مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

شبیه‌سازی اثرات عوامل محیطی بر انتشار صدا در محیط آب کم‌عمق با استفاده از مدل انتشار معادله سهموی

نوع مقاله : پژوهشی اصیل

نویسندگان
محمد رضائی 1
احسان سلکی 2
کبری نصیرباغبان 3
1 انجمن علوم صوتی ایران
2 آزمایشگاه ملی فروصدا
3 دانشگاه صنعتی امیرکبیر
10.48311/mme.24.7.467
چکیده
شبیه‌سازی عددی انتشار صدا زیر آب به‌دلیل هزینه بسیار کم در مقابل اندازه‌گیری میدانی در دریا، مورد توجه محققان حوزه صوتیات قرار دارد. یکی از روش‌های بهینه این شاخه، روش معادله سهموی است که نتایجی با دقت و هزینه مناسب در حوزه بسامدهای میانی و پایین‌تر ارائه می‌دهد. از سوی دیگر، اغلب برهم‌کنش بشر با صوتیات زیرآب در حوزه نزدیک سواحل و طبعاً آب‌های کم‌عمق صورت می‌گیرد که شبیه‌سازی به روش معادله سهموی برای این حوزه بسیار رایج است. این تحقیق، به بررسی اثرات عوامل محیطی بر افت ترابردی در مسافت‌های از مرتبه چند ده کیلومتر می‌پردازد. نتایج نشان می‌دهند جریان‌های زیرسطحی و تغییرات نیم‌رخ سرعت صدا در جهت برد، تأثیر اندکی بر توزیع افت ترابردی در بسامدهای پایین دارند و خواص بستر به‌ویژه ضریب تنکش آن در این حوزه بسامدی از بیشترین اهمیت برخوردار است. در مقابل، در حوزه بسامدهای بالاتر (مرتبه 1000 هرتز) نیم‌‌رخ سرعت صدا بیشترین نقش را در تعیین مقدار افت ترابردی ایجاد می‌کند. این مسئله نشان می‌دهد در آب کم‌عمق اهمیت جنس بستر محدود به بسامدهای پایین می‌باشد
کلیدواژه‌ها
انتشار صدا زیرآب
آب کم‌عمق
افت ترابردی
نیم‌رخ سرعت صدا
خواص بستر

موضوعات

عنوان مقاله English

Comprehensive Investigation of Effects of Environmental Parameters on Shallow Water Sound Propagation

نویسندگان English

Mohammad Rezaee 1
Ehsan Solki 2
Kobra Nasirbaghban 3
1 Iran Society of Acoustical Sciences
2 National Infrasound Laboratory
3 Amirkabir University of Technology
چکیده English

Due to lower cost compared to field measurement, simulation of sound propagation is considerably favorable for acoustic researchers. One of most optimized methods in this regard is PE (paraboloic Equation), which gives detailed low cost results especially in the low and mid frequencies. On the other hand, most of the human interaction with the water bodies are in the so called shallow water region, where PE is the most common method of acoustic simulation. In this study, effects of environmental parameters on transmission loss are investigated in the range of the scale of few tens of kilometers. The results show subsurface flows and sound speed profile variations in the course of the range, have the least effects and bottom properties, specifically the attenuation factor, are the most effective parameter in the low frequency sound propagation. On the other side, in the range of higher frequencies (more than 1000 Hz), seasonal variation of sound speed profile has the most efficient effect

کلیدواژه‌ها English

Sound Propagation
Transmission Loss
Shallow Water
Sound Speed Profile
Bottom Properties
[1] H. Schmidt, "Numerical modeling in ocean seismo-acoustics," in Ocean Technologies and Opportunities in the Pacific for the 90's, IEEE, 1991.
[2] P. Etter, Underwater acoustic modeling and simulation, CRC Press, 2018.
[3] F. Jensen, Computational ocean acoustics, Springer Science & Business Media, 2011.
[4] F. Jensen and W. Kuperman, "Optimum frequency of propagation in shallow water environments," The Journal of the Acoustical Society of America, vol. 73, no. 3, pp. 813-819, 1983.
[5] D. Wilson and V. Ostashev, Acoustics in moving inhomogeneous media, CRC Press, 2015.
[6] Agustinus, H. Manik, N. Sukoco, E. Muharrom and T. Supriyanto, "Analysis of parabolic equation (Ramgeo) propagation model in north Natuna sea," Transpublika International Research in Exact Sciences (TIRES), vol. 3, no. 3, p. 2828, 2024.
[7] H. Song, C. Cho, W. Hodgkiss, S. Nam, S.-M. Kim and B.-N. Kim, "Underwater sound channel in the northeastern East China Sea," 2017.
[8] A. Duncan, A. Gavrilov, R. McCauley, I. Parnum and J. M. Collis, "Characteristics of sound propagation in shallow water over an elastic seabed with a thin cap-rock layer," Journal of Acoustical Society of America, vol. 134, no. 1, pp. 207-215, 2013.
[9] P. Abbot, S. Celuzza, I. Dyer, B. Gomes, J. Fulford and J. Lynch, "Effects of East China Sea Shallow-Water Environment on Acoustic Propagation," IEEE JOURNAL OF OCEANIC ENGINEERING, vol. 28, no. 2, pp. 192-211, 2003.
[10] F. D. Tappert, "The parabolic approximation method," Wave propagation in underwater acoustics, pp. 244-287, 1977.
[11] D. Lee, D. C. Resasco, M. H. Schultz and F. Saied, "A parallel 3D parabolic wave equation solver," Office of Naval Research (ONR), YALEU/DCS/RR-995, 1993.
[12] F. Jensen and C. Ferla, "Numerical solutions of range‐dependent benchmark problems in ocean acoustics," The Journal of the Acoustical Society of America, vol. 87, no. 4, pp. 1499-1510, 1990.
[13] A. Saleh, A. Hamzehpour, A. Mehdinia, K. Darvish Bastami and S. Mazaher, "Hydrochemistry and nutrient distribution in southern deep-water basin of the Caspian Sea," Marine Pollution Bulletin, vol. 127, pp. 406-411, 2018.
[14] L. Wang, K. Heaney, P. Pangerc, O. Theobald, S. Robinson and M. Ainslie, "Review of underwater acoustic propagation models," National Physical Laboratory, 2014.
مهندسی مکانیک مدرس
دوره 24، شماره 7
تیر 1403
صفحه 467-474