聽 ?？薜穆曇?br/>這片海未免也太多情
悲泣到天明
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熟悉的旋律響起，相信大家也準備好一展歌喉了！但今天天戈聲學不是約大家來唱歌的，作為聲學行業(yè)的專業(yè)人士，今天主要帶大家認識一下“?？薜穆曇簟薄?/p>

?？薜穆曇?？科學分析其實是海洋噪音啦！

海洋環(huán)境噪聲是水聲信道中的一種干擾背景場，是在海洋中由水聽器接收到的除自噪聲以外的一切噪聲，包括海洋噪聲、生物噪聲、地震噪聲、雨噪聲、人為噪聲（航海、工業(yè)、鉆探等噪聲）等。

在海洋環(huán)境噪聲場中，聲波來源廣泛，既有自然聲源，也有人為聲源；不同聲源場產生不同頻率和聲級的噪聲，同一頻率范圍的噪聲可能由一個或多個聲源產生。

海洋的噪音分類

一、極低頻噪音

1、深海環(huán)境極低頻噪聲地球的地殼運動是海洋中極低頻噪聲的主要來源。有一種很強烈且?guī)缀跏沁B續(xù)的震動形式就是微震，其具有1/7Hz的準周期性;單次大地震和遠處火山爆發(fā)等間歇地震動也是深海低頻噪聲的來源。

除地殼運動外，潮汐、海洋湍流、波浪的海水靜壓力效應等聲源也是水下聲場的貢獻因子。如反向傳播的海面波浪非線性相互作用會產生頻率為5～10Hz以下的環(huán)境噪聲，海洋湍流所產生的聲譜在1～20Hz的十倍頻程內。湍流是由海洋中或大或小的無規(guī)則水流形成， 它會使水聽器、電纜顫動或作響，其內部壓力產生聲效應。湍流壓力的變化還會輻射到一定距離外，即在湍流以外的海水中產生噪聲。

另外，水下生物聲源部分也是海洋中極低頻噪聲源的構成因素，部分海洋哺乳動物，如須鯨類可發(fā)出低頻呻吟聲。Cummings等和Watkins曾記錄了藍鯨Balaenoptera musculus和長須鯨Balaenopteraphysalus的發(fā)聲信號頻率為10～20Hz。Thompson等曾在1979年測出了 以上兩物種以10～25Hz的低頻發(fā)聲，并估計聲源級（距離聲源1m處）可達190dB（0dB re 1μPa）。

2、大氣聲源大氣中發(fā)出的聲波能夠耦合進入水下聲場，大氣聲源的性質和傳播特性決定了其對水下聲場的貢獻限定在極低頻頻率與超低頻頻率。其中雷鳴聲可產生30Hz以下的極低頻聲譜，并在10Hz以下能探測其能量。

3、淺海水下爆破施工隨著人類對近海岸的開發(fā)利用，爆破施工成為目前港口工程建設的重要手段之一。進行水下爆破時，爆炸瞬間的聲波頻率受炸藥性質及裝藥量的輕微影響，頻率為4～10Hz；隨后受水的摩擦力和黏滯力的影響，沖擊波逐漸鈍化 為聲波，頻率也會發(fā)生改變，變化后卓越頻率為10～105Hz。

二、低頻噪音，甚低頻噪音

1、低頻超電磁噪聲目前，海洋環(huán)境中出現(xiàn)的超低頻電磁噪聲多與潛艇相關。潛艇周圍的電磁噪聲主要由軸頻電場和工頻電場在超低頻頻段內的分量產生，并與潛艇航速有直接關系，但由于保密性，國外公開的文獻中并無具體數值可參考。已知對 潛艇通信的有效手段主要以甚低頻（3～30kHz）和超低頻（30～300Hz）通信為主，潛艇進行水下超低頻通信時會受到工頻噪聲的干擾，可推斷出潛艇周圍的電磁噪聲為超低頻電磁噪聲。

2、船舶航行與地震勘探測量結果表明，在船舶航行頻繁的海區(qū)，在5～500Hz的頻率范圍內，自然噪聲譜與船舶的輻射噪聲譜極大值相當符合，在此低頻內，船舶航行是全球海洋噪聲的主要來源。每一艘船都具有獨特的聲紋，并隨船速、船況、船 載、船上活動甚至船舶航行通過的水體性質而發(fā)生變化，目前已有對某些水面船舶種類的輻射噪聲測量數據庫，如倫敦Lloyd's注冊數據庫，它收集了對深海商船輻射噪聲的測量數據，可查閱到某些商船的有效聲紋信息。但軍艦的聲紋數據源被列為機密，由美國海軍 研究署等政府部門持有，不能用于科學研究。

地質勘探也是海洋低頻聲音的一個貢獻因子，它是探測海底礦物儲量的主要手段，廣泛應用于石油和天然氣工業(yè)，還被用來研究海底和地殼的地質、地震及火山活動等。在地質勘探中使用的空氣槍，產生的噪音主要以超低頻率（5～300Hz）為主。

3、中低頻聲納、魚雷聲納是使用聲能來展示水下物體的物理性質并能定位該物體，其應用范圍廣泛，適應工程指標和布放策略的變化。目前聲納系統(tǒng)兼?zhèn)滠娒駪?，分為低頻（<1khz）、中頻（1～10khz）、高頻（>10kHz）。通常軍用聲納 具備所有頻率范圍，而民用聲納限于較高頻。

4、工業(yè)和建設活動從位于海邊的電廠到打樁、疏浚、造船、運河水閘結構作業(yè)以及港口的日?；顒?，其類別相當廣泛。人們對進入海洋環(huán)境中的這種能量（陸基到海岸線水域的結合）耦合了解的很少。許多活動（如沖擊式打樁、電廠工作、工業(yè) 機械運轉、疏浚中的機械運動、風力發(fā)電等）產生各種聲源級和聲圖案，已有文獻給出了對這些聲源發(fā)出水下聲波的測量結果。

油氣工業(yè)采用的鉆探技術需要許多設備，如鉆探船、鉆塔、鉆探平臺及鉆探時的補給船、飛機等，在所有使用的鉆探設備中鉆探船產生的噪聲是最嘈雜的，其跨越頻帶為10Hz～10kHz（其中10～30Hz頻率段為極低頻），聲源級高達190dB。

5、海面粗糙度在頻率為500Hz～25kHz范圍內，自然噪聲級與海況有直接關系，并與用水聽器測量期間當地的風速有關，因此，在此頻率范圍內，海面粗糙度產生的噪聲為甚高頻段自然噪聲的噪聲源。

海面降雨對海洋中的聲波也有貢獻。研究發(fā)現(xiàn)，在1～10kHz頻段，暴雨的噪聲譜近于“白噪聲”，而在10kHz處，暴雨的噪聲級超過無雨時18dB；在幾百赫茲至20kHz以上的寬廣頻率范圍，降雨噪聲級能增加自然環(huán)境噪聲水平達35dB。

6、大氣聲源、地質聲源與海冰效應雷鳴是海洋噪聲天然出現(xiàn)的一種大氣聲源，不僅包括30Hz以下的極低頻聲譜，還包括30Hz～1kHz以上的超低頻與甚低頻聲譜。

地殼運動能產生極低頻噪聲，其中，地震的水下聲波在短距離內可將頻率延伸至100Hz以上，并能持續(xù)幾秒至幾分鐘。除地殼運動外，海底海流的運動引起沉積物運動，能產生頻率從1～200kHz以上的環(huán)境噪聲譜。

海面上的冰蓋能從根本上改變海洋噪聲場。附近冰塊的相對運動可在大塊浮冰內產生聲波，剛性冷冰的機械應力引發(fā)的爆裂釋放出更高強度的聲波，冰川的冰裂和冰皺產生的機械噪聲水平也非常高。如Buck等[19]在離活動冰脊的距離為100m、水深為30m處，在聲波頻 率為10～100Hz間測得聲壓譜的密度級為97dB。

7、生物發(fā)聲目前生存的魚類遠遠超過25000種，人們在某種程度上知道大約有100種（僅占0.4%）魚類的聲行為。海洋哺乳動物發(fā)聲涵蓋了10～200kHz以上非常寬廣的頻率。在繁育季節(jié)，各種發(fā)聲魚類和海洋哺乳動物對海洋噪聲所起的作用會顯著 增加。

1）魚及海洋無脊椎動物。許多種魚可通過各種機制發(fā)出聲波，聲波大小隨不同的生態(tài)系統(tǒng)及日間、季節(jié)等時間尺度發(fā)生變化，發(fā)出的聲波為5Hz～5kHz，大多數為1kHz以下的脈沖信號，主要用于通信、捕食、游泳以及其它行為。與魚類相比，海洋 無脊椎動物的發(fā)聲種類較少，研究較多的是海膽Echinoidea與鰲蝦Synalpheus regalis。海膽攝食時，牙齒磨擦珊瑚礁能發(fā)出幾百赫茲左右的聲音，同時其硬殼也會讓聲音產生共鳴，這種噪音能導致海膽身上的刺以一定頻率振動，可使周圍環(huán)境噪聲級提高20～30dB。鰲 蝦在其聚居地可發(fā)出2～200kHz頻帶范圍的聲音，其中30～200 kHz范圍為高頻噪聲。

2）海洋哺乳動物。雖然海洋哺乳動物發(fā)聲頻率涵蓋較廣，但根據已知文獻的描述，其發(fā)聲頻率主要集中在30Hz～30kHz。大多數的大型須鯨類，如南露脊鯨Eubalaena australis、北極鯨Balaenamysticetus、灰鯨Eschrichtius robustus、座頭鯨Megaptera novaeangliae可記錄到1kHz以下、聲源級在180dB以上的發(fā)聲。Au等在2000年3月初（繁育季節(jié)）記錄到鯨豚的發(fā)生頻率為100～150Hz、250～350Hz、600～650Hz的最高聲級。齒鯨類（海豚和齒科鯨）可發(fā)出1～25kHz的哨音，部分種類的海豚Delphinidae也可發(fā) 出129Hz～30kHz的哨音。

三、高頻噪音

1、高頻聲納高頻軍用聲納（10kHz以上）應用于數十至數千米距離的武器和反武器場合，獵雷系統(tǒng)所用的高頻聲納從數十千赫的探測到數百千赫的定位，系統(tǒng)使用脈沖信號并且指向性很強。與軍用聲納相比，民用聲納一般在更高的頻率下工作，其 中商用聲納設計用于特殊用途，如測障礙物、測深、探魚等。根據不同應用，商用聲納一般在中心頻率為1～200kHz或更高的窄頻帶內工作。

2、熱噪聲由分子擾動產生的熱噪聲是深海自然環(huán)境高頻噪聲的主要噪聲源，通過對Wenz譜級圖的分析可以得出，熱噪聲頻率在10kHz以上的頻譜帶上且主要集中在30kHz以上。

3、生物發(fā)聲能進行高頻發(fā)聲的海洋生物大多限于海洋哺乳動物，關于海洋非哺乳動物高頻發(fā)聲的文獻報道較少，其中有介紹鰲蝦在其聚居地可發(fā)出頻帶為30～200kHz的高頻噪聲。海洋哺乳動物發(fā)出高頻聲音主要用于回音定位，齒鯨（海豚和齒科 鯨）能發(fā)出種群特有的咔噠聲，峰值能量遠高于100kHz，并能發(fā)出諧波高達100kHz的哨音。根據錄音調查記錄顯示，斑海豹Phocalargha在空氣中能發(fā)出40kHz的高頻聲音，海豚在水下使用頻率在200～350kHz以上的超聲波進行“回音定位”。

本文部分內容摘自《海洋環(huán)境噪聲的分類及其對海洋動物的影響》一文，原文刊發(fā)于大連海洋大學學報2012年第1期。
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