Lines of equal phases and phase invariant in the sound field of the deep sea
- Authors: Aksenov S.P.1, Kuznetsov G.N.1, Stepanov A.N.2
-
Affiliations:
- A.M. Prokhorov General Physics Institute of the Russian Academy of Sciences
- Samara National Research University named after academician S.P. Korolev
- Issue: Vol 71, No 2 (2025)
- Pages: 218-231
- Section: АКУСТИКА ОКЕАНА. ГИДРОАКУСТИКА
- URL: https://genescells.com/0320-7919/article/view/689660
- DOI: https://doi.org/10.31857/S0320791925020061
- EDN: https://elibrary.ru/IIVBVQ
- ID: 689660
Cite item
Abstract
The spatial-frequency characteristics of the amplitudes and phases of sound pressure in the deep sea have been studied. Analytical relationships have been obtained that allow one to calculate and compare the amplitude-phase structures of water, leaky and trapped modes, as well as the sound pressure field formed by the sum of the modes. The calculations have been performed using the modified WKB (Wentzel–Kramers–Brillouin) approximation. It has been shown that in the deep sea, as in the shallow sea, there are stable lines of equal phases along which, under certain conditions, coherent summation of complex Fourier components is possible. To describe the lines of equal phases, a differential equation has been obtained that uses the phase invariant, already studied in the shallow sea, as a basic parameter. This has made it possible to study the properties of the phase invariant corresponding to water, leaky and trapped modes in all zones of the sound field for the deep sea as well. It is established that at different distances in the field constructed from the sum of all modes, invariant properties are manifested, first of all, those modes that dominate at these distances. It is shown that the leaky modes formed in the near illumination zone and in the shadow zone, formed by steep rays reflected from the bottom, have invariant properties only at large distances from the source. Water and trapped modes have invariant properties in full and at all distances. Recommendations are given on the use of equal phase lines and the phase invariant in processing experimental data and modeling.
Full Text

About the authors
S. P. Aksenov
A.M. Prokhorov General Physics Institute of the Russian Academy of Sciences
Author for correspondence.
Email: skbmortex@mail.ru
Russian Federation, Moscow, 119991
G. N. Kuznetsov
A.M. Prokhorov General Physics Institute of the Russian Academy of Sciences
Email: skbmortex@mail.ru
Russian Federation, Moscow, 119991
A. N. Stepanov
Samara National Research University named after academician S.P. Korolev
Email: skbmortex@mail.ru
Russian Federation, Samara, 443086
References
- Бреховских Л.М. Волны в слоистых средах. М.: Наука, 1973. 343 с.
- Бреховских Л.М., Лысанов Ю.П. Теоретические основы акустики океана. М.: Наука, 2007. 370 c.
- Кацнельсон Б.Г., Петников В.Г. Акустика мелкого моря. М.: Наука, 1997. 193 с.
- D’Spain G., Kuperman W. Application of waveguide invariants to analysis of spectrograms from shallow water environments that vary in range and azimuth // J. Acoust. Soc. Am. 1999. V. 106. № 5. P. 2454–246
- Акустика океана. М.: Наука, 1974. 668 с.
- Распространение волн и подводная акустика. М.: Мир, 1980. 229 с.
- Ainslie M.A., Packman M.N., Harrison C.H. Fast and explicit Wentzel–Kramers–Brillouin mode sum for the bottom-interacting field, including leaky modes // J. Acoust. Soc. Am. 1998. V. 103. № 4. P. 1804–1812.
- Аксенов С.П., Кузнецов Г.Н. Амплитудная и фазовая структура низкочастотного гидроакустического поля в глубоком океане // Акуст. журн. 2021. Т. 67. № 5. С. 493–504. https://doi.org/10.31857/S0320791921040018
- Аксенов С.П., Кузнецов Г.Н. Оценка расстояния до источника в глубоком море с использованием пространственно-частотных характеристик интерференционного инварианта и эффективных фазовых и групповых скоростей // Акуст. журн. 2021. Т. 67. № 6. С. 603–616. https://doi.org/10.31857/S0320791921060010
- Аксенов С.П. Верификация вычислительной программы в модовом ВКБ-приближении для мелкого и глубокого морей // Доклады XVII школы-семинара им. акад. Л.М. Бреховских “Акустика океана”. М.: ИО РАН, 2020. С. 364–370.
- Чупров С.Д. Интерференционная структура звукового поля в слоистом океане // Акустика океана: современное состояние. М.: Наука, 1982. С. 71–91.
- Орлов Е.Ф., Шаронов Г.А. Интерференция звуковых волн в океане. Владивосток: Дальнаука, 1998. 195 с.
- Грачев Г.А. К теории инвариантов акустического поля в слоистых волноводах // Акуст. журн. 1993. Т. 39. № 1. С. 67–71.
- Aksenov S.P., Kuznetsov G.N. Determination of interference invariants in a deep-water waveguide by amplitude and phase methods // Phys. Wave Phen. 2021. V. 29. No. 1. P. 81–87.
- Zhao Z.D., Wu J.R., Shang E.C. How the thermocline affects the value of the waveguide invariant in a shallow-water waveguide // J. Acoust. Soc. Am. 2015. V. 138. № 1. P. 223–231.
- Kuznetsov G.N., Stepanov A.N. Interference and phase invariants of sound fields // Phys. Wave Phenom. 2021. V. 29. № 3. P. 285–292.
- Кузнецов Г.Н., Степанов А.Н. Линии равных фаз звукового давления в пространственно-частотной области гидроакустического поля // Докл. Рос. Акад. наук. Физика, техн. науки. 2021. Т. 498. С. 17–21. https://doi.org/10.31857/S2686740021030111
- Kuznetsov G.N. and Stepanov A.N. Phase Invariants of Vector–Scalar Fields Excited in the Shallow Sea by Multipole Sources // Phys. Wave Phenom. 2023. V. 31. № 6. P. 371–382. https://doi.org/10.3103/S1541308X23060055
- Кузнецов Г.Н., Степанов А.Н. Влияние направленности источников на фазовые инварианты векторно-скалярных полей в мелком море // Докл. Акад. наук. Физика, техн. науки. 2023. Т. 512. № 1. С. 17–23. https://doi.org/10.31857/S2686740023050073
- Аксенов С.П., Кузнецов Г.Н. Энергетические инварианты в звуковых полях глубокого и мелкого моря // Докл. Акад. наук. Физика, техн. науки. 2022. Т. 507. № 1. С. 9–14.
- Аксенов С.П., Кузнецов Г.Н. Интерференционные инварианты в максимумах гидроакустического поля в глубоком море // Акуст. журн. 2024. Т. 70. № 1. С. 65–76. https://doi.org/10.31857/S0320791924010099
- Кузнецов Г.Н., Степанов А.Н. Векторно-скалярные поля мультипольных гидроакустических источников, эквивалентных шумоизлучению морских объектов. М.: Буки Веди, 2022. 304 с.
- Новиков А.К. Корреляционные измерения в корабельной акустике. Л.: Судостроение, 1971. 256 с.
- Кузькин В.М., Переселков С.А. Интерферометрическая диагностика гидродинамических возмущений мелкого моря. М.: ЛЕНАНД, 2019. 200 с.
Supplementary files
