Нелинейная акустика
 
Содержание исследований    Современное состояние исследований
Исторический обзор Исследования в Акустическом институте
Прикладное применение    
 

Содержание исследований

Нелинейная акустика рассматривает явления, связанные с процессами распространения и взаимодействия акустических волн конечной амплитуды.
 

Исторический обзор

Резкий подъем интереса к нелинейным акустическим явлениям относится к началу 1960-х годов. К этому времени появилась потребность в исследовании закономерности генерации и распространения звуков высокой интенсивности, возникающих например при взрывах или работе реактивных двигателей. В то же время появились мощные сейсмические и гидроакустические излучатели для зондирования структуры земли и океана на протяженных трассах, созданы источники мощного ультразвука, нашедшие свое применение при неразрушающей диагностике материалов, интенсификации технологических процессов, хирургии и других областях.

Все это стимулировало разнообразные исследования по нелинейной акустике, в особенности применительно к ультразвуку. Были развиты теоретические модели взаимодействия звуковых волн конечной амплитуды, появились интересные практические приложения, связанные с разработкой оригинальных технических устройств (прежде всего параметрических антенн), так и принципиально новыми методами диагностики сред (томография нелинейного параметра). Со временем спектр задач нелинейной акустики расширился, и не только в количественном, но и в качественном отношении.
 

Прикладное применение
 

Современное состояние исследований

Исследователи нелинейных акустических явлений начинают интересоваться новыми средами и материалами, которые ранее изучались в теплофизике, теории прочности и других смежных областях. Исследуются нелинейные акустические эффекты в диспергирующих средах - в волноводах, жидкостях с пузырьками газа, структурно-неоднородных средах. Были изучены и реализованы новые для акустики явления, такие как самофокусировка, акустическое "самопросветление" среды, обращение волнового фронта и пр. Все это выходит за рамки традиционного представления о нелинейной акустики, в которых обычно ограничиваются рассмотрением процессов в квадратичном по амплитуде волны приближением, а дисперсию не учитывают или считают малой. Задачи современной нелинейной акустики по сложности и разнообразию вполне сопоставимы с задачами физики плазмы или нелинейной оптики.
 

Исследования в Акустическом институте

Исследование нелинейных акустических явлений в Акустическом институте проводились в самого его основания. Сначала в лаборатории, возглавляемой академиком Н. Н. Андреевым были выполнены эксперименты по наблюдению высокочастотных гармонических составляющих, возникающих при распространении гармонического звукового сигнала в воде. Затем в лаборатории, возглавляемой профессором Л. Д. Розенбергом, были поставлены исследования воздействия мощного ультразвука на различные среды. Развитие современной нелинейной акустики совпало по времени со становлением теории нелинейных волн, что безусловно способствовало их взаимному обогащению. В соответствии с этой особенностью происходит современное развитие исследований в Лаборатории нелинейной акустики Акустического института - они в существенной степени связанны с исследованиями, выполняемыми в Лаборатории физической акустики, возглавляемой профессором С. А. Рыбаком. Направление ведущихся исследований было определено профессором К. А. Наугольных и заключает в себе две основных проблемы:

Примером решения второй проблемы является демонстрация дальнего распространение сигнала параметрического излучателя в океаническом волноводе. Совместно с сотрудниками Института прикладной физики РАН (г. Н. Новгород) были получены рекордные по настоящее время результаты: в ходе океанской экспедиции 1990 г. были зарегистрированы сигналы параметрического излучателя на дистанциях до 1000 км при соотношении сигнал/шум более 20 дБ. Результаты опубликованы:
[Андебура В. А., Донской Д. М., Наугольных К. А., Степанов Ю. С., Сутин А. М. Акуст. журн. 1990. Т. 36. № 3. С. 548-550. Есипов И. Б., Зименков С. В., Калачев А. И., Назаров В. Е. . Акуст. журн. 1993. Т. 39. № 1. С. 173-176.]. В настоящее время ведутся исследование применения методов нелинейной акустики для прецизионного зондирования тонкой структуры донных отложений в океане с точностью пространственного разрешения до 1- 10 см.

Руководитель лаборатории нелинейной акустики
доктор физико-математических наук И. Б. Есипов
тел. (095) 126-9921