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水下声学基础.声波的概念 声音是怎样产生的？观察各种发声物体，可以发现它们只有振动时才能发出声音，振动停止时，声音 也消失了。这说明声音是由物体的振动产生的。 振动着的发声物体就叫做声源。 声源振动发出的声音，怎么能传到人耳呢？原来在声源和人耳中存在着能够传播振动的物质，比如空 气等，这种能够传播声音的物质叫做声音的媒质 声源的振动，使周围的媒质产生疏密的变化，形成疏密 相间的织波，这就是声波。不仅空气能够传播声波，其它气体、固体和液体也能传播声波。因为真空中没 有传播声音的媒质，故声波不能在真空中传播。人耳能够听到的振动频率，是有一定范围的，即在 20Hz~ 20 000 五z之间。频率在 10-Fz~20 Hz 的机械波，人耳是听不到的，称为次声波。频率在 2×10"Hz~2× 0"Fz 的机械波，人耳也感觉不到，称为超声波。 当然，是否引起人的听觉，不完全由机械波的频率决定，还与声强有关，对每一频率的声波，声强都 有一个上限值， 一个下限值，低于下限值或高于上限值都不能引起人耳听觉。 f=1/T (2-13) 在声波的传播过程中，振动传播的速度叫波速，用 V表示。它的大小取决于媒质的性质。 例如：声波在 0C的空气中速度为 332m/s，20°C时是 344 m/s，30°C时是 349 m/s。声波在几种媒质中 的传播速度见表 2-5。 0C时几种媒质中的声速 m/s 媒质 经公 水 铁 玻 璃 声建 332 1 450 3 800 4 900 5 000-- 6 000 #I* 3 320 花2-5 橡駮 30~50 在一周期的时间工 内，振动在媒质中传播的距离，叫波长，用入表示。 波长^与频率 士和波速 V 有着密切的关系。在均匀媒质中，振动是匀速传播的，也就是说波速是恒量。 这时，波长等于波速与周期的乘积，即： 入=VT或 V=Af (2-14) 声源振动发出的声音，差别很大。有的声音，比如各种乐器发出的声音，悦耳动听，我们把这种声音 叫乐音。有的声音，比如泥凝士搅拌机、空气压缩机等发出的声音，嘈杂刺耳，我们把这种声音叫噪声。 噪声对人体的有严重危害，长期处在较高噪声环境里工作，会使人的神经紧张，心率加快，严重 危害人的身心。

潜水技术发展简史 主动从水面灣入水下，再从水下上升出水的过程，称为潜水。過控灣水器和水下机器人灣水，風无人 潜水：潜水员潜水，则为有人潜水。有人潜水可按潜水员机体是否派受商压，分为常压潜水和承压潛水。 有人潜水又可按潜水员机体组织内的情性气体足香达到饱和，分为常规潜水和饱和潜水。随着潜水技术不 断进步，潜水方式愈来愈多，因此，有人潜水还有多种分类方法。 例如，按潜水员的呼吸气体种类可分为 空气潜水、氧气潜水和混合气潜水；按呼吸气体来源，可分为自携式潜水和水面供气式潜水：按呼吸气体 供气方式，可分为通风式 （即连续供气式）潜水、需供式《即按需供气式） 潜水：按呼吸气体回路，可分 为开式、半闭式和闭式潜水，等等， 潜水根据其目的不同，可以分为产业潜水、娱乐潛水、科教潜水和军事潜水。灣水作为人类进入水下 环境的一种手段，在人类原始时代即己开始。如今，潜水己成为经济建设、国防建设和科学研究中不可缺 少的一个特殊的技术工种。潜水在军事上主要用于水下侦察、水下 、投潜救生和水下兵器的打捞等， 在民用上主要用于水产和矿产资源拗察和开发、水下施工、沉船打捞、清扫航道、水库检修、水产养殖和 海洋考察研宄等方面。 潛水技术是指以不同方式潜水所采用的技术。近几十年来，人类为了向海洋进军，潜水技术得到了迅 速的发展。本章旨在简略地回顾潜水各阶段的发展情况和当今潜水技术的发展趋势。 第 节 早期的潜水活动 人类早潜水的确切年代己无法考证，但可以推断是远在有历史记教之前。据《下海半英里》一书中 介绍，早在公元前 4500 年进行的一次考古发据中，就发现了镇联珍珠母的珍宝。在中国，有文字记教的 可以追湖到公元前 2250 年，夏朝皇帝禹曾接收了由部落进贡的牡蛎珍珠贡 品。这些人工制品是先由潜水者采集，然后由工匠制作而成的。 这是人类 在海中屏气潜水作业的早例证。 在与大自然的斗争中，我们的祖先也创造了 不少涉泅水的方法。如流 传于民间的 “狗刨式” “寒鸭浮水”、“扎猛子”等。“扎猛子〞实际上就是 今天的屏气潜水。潜水者屏气潜水时，先吸足一口气，然后潜入水下，在 耐受极限时间之内再急速上升出水（图 1-1）。由于潜水时人的身体直接承 受水下的环境水压，因此，屏气潜水是一种原始的承压潜水技术。屏气 潜水不需要任何器具，所以，在一定条件下仍不失为一种有用的潜水方法。 迄今，世界上屏气潜水的深记录于 2000 年1月18日由一名古巴潜水员 弗朗西斯科创造，他下潜深度达 162m，屏气时间为 3min 12s 屏气潜水有一定的危险性，而且因为屏气时间很短，在产业潜水方面 价值有限，所以为了延长水下时间，必须解决水下呼吸问题。简易的水 下呼吸器是一根潜水呼吸管。采用潜水呼吸管进行水下呼吸的方法，在我 国明朝史料中就有记载。采集珍珠的潜水者用锡制的弯管在水下进行呼吸， 图1-1 屏气潜水 见图 1-2。 这种潜水技术因潜水者肺内气体是常压，故吸气比较费力，只能 下潜很浅的深度。如今，经过改进的潜水呼吸管，在娱乐潜水场所仍在广泛使用。 为了减小水下的呼吸阻力，人们设想出了由潜水者自携气爽进行潜水的方法。气囊潜水是呼吸气体来 白潜水者白携气囊的一种潜水技术。它是现代自携式水下呼吸器的前驱。潜水者在水下，肺内外压力基本 平衡，潜水深度可以不受限制，但是皮质气囊容积有限，可用的气体太少，所以，潜水深度和时间的增加 都很有限。 早期的钟式潜水技术，在公元前 300 多年就有记载，真正应用则在 16 世纪 30 年代。原始的潜水钟为 一只倒扣的木质桶状容器，钟内气体供潜水者呼吸。随着潜水深度增加，气体容积变小，使潜水者动作范图1-2 呼吸管落水 图1-3 原始的潜水钟潜水 围受限，而且钟内气体不能更新，终因缺氧和二氧化碳增高而发生呼吸困难。直到 18 世纪末，鼓风箱 与钟的配合使用，使潜水技术有了新的突破，解决了对水下不能连续供气的问题(图 1-3)。用潜水钟潜水 比用呼吸管或气爽潜水有较多的优点，但钟的本身庞大、笨重，移动操作很不方 便，潜水作业效率低下， 因此，早期的钟式潜水在 19 世纪初叶就告结束。