水声学原理是什么?

发布网友发布时间：2022-05-14 11:36

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热心网友时间：2023-10-15 18:40

随着密度增加，介质对声波来说变得越来越透明，而对电磁波来说则变得越来越不透明。在真空中，电磁波可以传播很大距离，而声波在真空中根本不能存在。空气的密度使得电磁波在空气中的传播比声波更有效。例如，无线电波可以传播几百甚至几千千米，而声波最远也只能传播几千米。通常说话声的传播范围，一般都在若干米之内。如果介质的密度增加到水的密度，情况就发生根本变化。在清洁的水中，无线电波的传播距离为若干米，光波约为几百米，而声波却可走几千米，在特殊情况下，可走几十、几百甚至几千千米。

我们用声波不仅可以测出水中目标的方向，而且还可十分准确地测定目标的位置。分辨能力取决于声波的长度。声波长愈短，分辨能力愈高。但是，应用可与光波波长比较的超短声波是太不合算了。声音在海水中的速度，由于温度、深度和含盐度的不同而在1440～1500米/秒之间变化。在这种情况下，频率为30赫时，波长约为50米，而频率为1兆赫时，波长约为1.5毫米。这样的超短声波（其波长仍比光波波长大50000倍），能保证极好的分辨能力，但它们通常都不用来探测目标，因为它们在水中被吸收得很厉害。

在实践中，水下作业通常采用的声波频率约3万赫，其波长约为5厘米。在水下用这种频率的声波的“视觉”，不能完全以日常生活中看东西的原理（光照射物体和有聚焦透镜——水晶体的眼睛感受反射光）为基础。用声线“照明”物体是不困难的，只要应用大功率声源就能办到。困难大的是制造相应的透镜，其直径必须比波长大几千倍。例如，对频率约3万赫的声来说，透镜直径大约为1000米。

探测水下目标的系统——声呐（声波导航和测距系统），其工作原理是回声探测法。这个方法还是在第一次世界大战期间研究出来的，用送入水中的声脉冲探测潜艇。脉冲碰到目标就反射回来，返回声源（有所减弱）后被记录下来。如果知道脉冲的往返时间，并且知道声音在水中传播的速度，就可以很精确地测定出目标的距离，这当然是很有价值的，因为在这种情况下，通常的目力观测是完全行不通的。