеличение уровня последнего сопровождалось чередованием эффектов облегчения и ухудшения распознавания изменений интенсивности импульсов. Данные моделирования позволяют объяснить обнаруженные эффекты облегчения с точки зрения изменчивости свойств временного периферического кодирования импульсов и звуковых комплексов.

Иванов М.П., Дроган Е.В. «Эксперимент по исследованию коммуникации китообразных» Ученые записки физического факультета МГУ, № 5, с. 145351 (2014)

Развитие исследований по акустической коммуникации китообразных переходит порог от процесса накопления эмпирических данных к прямому эксперименту. Проведен анализ эмоциональных сигналов афалины и белухи, которые представляют собой пачки коротких импульсов длительностью от 80 до 600 мс с неэквидистантной последовательностью импульсов в диапазоне от 1.8 до 6 мс. Широкополосная регистрация эмоциональных сигналов белухи показала, что спектральная плотность зарегистрированных импульсов достигает 500 кГц и более, что противоречит известной частотно-пороговой характеристике приемной системы зубатых китов.

Ульянов А.А., Иванов М.П. «Создание базы данных акустических сигналов морских млекопитающих» Ученые записки физического факультета МГУ, № 5, с. 145352 (2014)

Новые многоканальные комплексы регистрации биоакустической активности морских млекопитающих на цифровой носитель значительно расширили возможности исследователя. При планировании современного лабораторного эксперимента или проведении этолого-акустических наблюдений в открытом море необходимо позаботиться о хранении и дальнейшей обработке информации, полученной в условиях полевых измерений. База данных предназначена для систематизации результатов измерений, хранения и минимизации больших объемов гидроакустической информации, а также последующего ее использования в вычислительных экспериментах.

Крейчи С.А., Кедрова Г.Е., Байрамова Ф.О., Потёмкин С.Б., Фролова О.Е. «База данных звучащей русской речи как инструмент изучения интерференции артикуляторных моделей различных языков» Ученые записки физического факультета МГУ, № 5, с. 145353 (2014)

Интерференция артикуляторных моделей различных языков является существенным препятствием для овладения безакцентным иноязычным произношением. База данных звучащей русской речи, разрабатываемая в Лаборатории фонетики и речевой коммуникации филологического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова, включает две однотипно организованные части: орфоэпически правильное произношение и русское произношение с акцентом: образцы, записанные от носителей разных языков мира (чтение изолированных слов и предложений, неподготовленные высказывания). Многообразие позиций органов артикуляции, необходимых для формирования звуков, нормативных для разных языков, можно представить как межъязыковое пространство артикуляторных поз, в котором эти позы могут совпадать или не совпадать при произнесении русских слов, что требует перестройки всей артикуляторной базы родного языка для овладения безакцентным произношением на русском языке.

Гай В.Е., Гай Н.В., Яковлев О.А., Сажин В.Г. «Информационная модель слухового восприятия» Ученые записки физического факультета МГУ, № 5, с. 145354 (2014)

Описывается предлагаемая модель информационных преобразований, проходящих в слуховой системе. Проводятся аналогии между процессами преобразования информации в слуховой системе и предлагаемой моделью. Указанная модель строится на принципах теории активного восприятия, предложенной для моделирования информационных процессов в системе зрительного восприятия. На основе предложенной модели создано несколько методов обработки звуковых сигналов: метод вычисления частоты основного тона голоса человека, метод выделения полезного сигнала. Проведённые экспериментальные исследования подтвердили эффективность предложенных методов.