Научный совет РАН по акустике

Достижения 2008 года российских научных
и образовательных организаций
в области акустики

(по материалам, представленным руководителями организаций, кафедр, а также по материалам, представленным членами Совета).

ИПФ РАН

Разработана физическая модель низкочастотной акустической маломодовой импульсной томографии, включающая в себя модели возбуждения, распространения, дифракции и приема маломодовых импульсов, формирования реверберационных помех и шумов, а также методики оценки параметров наблюдаемых неоднородностей для конкретных районов мелкого моря. Разработанная модель, в виде программно-алгоритмического комплекса с интерфейсом для управления и представления данных, использована для прогноза характеристик конкретных систем наблюдения, а также для проектирования системы, обеспечивающей требуемую эффективность в заданных морских районах. Эффективность модели подтверждена натурными экспериментами в Балтийском и Баренцевом морях.

**

Проведено теоретическое исследование распространения непрерывной, периодической, исходно пилообразной волны в среде с неупругим квадратичным гистерезисом и линейной диссипацией. На основе решения Хохлова получены точные аналитические выражения, описывающие распространение и эволюцию такой волны. Показано, что, в отличие от среды с упругой аналитической нелинейностью и линейной диссипацией, где форма волны - гладкая, в среде с гистерезисной нелинейностью (и линейной диссипацией) профиль волны содержит разрывы производной по времени.

**

Предложена модель и исследован капиллярный механизм аномально-высокой акустической нелинейности микронеоднородной упругой водоподобной среды, содержащих систему тонких цилиндрических полостей (капилляров), частично заполненных несжимаемой жидкостью. Проведено теоретическое исследование упругой нелинейности такой среды и получено ее уравнение состоянии. Подобные материалы могут быть использованы для создания высокоэффективных параметрических излучателей звука апертурного типа.

**

На основе результатов натурного эксперимента по фазовому самовоздействию сферически расходящейся продольной сейсмоакустической волны в сыром песчаном грунте предложено его феноменологическое уравнение состояния, т.е. зависимость "напряжение - деформация", и проведено теоретическое исследование наблюдаемого эффекта. Предложенное уравнение состояния является гладкой нелинейной квазианалитической функцией (неаналитичность только при нулевой деформации); оно определяет, установленную в эксперименте, немонотонную зависимость и насыщение фазы волны от ее амплитуды. Из сравнения аналитических и экспериментальных результатов определены параметры нелинейности песчаного грунта.

**

Создана базовая конструкция пьезокерамических гидроакустических излучателей и технология, которая позволяет изготавливать излучатели с резонансными частотами в широком диапазоне от 100 Гц до 3000 Гц.
Уровень излучения до 100 кПа*м (100 кВт).
Коэффициент полезного действия более 90%.
Полоса рабочих частот более 50% от резонансной частоты.
Разработанная базовая конструкция и технология позволяют производить излучатели с акустическими параметрами и массогабаритным характеристиками, считавшимися ранее недоступными.

**

Разработан гидроакустический излучатель для буксируемых, гибких шланговых антенн.
Параметры излучателя:
Резонансная частота - 1500 Гц;
Уровень излучения - 190 дБ;
Чувствительность - 1,5 Па*м;
Изменение резонансной частоты в зависимости от глубины - 1 Гц/м;
Максимальная рабочая глубина - 300 м;
Ресурс - 1011 циклов колебаний;
Материал излучающей поверхности - сталь;
Диаметр - 52 мм;
Длина - 130 мм;
Масса - 1,5 кг.
Электроакустические параметры излучателя на 30% - 50% превосходят параметры существующих прототипов.

**

Разработан, прошёл государственные испытания на утверждение типа и передан в эксплуатацию комплекс для измерения параметров дальнего гидроакустического поля малошумных объектов. Его основой является вертикальная многоэлементная приемная система с неэквидистантным распределением цифровых гидрофонов на апертуре и когерентной обработкой сигналов для следящей фокусировки на объект измерения. Направленные свойства специальным образом сконструированной приемной системы, имеющей фиксированную ширину диаграммы направленности в широком диапазоне частот, устраняют интерференционную помеху, характерную для мелкого моря, и за счет следящей фокусировки обеспечивают измерение дальнего гидроакустического поля контролируемого объекта. Комплекс измеряет диаграмму направленности объекта. При этом уровень излучения объекта может быть на величину до 15 дБ ниже уровня шумов моря. Реализован принцип удаленного управления измерениями и обработкой непосредственно в подводном устройстве в связи с его значительным удалением от управляющего центра и ограничениями в скорости передачи линии связи.

**

На базе Воротиловской глубокой скважины (ВГС) и скважины-спутника на глубинах 3200 метров и 553 метра соответственно выполнены долговременные измерения сигналов сейсмоакустической эмиссии в кристаллических породах Русской плиты. Обнаружено, что уровень эмиссии подвержен значительным флуктуациям, а именно, спокойные периоды, характеризующиеся отсутствием заметного эмиссионного фона на протяжении до нескольких дней, сменяются сильными всплесками уровней во всех частотных полосах регистрации (30, 160, 500, 1000 Гц). Серия краткосрочных наблюдений волновых форм сигналов эмиссии в широкой полосе до 5 кГц позволила проследить временную структуру отдельных сигналов, включая фазы их подготовки и развития. В спектре скважинных сигналов зафиксированы дискретные частоты, отвечающие лопастным частотам вращения турбин Нижегородской ГЭС, удаленной от ВГС на 37 км. Установлен нестационарный характер этих сигналов с различными временными масштабами модуляции уровня, обусловленных как влиянием переходных режимов работы турбин самой ГЭС, так и естественными вариациями условий распространения сигнала по стационарной сейсмоакустической трассе. (ИПФ РАН, ИФЗ РАН, ИВиС ДВО РАН).

**

Проведены экспериментальные исследования пространственно-временной структуры импульсных низкочастотных сигналов в полосе частот 5-50 Гц при распространении звука в глубоком и мелком морях в условиях волноводного канала, открытого ко дну (антиканал). Впервые в низкочастотном звуковом диапазоне экспериментально обнаружена и подтверждена на модели регулярная пространственно-временная структура сигналов, как последовательность многократных отражений от границ волновода. Показано, что временная структура импульсов устойчива во времени на измеренных трассах - до 50 км в мелком море и до 220 км в глубоком. Сравнение экспериментально полученной пространственно-временной структуры импульсных сигналов в Индийском океане и Баренцевом море с расчетной позволяет выявить особенности океанического волновода вдоль трассы распространения звука, в частности оценить акустические характеристики осадочного слоя в океане, существенно влияющего на структуру поля низкочастотного звука. Это обстоятельство открывает принципиальные возможности решения обратных задач - томографии неоднородностей водной толщи и дна океана.

**

С использованием нелинейно-акустической методики впервые экспериментально продемонстрирована возможность регистрации микроструктурных перестроек - предвестников лавины в объеме гранулированного материала. С приближением состояния среды к критическому уровень нелинейной компоненты зондирующего сигнала обнаруживает сильные флуктуации, появление которых служит диагностическим признаком подготовки лавины. Статистика этих флуктуаций переходит от нормального распределения к степенному, что также характерно для систем, теряющих устойчивость. Показано, что в основе эффекта лежит селективная чувствительность нелинейных компонент сигнала к изменению состояния наиболее слабых контактов в материале.

**

Разработан, прошёл государственные испытания на утверждение типа и передан в эксплуатацию комплекс для измерения параметров дальнего гидроакустического поля малошумных объектов. Его основой является вертикальная многоэлементная приемная система с неэквидистантным распределением цифровых гидрофонов на апертуре и когерентной обработкой сигналов для следящей фокусировки на объект измерения.

МГУ, кафедра акустики

Предложен и реализован новый метод характеризации нелинейных ультразвуковых полей, создаваемых мощными излучателями терапевтического ультразвука; метод основан на комплексном использовании данных калибровочных измерений и моделирования.

**

Экспериментально и теоретически исследовано влияние нелинейных, диссипативных и релаксационных эффектов на распространение нелинейных сферически расходящихся N-волн в атмосфере; предложен и реализован новый нелинейный метод калибровки широкополосных микрофонов в релаксирующих газах. Теоретически и экспериментально исследованы статистические характеристики акустического поля N-импульсов большой амплитуды (длительность ~30 мкс, амплитуда ~1000 Па) при распространении в воздушном турбулентном потоке со средней скоростью до 50 м/с в условиях многократного формирования случайных каустик.

**

Экспериментально и теоретически исследовано влияние акустической кавитации на повышение эффективности доставки лекарственных препаратов в мягкие ткани. Показано, что использование 200-нм газовых пузырьков, заключенных в полимерную оболочку в сочетании с ультразвуком приводит к 8-кратному увеличению концентрации лекарственного препарата в опухолевой ткани.

**

Предложен и реализован новый метод измерения температуры в фокальной области терапевтического ультразвукового излучателя. Метод основан на решении интегрального уравнения, связывающего температуру среды с временем задержки зондирующего ультразвукового импульса, пересекающего нагретую область в поперечном направлении на разных расстояниях от оси пучка.

**

Исследованы особенности распространения интенсивных сдвиговых акустических волн в твердых телах, содержащих рефракционные неоднородности. Получены аналитические решения, описывающие нелинейные искажения профиля волны в кубично-нелинейной среде с меняющейся локальной скоростью звука. Изучено распространение ударных волн, возникающих при извержениях вулканов, в окружающей неоднородной атмосфере; получены аналитические решения, описывающие изменение по мере распространения амплитуды на ударном фронте, а также тонкую структуру самого фронта в неоднородной среде. Продолжены исследования процессов саморефракции интенсивных акустических пучков с произвольными начальными волновым фронтом и поперечной формой пучка. Предложена модель, позволяющая исследовать процессы саморефракции акустических пучков в неоднородных средах. Показано, что совместное воздействие фокусирующей неоднородности и саморефракции может приводить к волноводному характеру распространения пучка.

**

На основе использования физически обоснованного для нелинейной акустики анзаца (анзаца относительно неискажающихся волн) разработан метод нахождения точных аналитических и физически содержательных решений всех основных типов уравнений нелинейной акустики. Для искусственных оболочечных (капсулированных) микропузырьков, применение которых находит все более широкое использование в различных современных медицинских технологиях (контрастная сонография, прицельная доставка лекарств с акустическим "сопровождением" и управлением этим процессом) решена важнейшая проблема адекватного использования модели нелинейной теории упругости для описания объемных колебаний их оболочки. Теоретически и экспериментально исследован эффект линейного и нелинейного отличия осевого положения максимальных значений давления и интенсивности в сфокусированном акустическом пучке от точки геометрического фокуса в зависимости от соотношения дифракционных и фокусирующих характеристик пучка (числа Френеля) в линейном режиме и от степени нелинейности режима распространения пучка.

**

Рассмотрена возможность использования нелинейного эффекта возникновения комбинационных волн третьего порядка для медицинской томографии с использованием всего трех излучателей и одного приемника. Экспериментально реализован метод восстановления картины распределения нелинейного параметра второго порядка, использующий первичные сигналы со сложной модуляцией и широким спектром при малом количестве излучающих и приемных преобразователей.

**

Предложена схема модовой томографии океана на основе широко обсуждаемого метода оценки функции Грина из функции взаимной когерентности шумового поля. Осуществлено модельное восстановление двумерных комбинированных океанических неоднородностей рефракционного и кинетического типа в томографических экспериментах.

**

Исследована задача излучения волноводной моды из конца широкого плоского волновода. Для данной задачи в параболическом приближении построены формула расщепления и спектральное уравнение. Получена приближенная формула для матрицы рассеяния, описывающая все известные асимптотики решения. Проанализировано распространение волновых мод в периодической системе тонких волноводов. Получена оценка числа мод в такой системе при заданной частоте. Данная оценка использует топологические свойства системы.

**

Выполнен цикл исследований, направленный на создание новых экспериментальных установок и методов диагностики, в том числе дистанционной, твердых тел и фантомов биологических тканей. Разработаны методы и экспериментальная установка для возбуждения и бесконтактной регистрации с использованием лазерного сканирующего доплеровского виброметра сдвиговых и поверхностных акустических волн (ПАВ) в фантомах биологических тканей в интервале частот (100 - 350) Гц. Была измерена частотная зависимость скоростей сдвиговых волн и ПАВ в пластисоле, упругие свойства которого аналогичны упругим свойствам биологических тканей. Была обнаружена дисперсия этих волн. Проведенные измерения позволили рассчитать модуль сдвига в исследуемом материале.

**

C использованием методов нелинейной акустики была осуществлена бесконтактная диагностики скрытых подповерхностных инородных включений в пластисоле. Разработанная методика позволила определить координаты этих включений.

**

Проведена экспериментальная диагностика линейных и нелинейных упругих характеристик ряда конструкционных материалов (сталь и микрокристаллический сплав алюминия) с дефектами и остаточными напряжениями. Для диагностики твердости стали использовались ПАВ. Установлена корреляция между твердостью и величиной скорости ПАВ в стали. Исследование особенностей генерации второй продольной акустической гармоники в микрокристаллическом сплаве алюминия при приложении к нему статического напряжения позволило выявить влияние состояния межзеренных границ на нелинейные свойства сплава. Результаты проведенных измерений позволили рассчитать функцию распределения остаточных напряжений на межзеренных границах. Экспериментально исследовано неколлинеарное нелинейное взаимодействие нулевых изгибных волн Лэмба при оптимальном угле взаимодействия 90° в тонкой металлической пластине, а также особенности взаимодействия амплитудно - модулированных изгибных волн Лэмба в тонкой пластине с остаточными напряжениями. Амплитуда волны Лэмба на комбинационных частотах регистрировалась лазерным виброметром. Было установлено, что локальные максимумы в распределении амплитуды на комбинационной частоте в области взаимодействия совпадали с искусственно созданными в пластине дефектами и распределением остаточных напряжений в образце. С помощью разработанных экспериментальных методики и установки фотоакустическим методом исследовано аномальное поведение параметра Грюнайзена в фулерите С60 в области структурного фазового перехода при температуре Т = 260К.

**

Исследовано нелинейное отражение ПАВ от линии контакта твердых тел. Экспериментально показано, что генерация третьей гармоники носит явно выраженный пороговый характер, динамические характеристики обладают гистерезисом, а эффективность нелинейного отражения зависит от длительности воздействия акустической волны на дефект.

**

Предложена и исследована фокусирующая конструкция из соосных эллипсоидальных колец, предназначенная для подавления шума тональных шумовых источников. Предсказано резкое (многократное) усиление степени локализации волноводных мод Рэлея под следом растекшейся капли в случае анизотропии подложки автоколлимирующего типа.

**

Исследованы возможности восстановления основных параметров дна мелкого моря методом геоакустической инверсии для однослойной и двуслойной моделей дна в одночастотном режиме, определены оптимальные схемы инверсии.

**

Получены новые статистические данные о пространственно-частотном распределении сигналов геоакустической эмиссии, предшествующих сильным сейсмическим событиям на Камчатке. Опробованы в натурных условиях алгоритмы сонографического анализа высокого разрешения гидроакустических сигналов, повышающего помехоустойчивость приемной системы, регистрирующей поток акустической мощности, при приеме слабых сигналов локализованных источников на фоне шумов акватории.

**

Найдено аналитическое решение практически важной задачи о срывном флаттере. Проведено исследование особенностей шумового поля электропоезда вблизи железнодорожных станций при его разгоне и торможении на низких звуковых частотах за акустическим экраном. Показано, что уровни колебательной скорости существенно превышают соответствующий уровень звукового давления и достигают 100 - 115 дБ на частоте 10 Гц. Исследовались как эффективность шумозащитных сооружений, так и уровни шума электропоездов в районе расположения жилой застройки.

**

Проведены акустическая экспертиза зала и экспертно-консультативное сопровождение проекта постройки органа в Атриуме Хлебного Дома Государственного музея-заповедника "Царицыно" (орган введен в строй в сентябре 2008 г., Атриум Хлебного Дома с октября 2008 г. используется как зал органной музыки).

Акустический институт им. акад. Н.Н.Андреева

Разработаны оптимальные и подоптимальные алгоритмы пространственно-временной обработки гидроакустической информации при различном уровне априорной информации относительно статистических характеристик полей сигналов и полей помехи. Предложена методика анализа эффективности разработанных алгоритмов с использованием программ расчета функций Грина в подводном волноводе для широкого класса гидроакустических условий и широкого диапазона частот. На основе полученных результатов проанализирована эффективность функционирования антенн различной конфигурации (вертикальные, горизонтальные, планарные антенны и т.д.) для различных вариантов подводных волноводов. Разработанные алгоритмы апробированы как на модельных, так и на реальных данных и показали высокую эффективность и устойчивость при обработке гидроакустической информации.
Полученные результаты могут быть использованы в различных системах гидроакустического наблюдения.

**

Исследованы возможности эластичных пьезоэлектрических материалов - пьезополимеров и пьезокомпозитов для создания новых гибких протяженных антенн, которые могут использоваться в гидролокации, исследованиях акустики океана, геофизике и в различных областях техники. Эластичные пьезоэлектрики позволяют создавать протяженные антенны малого диаметра (до 15 мм), используя высокопроизводительную кабельную технологию.

**

На основе обобщенного вариационного принципа впервые получена и решена система обобщенных уравнений Био, описывающая распространение упругих волн в двухфазной пористой проницаемой среде, насыщенной флюидом со сдвиговой релаксацией. Показано, что вязкоупругие свойства флюида создают условия для существования не только двух продольных мод, как это следует из известной модели Био, но также и двух поперечных мод. При этом в отличие от низкочастотного поведения продольных мод, когда одна из них является акустической, а другая диффузионной, у поперечных мод одна также является акустической с конечной скоростью распространения на низких частотах, в то время как другая обладает сильной дисперсией диффузионной моды с линейной зависимостью фазовой скорости и коэффициента затухания от частоты на низких частотах. Полученные результаты будут использованы для диагностики вязкоупругих свойств нефтяных коллекторов с тяжелой вязкоупругой нефтью.

**

Экспериментально показана возможность создания быстроменяющихся изображений символов (буквы, цифры и т.п.) на тактильном дисплее с помощью многофокусных ультразвуковых излучателей, выполненных в виде двумерных фазированных решеток. Излучатели такой конструкции позволяют перемещать совокупность фокусов в сторону от оси решетки на расстояния, соответствующие размерам дисплея. Основанные на эффекте акустического радиационного давления, тактильные дисплеи предназначены для передачи сенсорной информации человеку в перспективных системах робототехники и автоматического управления, а также при использовании осязания в интерфейсе "человек-машина".

**

Получены экспериментальное и модельное подтверждения новой гипотезы о роли внешних шумов в процессе слуховой адаптации человека к коротким высокочастотным импульсам, характерным для согласных звуков речи. Определены условия возникновения слухового облегчения распознавания человеком коротких импульсов после адаптации внешним шумом, предъявляемым одновременно или последовательно.

**

Предложен новый механизм разрушения мягких упругих (например, биологических) сред ультразвуком, не связанный с нагревом или кавитацией. Механизм состоит в генерации сдвиговых волн продольной звуковой волной за счет трехволнового взаимодействия в "мягком" твердом теле - распадной неустойчивости звуковой волны. В мягких упругих средах скорость распространения сдвиговых волн на два - три порядка меньше скорости звука, поэтому длина волны генерируемых сдвиговых волн существенно меньше длины исходной звуковой волны. Соответственно, возникающие сдвиговые деформации могут существенно превосходить исходные деформации в звуковой волне и могут чисто механически разрушать структуру среды. Проведенные модельные эксперименты с различными гелями в мегагерцовом диапазоне звуковых частот дали косвенное подтверждение существования этого механизма.

**

Дано теоретическое объяснение поведения предельных упругих модулей сильновязких (легко переохлаждающихся) жидкостей. Показано, что два сценария такого поведения связаны с флуктуациями тензора анизотропии. Теоретически рассмотрено поведение времени релаксации этого тензора при изменении температуры в сильновязких жидкостях с анизотропными молекулами. Объяснено наблюдавшееся резкое уменьшение этого времени в салоле и в гваяколе при охлаждении их ниже температуры кристаллизации, что долгое время оставалось непонятым. Получены выражения для предельных упругих модулей в этом классе жидкостей и объяснено линейное изменение их величины с температурой. Все перечисленные особенности объясняются существованием структурного фазового перехода "френкелевская жидкость - газоподобная жидкость" в сильновязких жидкостях при температуре пересечения предельных упругих модулей и исчезновением упорядоченных областей при таком переходе. (Совместно с Физическим институтом РАН).

НЦВИ ИОФ РАН

Разработана теория взрывной неустойчивости и локализации ультразвуковых волн при трехфононных возбуждениях в антиферромагнитных кристаллах в поле электромагнитной накачки.

**

Разработана теоретическая модель ретрофокусировки обращенных волн в средах с вариацией нелинейного параметра. Проведены эксперименты по картографии нелинейного параметра с помощью обращения фронта второй гармоники сфокусированного пучка. На примере изоэхогенных фантомов, представляющих собой включения водных растворов метанола в агаре, показано, что в изображениях C-типа контраст изображения включения сопоставим с вариацией нелинейного параметра. При использовании второй гармоники обращенной волны контраст может превышать относительную вариацию нелинейного параметра.

**

В рамках численного эксперимента исследовано влияние случайных неоднородностей мелководного волновода на затухание низкочастотных звуковых волн. В качестве объекта исследования рассмотрен волновод типичный для Атлантического шельфа США. В результате удалось оценить частотную зависимость коэффициента затухания акустических волн в присутствии интенсивного поверхностного волнения и фоновых внутренних волн при дальности распространения звука до 150 км. Оценки были выполнены для частотного диапазона 100-400Гц. Расчеты показали, что в наибольшей степени на затухание звука влияют поверхностные волны при скорости ветра более 9 м/с. Однако это влияние заметно лишь в зимний период времени, когда скорость звука практически не зависит от глубины. Проведенные исследования позволили уточнить модель акустического волновода для морского шельфа, основанную на модовом описании звукового поля и учитывающую взаимодействие нормальных волн.

ИФТТ РАН

Методом обратного крутильного маятника на частотах 20-40 Hz изучено влияние температуры в диапазоне 100-550 K на модуль сдвига и затухание звука в субмикрокристаллическом (d~300 nm) сплаве Cu-0.17wt.%Zr, полученном методом равноканального углового (РКУ) прессования. Обнаружено, что характер эффекта "аномального" понижения упругих свойств, проявляющегося после РКУ деформации, и изменение модуля сдвига с температурой в сплаве качественно подобны их поведению в прошедшей аналоничную обработку чистой меди, несмотря на то, что в нем не наблюдается процесса рекристаллизации и не изменяется размер зерна при термообработках в исследованном температурном диапазоне. Показано, что процесс необратимой релаксации упругих характеристик, происходяший при температурах выше комнатной, характеризуется, в отличие от чистой меди, распределенным спектром энергий активации; определена форма этого спектра. Обнаружено, что при температурах ниже комнатной, в сплаве после РКУ-обработки проявляются обратимые пики внутреннего трения, подобные "деформационным " пикам в крупнозернистой меди, в то время как в чистой меди в этой области температур наблюдается монотонный рост затухания релаксационного типа с распределенным спектром энергий активации. Рассмотрены возможные механизмы процессов, определяющих поведение упругих характеристик в материалах, подвергнутых РКУ обработке.

ЦНИИ им. акад. А.Н. Крылова

Проведено компьютерное моделирование напряженно-деформированного состояния гидроакустического покрытия с воздушными полостями сложной формы во всем рабочем диапазоне гидростатических давлений. На расчетной модели выполнен детальный анализ изменений форм воздушных полостей, распределение касательных напряжений в клеевых слоях, пьезостабильности всей конструкции, обеспечивающей сохранение акустических характеристик под действием гидростатического давления. За счет сегментарного рассогласования импедансных характеристик данное покрытие обладает высокой противогидролокационной эффективностью в низкочастотной области. В результате работы были предложены две схемы покрытий. Первая схема включает в себя наружное двухкомпонентное покрытие, основанное на принципе фазовой компенсации, имеющее такие же весогабаритные характеристики как у покрытия-прототипа. Вторая схема, кроме упомянутого покрытия, дополнительно включает внутреннее упругожидкостное покрытие. Испытания макетных образцов в гидроакустических трубах показали более высокую акустическую эффективность, чем у покрытий-прототипов, при удовлетворении всех требований по прочности и пьезостабильности.

Кафедра акустики ННГУ им. Н.И.Лобачевского

На основе одномерного уравнения Бюргерса в случае бесконечных чисел Рейнольдса проведен анализ эволюции интенсивного акустического шума, имеющего периодическую модуляцию интенсивности. Показано, что нелинейность приводит к частичному подавлению амплитуды модуляции и к генерации регулярной низкочастотной компоненты, крупномасштабной структуры, на частоте модуляции. Рассмотрены три стадии эволюции крупномасштабной компоненты и получен формула для описания поведения крупномасштабной компоненты на любой стадии распространения нестационарного шума. Так на поздней нелинейной стадии среднее поле представляет собой квазипериодическую структуру с периодом, равным периоду функции модуляции начального возмущения. Показано, что в отличие от случая импульсной модуляции, крупномасштабная структура поля, генерируемая в процессе эволюции непрерывного модулированного шума, нестабильна из-за случайности движения разрывов, и асимптотически поле носит шумовой характер.

**

Рассмотрены вопросы численного моделирования эволюции интенсивных регулярных и случайных акустических волн в средах LabVIEW и MATLab. Решена задача о восстановлении начального спектра сигнала по измеренным спектральным и биспектральным характеристика принятого сигнала на коротких трассах (до образования разрывов в волне). Показано, что в отличие от традиционной спектральной обработки применение биспектров позволяет разнести вклады различных типов нелинейных взаимодействий на плоскости частот, что расширяет возможности по идентификации сигналов, а также диагностики акустических сред различной природы.

**

Решена задача выбора распределения амплитуд и фаз на апертуре вертикальной антенны для излучения звукового пучка, распространяющегося в подводном звуковом канале вдоль заданного опорного луча с минимально возможным (в среднем по трассе) расплыванием. Аналогичная процедура может быть использована при формировании пучков с минимальной расходимостью в волноводах другой физической природы. В безаберрационном приближении показано, что для антенны с достаточно большой апертурой оптимальный пучок оказывается гауссовым. При этом задача выбора начального поля на апертуре формально совпадает с квантовомеханической задачей об отыскании состояния с минимальной неопределенностью (когерентного состояния).

**

Экспериментально изучены особенности формирования ударных волн в слаборасходящихся звуковых пучках с учётом их собственной дифракционной структуры. Проанализированы профили принимаемых сигналов в зависимости от местоположения приемника в акустическом пучке. Детально изучено влияние начальной апертуры пучка на пространственное распределение амплитуд гармоник, как в уже сформированной ударной волне, так и до образования разрыва. Для проведения экспериментальных исследований использовался созданный на кафедре акустики ННГУ Лабораторный Акустический Комплекс, позволяющий регистрировать сигнал, содержащий спектральные компоненты, имеющие частоту в диапазоне от 1 МГц до 80 МГц, что обеспечивало корректный анализ более 20 гармоник принимаемого акустического сигнала. В экспериментах использовались круглые поршневые пьезокерамические излучатели различной апертуры (1см, 1,5см и 2см), работающие на частоте накачки порядка 3 МГц и обеспечивающие достаточно узкую диаграмму направленности шириной не более 5°. Особое внимание уделялось реализации широкополосного приема. В экспериментах использовался широкополосный миниатюрный калиброванный приемник MHA9 фирмы Force Technology, потенциально обеспечивший корректный анализ более 20 гармоник принимаемого акустического сигнала. Кроме того, был проведен численный эксперимент, результаты которого качественно совпадают с результатами физического моделирования.

**

Экспериментально, в строго контролируемых лабораторных условиях, исследовано поведение огибающей коротких импульсов с монохроматическим заполнением, распространяющихся в маломодовом акустическом волноводе переменной глубины, в зависимости от длины трассы распространения звука. Исследовались акустические поля при перемещении приемника по направлению к ребру клина, излучатель, при этом, располагался в сечении максимальной глубины. Показано, что при определенной длительности исходный импульс распадается на ряд модовых импульсов, что дает возможность определять такие характеристики отдельных нормальных волн, формирующих поле волновода, как их среднюю групповую скорость и амплитуду на определенной дистанции. Особое внимание уделено исследованию формы огибающей импульсного сигнала в области "критических" (для соответствующих мод) глубин волновода.

ИРЭ РАН

Предложен уникальный способ измерения коэффициента поглощения и константы электромеханической связи тонких пьезоэлектрических слоев в составных акустических СВЧ резонаторах, основанный на одновременных измерениях частот резонансов и антирезонансов для заданного обертона и частот экстремумов на фазово-частотной характеристике коэффициента отражения электромагнитной волны от резонаторной структуры. Получены простые формулы, позволяющие вычислить по этим данным коэффициент затухания и константу электромеханической связи тонких пьезоэлектрических слоев акустических волн в слоях резонаторной структуры.

**

Обнаружено возникновение щели в фононном спектре наноструктурных керамик в терагерцовом диапазоне частот. Проанализированы условия, приводящие к ее возникновению. Показано, что положение верхнего края щели в спектре фононов в значительной степени определяется структурой межзеренных границ, а наличие включений с характерным размером меньшим, чем размер зерна основного материала керамики (поры, включения других фаз) приводит к смещению щели в высокочастотную область фононного спектра

**

Разработан метод высокоэффективного (~100%) деления лазерного луча на множество независимо модулируемых лучей с сохранением в них пространственных характеристик исходного света. Метод позволяет создавать новые виды акустооптических устройств с предельно малыми оптическими потерями такие как канальные мультиплексоры для оптических систем приема-передачи информации, в том числе волоконно-оптические, лазерные системы нанесения изображения и др.

**

Впервые теоретически и экспериментально установлены условия, при которых многолучевая акустооптическая дифракция первого порядка в твердых телах происходит с минимальными интермодуляционными потерями света. Это обеспечивает возможность существенного увеличения суммарной дифракционной эффективности (в разы при числе лучей N >= 3) вплоть до величины ~100%. Установлено, что данный тип дифракции имеет место при условиях, когда поличастотный управляющий сигнал близок по форме к сигналу с угловой модуляцией. Определены методы поиска указанных условий в различных акустооптических средах и для разных типов акустооптического взаимодействия. Экспериментально подтверждены основные теоретические положения. Разработан алгоритм автоматизированного синтеза управляющих многочастотных сигналов для получения максимально эффективной дифракции (с минимальными потерями света) при требуемой картине многолучёвости, разработаны соответствующие программное и аппаратное обеспечение. На базе развитых методов созданы первые образцы многофункциональных оптических дефлекторов, предназначенных для канальной коммутации и мультиплексирования в системах оптической связи, многоканальных модуляторов излучения технологических лазеров и др., с уникальными техническими параметрами - суммарная эффективность дифракции при числе лучей N ? 20 не менее 96%, межканальной развязкой более чем - 45 дБ.

**

Обнаружен аномально большой нелинейный положительный сдвиг резонансной частоты двухвходового кварцевого резонатора на поверхностных акустических волнах (ПАВ), работающего в режиме газового датчика. На частоте 390 MHz в атмосфере протекающего газообразного азота, содержащего пары воды, сдвиг резонансной частоты при увеличении интенсивности ПАВ > 15 mW/cm на порядок величины превышает сдвиг, происходящий из-за известного для кварцевых ПАВ-резонаторов амплитудно-частотного нелинейного эффекта. Доказано, что такой аномальный сдвиг не является следствием разогрева звукопровода акустической волной, а обусловлен влиянием стоячей ПАВ на сорбцию молекул воды на поверхности резонатора.

**

Усовершенствованы резонаторы на ПАВ. Исследовано влияние мощности ПАВ, возбуждаемой в двухвходовом резонаторе, на величину резонансной частоты. Для этого предложена методика прецизионного контроля теплового режима образцов и прецизионного измерения резонансной частоты в широком диапазоне мощностей входного электромагнитного сигнала от - 55 dBm до 20 dBm, позволившая использовать стандартный цифровой векторный анализатор цепей ZVRE фирмы Rhode & Schartz. Обнаружен аномально большой положительный сдвиг резонанса с увеличением мощности ПАВ свыше -5 dBm при адсорбции молекул воды на поверхности резонатора с центральной частотой приблизительно 389 MHz, работающего в термостабилизированных условиях в диапазоне температур 10-65 °С. Исследованы возможные физические причины этого явления, получено экспериментальное доказательство приоритетной роли в сдвиге частоты влияния стоячих ПАВ на сорбционные процессы на поверхности резонатора. Полученные результаты могут быть использованы при разработке резонаторов на ПАВ и сенсорных устройств на их основе.

**

Экспериментально исследованы нормальные акустические моды высших порядков, распространяющихся в пластинах кварца, ниобата и танталата лития. Найдены 2 моды, позволяют наиболее достоверно измерять 2 независимых параметра жидкости, находящейся в контакте с жидкостью - вязкость и температуру. На основе этих мод впервые разработан лабораторный макет микроакустического датчика вязкость-температура, выполняющий одновременное измерение 2-х параметров в одном и том же объеме жидкости. Диапазоны измерений - вязкость от 1.1 до 1500, сПуаз, температура - от 5 до 80°С, объемы тестируемых жидкостей - 100 - 1000 мкл.

**

Развит формализм применения теории ассоциированных матриц для расчета распространения поверхностных акустических волн (ПАВ) и псевдо-ПАВ в слоистых толстопленочных структурах. На примере структуры "пьезоэлектрическая пленка AlN на толстой изотропной алмазной пленке, расположенной на подложке из изотропного кремния", показано, что компьютерные вычисления, использующие ассоциированные матрицы позволяют находить дисперсионные зависимости ПАВ и псевдо-ПАВ скоростей для более толстых пленок изотропного алмаза, чем при расчетах с матрицами, обычно используемыми в матричном формализме анализа распространения акустических волн.

**

Впервые исследована пространственная фильтрация изображений в процессе двукратной брэгговской дифракции. Теоретически и экспериментально показано, что нулевой порядок дифракции осуществляет функции пропускающего фильтра высоких пространственных частот, первый порядок - функции полосового фильтра, и второй порядок - фильтра низких частот

**

Разработаны приемники акустического излучения с расширенной полосой частот от 3 до 100 кГц. Проведены эксперименты по определению их чувствительности и полосы частот принимаемого излучения. Показана возможность регистрации широкополосных акустических сигналов с полосой частот от 3 до 100 кГц.

**

Экспериментально исследовано распределение амплитуды напряженности электрического поля пьезоактивной акустической волны с поперечно-горизонтальной поляризацией SH0 вдоль апертуры луча при различных расстояниях от излучающего преобразователя. Сравнение результатов теоретического анализа, основанного на вычислении интеграла Френеля и учитывающего анизотропию пластины, с экспериментальными данными показало их удовлетворительное соответствие.

**

Рассмотрены дисперсионные свойства мод электрозвуковой волны, удерживаемых сверхрешеткой равномерно движущихся 180-градусных доменных границ в тетрагональном сегнетоэлектрическом кристалле. Для парциальных электрозвуковых граничных волн с блоховскими волновыми числами отличными от p/d (d - полупериод решетки) предсказывается расщепление мод статичной сверхрешетки движением доменных границ на пары, инвариантное к обращению направления движения.

**

Теоретически рассмотрено туннелирование плоской монохроматической акустической волны через зазор двух ферромагнетиков в условиях их относительного продольного перемещения. Показано, что в отсутствии относительного движения кристаллов в зависимости от толщины зазора, полное прохождение акустической волны возможно на одной или двух резонансных частотах. Учет продольного смещения одного из кристаллов, во всех случаях приводит к нарушению резонансных условий и вследствие этого, к заметному снижению коэффициента прохождения акустической волны через зазор двух ферромагнетиков, при этом снижение тем сильнее, чем больше скорость перемещения кристалла.