수중 기포에 의한 비선형 음파의 증폭과 지향성

Abstract

수중에서 기포는 비선형성이 강한 음향 산란체로서 수중 기포들로부터 산란된 음파들은 강한 비선형 음향특성을 보인다. 입사 음파의 산란된 음파들은 기본 주파수에서뿐만 아니라 배진동 또는 고차진동 주파수들에서도 관측된다. 서로 다른 주파수의 두 음파가 기포에 입사되는 경우, 산란된 음파들은 입사 음파들의 합 및 차주파수에서도 관측될 수 있다. 본 연구에서는 수중에 형성된 기포막에 두 음파가 입사되는 경우, 기포의 비선형성에 의해 차주파수 음파의 진폭이 증폭되고 두 입사 음파의 전파방향으로 지향성이 나타남을 관측하였다. 산란된 차주파수 음파의 지향성은 일차 음원의 지향성을 사용하여 가상음원에 대한 결맞음 산란특성으로 해석하였다.

Since a bubble in water is a highly nonlinear acoustic scatterer, the acoustic scattered waves from underwater bubbles show highly nonlinear acoustic properties. These acoustic scattered waves can be observed at the second or higher harmonics as well as at the fundamental primary frequency of incident acoustic wave. When two primary acoustic waves of different frequencies are incident on a bubble, the acoustic scattered waves can be also observed at the sum and the difference frequencies of the primary waves. In this study, when the two primary acoustic waves were incident on a bubble screen in water, we observed that the amplitude of difference frequency wave was amplified by the bubble nonlinearity and its directivity was oriented in the propagation directions of primary waves. The directivity of scattered difference frequency wave was analyzed as a coherent scattering for virtual source by using the directivity of the primary acoustic wave.