水下声学gydF4y2Ba

cgydF4y2Ba=声音的速度gydF4y2Ba

压力也可以用力来定义:gydF4y2Ba

p = F / AgydF4y2Ba

在哪里gydF4y2BapgydF4y2Ba=压力,gydF4y2BaFgydF4y2Ba=力,gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba=区域gydF4y2Ba

声强gydF4y2Ba

一个良好的gydF4y2Ba声强度gydF4y2Ba定义为传播方向上单位面积的声功率:gydF4y2Ba

c是声速gydF4y2Ba

rgydF4y2Ba水里的C是1.5 x 10gydF4y2Ba^5gydF4y2Ba(PagydF4y2Ba�gydF4y2Bas) / m;gydF4y2Ba

声压级和声强级gydF4y2Ba

声级扩展到许多数量级，因此，在测量声音时使用对数刻度是很方便的。这两个gydF4y2Ba声压级gydF4y2Ba(SPL)gydF4y2Ba和gydF4y2Ba声音强度水平gydF4y2Ba(银)gydF4y2Ba以分贝(dB)来测量，通常用被测量电平与参考电平的比率表示:gydF4y2Ba

声压级(dB) = 20 log (gydF4y2Bap / pgydF4y2Ba_{裁判gydF4y2Ba}),gydF4y2BapgydF4y2Ba_{裁判gydF4y2Ba}为参考压力gydF4y2Ba

声音强度级(dB) = 10 log (gydF4y2Ba我/gydF4y2Ba_{裁判gydF4y2Ba}),gydF4y2Ba我gydF4y2Ba_{裁判gydF4y2Ba}为参考强度gydF4y2Ba

换句话说，分贝等于10乘以两个强度之比的对数，20乘以两个压力之比的对数。SPL和SIL的单位都是dB相对于参考强度(通常缩写为dB re 1�Pa或dB//1�Pa)。每当在声强或声压的术语中加上“级”时，通常意味着测量用的是db。因为分贝意味着两个值的比率(因此是一个无量纲测量)，当以分贝测量时，声压级和SIL是等价的。gydF4y2Ba

因为dB刻度是相对的参考水平gydF4y2Ba必须gydF4y2Ba如果要使dB值有意义，则将它们包含在dB值中。SPL和SIL的参考水平是相同的，但报告的单位不同。常用的gydF4y2Ba参考压力水平在水下声学是1欧帕gydF4y2Ba而gydF4y2Ba20�PagydF4y2Ba(大约是人类在1000赫兹时的听力阈值)gydF4y2Ba空气基准水准仪gydF4y2Ba．的gydF4y2Ba水中基准强度gydF4y2Ba是gydF4y2Ba

我gydF4y2Ba_{裁判gydF4y2Ba}= pgydF4y2Ba^2gydF4y2Ba_{裁判gydF4y2Ba}/ (DgydF4y2Ba_水gydF4y2BacgydF4y2Ba_水gydF4y2Ba) = 6.7 x 10gydF4y2Ba^{-19年gydF4y2Ba}W / mgydF4y2Ba^2gydF4y2Ba

其中参考水压力(pgydF4y2Ba_{裁判gydF4y2Ba}) 1欧元/月，gydF4y2Ba

和水的密度(DgydF4y2Ba_水gydF4y2Ba)约1000kg/mgydF4y2Ba^3.gydF4y2Ba，gydF4y2Ba

在水中的声速(cgydF4y2Ba_水gydF4y2Ba)约1500米/秒。gydF4y2Ba

从历史上看,gydF4y2Ba空气中参考强度gydF4y2Ba是人类几乎听不到的声音强度，gydF4y2Ba1 10gydF4y2Ba^{－１２gydF4y2Ba}瓦特/ mgydF4y2Ba^2gydF4y2Ba或1 pW / mgydF4y2Ba^2gydF4y2Ba．对人类来说，一种痛苦的(空气中的)声音= 10瓦特/米gydF4y2Ba^2gydF4y2Ba)．gydF4y2Ba

除了参考电平外，还必须引用该参考电平与源的距离;典型地，SIL的单位是分贝相对于1米的参考强度(例如，20分贝re 1�Pa @ 1m)(即距离声源仅1m时的声音强度)。在实践中,很少人能测量声源级参考标准的1米,这源水平通常估计通过测量SPL一些已知的范围从源(假定为一个点)和衰减效果预测和减去测量值估计水平的参考范围。gydF4y2Ba

理想情况下，我们想要测量的是声音强度等级。然而，测量声压要比测量声强容易得多，所以我们测量了声压，并由此推断出声强。在相同的介质中，声音的强度或功率与压力的平方的平均值成正比:gydF4y2Ba

我gydF4y2Ba�gydF4y2BapgydF4y2Ba^2gydF4y2Ba

因此gydF4y2Ba

SIL(dB) = 10 log (I/IgydF4y2Ba_r)gydF4y2Ba= 10 log (pgydF4y2Ba^2gydF4y2Ba_水gydF4y2Ba/ pgydF4y2Ba^2gydF4y2Ba_{ref-watergydF4y2Ba}) = 20 log (pgydF4y2Ba_水gydF4y2Ba/ 1�Pa)gydF4y2Ba

换句话说，一旦我们开始使用分贝标度，SIL和SPL几乎是一样的。gydF4y2Ba

分贝从空气到水的转换(反之亦然)gydF4y2Ba

dB = 20 log (pgydF4y2Ba_水gydF4y2Ba/1 Pa) = 20 log (20) = + 26dbgydF4y2Ba

因此，空气和水之间的压力比较相差26db。gydF4y2Ba

水的特性阻抗约为空气的3600倍;空气中声音强度与水的换算系数为63分贝。gydF4y2Ba

10 log (3600) = 36 dBgydF4y2Ba

36+26 = 62分贝gydF4y2Ba

一个简化的例子…gydF4y2Ba

如果一个喷气发动机是140分贝，每100万英镑20欧元，那么在水下这将相当于gydF4y2Ba

银gydF4y2Ba_水gydF4y2Ba=银gydF4y2Ba_{空气gydF4y2Ba}+ 62 = 202 dB re1�PagydF4y2Ba

要从水转化为空气，只需从水中的SL减去62分贝。一艘超级油轮产生190分贝的声级，大致相当于127分贝的声音在空气中。(请注意，这些都是粗略的概括，因为源电平经常随声音的频率成分而变化。)gydF4y2Ba

声源，声路接收器模型gydF4y2Ba

用来描述声音在水或空气中的传播的一个比较流行的模型是“源、路径、接收器”模型(Richardson 1995)。的gydF4y2Ba基本gydF4y2Ba这个模型中的参数(有很多我们不讨论)是:gydF4y2Ba

• 源:源级(SL)gydF4y2Ba

• 路径或介质:传输损耗(TL)、环境噪声级(NL)gydF4y2Ba

• 接收机:信噪比(SNR)、声强级(SIL)、检测阈值(DT)gydF4y2Ba

声音传播的一个简单模型是:gydF4y2Ba

Sil = sl - tlgydF4y2Ba

其中TL = 10 log(1米强度/ rgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba离震源几米远)gydF4y2Ba

透射损耗也可以通过加上几何扩散、吸收和散射的影响来估计。出于我们的目的，我们将只讨论传播(TLgydF4y2Ba_ggydF4y2Ba)和吸收损失(TLgydF4y2Ba_{一个gydF4y2Ba})：gydF4y2Ba

TL = TLgydF4y2Ba_ggydF4y2Ba+ TLgydF4y2Ba_{一个gydF4y2Ba}

在哪里gydF4y2Ba

TLgydF4y2Ba_ggydF4y2Ba= 20 log rgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba

(用于几何球面扩散;rgydF4y2Ba_2gydF4y2Ba在米)gydF4y2Ba

一个例子……gydF4y2Ba

座头鲸在深水中1公里处的声强级别是多少(假设是球形扩散)?gydF4y2Ba

传输损耗gydF4y2Ba_ggydF4y2Ba+ TLgydF4y2Ba_{一个gydF4y2Ba}= 20 log (1 km) + 0.003(50) = 60 +。15 = 60.15 dB re 1�Pa @ 1米。gydF4y2Ba

Sil = sl - tlgydF4y2Ba

Sil = 150 - 60.15gydF4y2Ba

信噪比gydF4y2Ba

最后，是否能在海洋中检测到特定的声信号，是感兴趣的信号水平相对于海洋背景噪声水平或环境噪声的因素。这通常表示为“信噪比”(SNR)，其中任何大于1的值意味着信号在噪声之上是可检测的，而低于1的数字意味着信号被“埋没”在噪声中。为了粗略计算信噪比，需要从声强级中减去环境噪声级(NL):gydF4y2Ba

信噪比= sil - nlgydF4y2Ba

数字大于0 dB表示我们可以从背景噪声中检测到信号，而数字小于0 dB则表示我们听不到信号。在上面的座头鲸发声的例子中，我们能在这么远的距离听到这种动物在背景噪音中发出的声音吗?(假设120hz时的NL约为70db)gydF4y2Ba

信噪比= 90 - 70gydF4y2Ba

信噪比= 20 dBgydF4y2Ba

这种鲸鱼的声音比周围的噪音水平高20分贝，我们很可能听到它!gydF4y2Ba

在实践中，这个基本概念变得复杂得多。首先，海洋环境噪声场在时间、位置和频率方面变化很大。影响可能是季节性的，例如风暴轨迹的出现会带来巨大的波浪噪声，或者是每小时一次的，比如船只的经过。此外，水柱的传播特性随位置而变化很大，这取决于物理海洋学特性、当地的水深测量和海底特性。在过去的几十年里，先进的数值模型已经被开发出来，以提供更好的声环境特性预测。最后，自然声源，如海洋哺乳动物和地震，其声源级别可能有显著的变化，使信噪比的计算更加困难。gydF4y2Ba