Sound velocities and attenuation coefficients of marine surface sediments were calculated from insitu acoustic experiments on 4 nearshore areas off Pohang, Pusan Yeosu, and Kunsan around the Korean Peninsula. The relationship between these values and physical properties of sediments was examined and attenuation mechanism was analysed using the estimated gas content. Sound velocities and attenuation coefficients ranging from 1470 to 1616 m/sec and 0.0565 to 0.6604 dB/kHz-m, respectively, are well related to sediment types. The attenuation coefficient is maximum in coarse silts, and the sound velocity increases with density. The gas content estimated less than 8 ppm increases with the decreasing sediment grain size. When the sediment size is greater than fine sand, sound attenuation is mostly due to friction losses, and probably negligible viscous loss remains unchanged with the varying physical properties of sediments. The maximum attenuation in coarse silts result from both friction loss and cohesion of finer sediments between the contacts of silt grains. The cohesion begins to be the dominant dissipative process with decreasing grain size from medium and fine silts.
Proceedings of the Acoustical Society of Korea Conference
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1984.12a
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pp.52-56
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1984
파동 이론에 의한 수중에서의 저주파 음파전달은 음향학적 경계 조건에 의해 결정되는 Normal Mode로 특징지어 진다. Normal Mode는 수층(Water Layer)뿐만 아니라 수직적으로 층상 구조인 해저 퇴적층(Subatrate)의 음향 특성을 포함하여 결정되는 파동 방정식의 해로서 이에 의해 수층 및 해저 퇴적층에서의 음압 분포와 감쇠를 계산할 수 있다. 본 논문은 저주파 음파 전달에 관한 Normal Mode 이론에 의하여 음원의 주파수와 해저 퇴적층에서의 음속 분포등에 따른 각 Mode의 음압 분포, 감쇠등에 관한 음향학적 해석으로 원거리까지 진행하는 수중 음파의 해저 퇴적층 투과 심도를 추출하였다.
The conventional communication method using mud flow pressure waves has a speed of 1-2 bps, so it takes a long time to communicate, making real-time control impossible. Although the sound wave communication method for improving the communication speed by 10 times or more has been commercialized, its use is limited due to its high price and there are not many application cases. In this study, the simulator corresponding to the facility was developed to develop performance similar to the actual test results. For simulating sound wave communication through a drill pipe, we proposed a governing equation that can simulate friction damping by mud and developed a numerical analysis model. The attenuation factor was corrected by comparing it with the attenuation rate of sound wave energy at the drilling site. The developed numerical analysis model was applied to the QPSK modulation type communication algorithm to confirm the excellent performance of the communication error rate of 0.04% in the ground. This is the communication performance under the condition that noise has not been mixed yet, and in order to apply it, the technology of reproducing the actual noise signal for mixing by securing the field noise data was established.
The characteristics of bottom sediment may be able to vary within a few meters of depth in shallow water. Since bottom attenuation coefficient as well as sound velocity in the bottom layer is determined by the composition and characteristics of sediment itself, it is reasonable to assume that the bottom attenuation coefficient is accordingly variable with depth. In this study, we use a parabolic equation scheme to examine the effects of depth-varying compressional wave attenuation on acoustic wave propagation in the low frequency ranging from 100 to 805 Hz. The sea floor under consideration is sandy bottom where the water and the sediment depths are 40 meters and 10 meters, respectively. Depending on the assumption that attenuation coefficient is constant or depth-varying, the propagation loss difference is as large as 10dB within 15 km. The predicted propagation loss is very much comparable to the measured one when we employ a depth-varying attenuation coefficient.
The sound velocity (compressional wave) and attenuation coefficient in the marine surface sediments in the nearshore areas off the Pohang, Pusan, Yeosu and Kunsan were investigated in terms of the geotechnical properties of the marine surface sediments in the water depth range of 10-50 meters. The marine surface sediments in the study areas are variable, that is, sand to clay. Due to the various four different study area, the sound velocities and attenuation coefficients in the surface sediment facies vary 1,44m/sec to 1,510m/sec in velocity and 0.82dB/m to 3.70dB/m in coefficient respectively. In fact, the sound velocity increases with increasing of density and mean grain sizes of the sediments, and however, with decreasing of porosith. The correlation equations between the sound velocith and geotechnical properties of mean grain size, density, and porosity were expressed as the following: Vp=1512.28406-9.16083(Mz)+0.20795(Mz)$\^$2/, Vp=1876.15527-597.50397(d)+210.48375(d)$\^$2/, Vp=1559.47217-2.09266(n)$\^$2/. where Vp is sound velocity, Mz is mean grain size, d is density, and m is porosity, respectively. However, the relationship between the attenuation and geotechnical properties were different from that of sound velocity and geotchnical properties. Furthermore, the correlation equations between attenuation coefficient and geotechnical properties were expressed as the following: a=1.85217+0.67197(Mz)-0.09035 (Mz)$\^$2/, a=48.87859+58.21721(d)-16.3.143(d)$\^$2/, a=2.06765+0.07215(n)-0.00111(n)$\^$2/, where a is attenuation coefficient. The high attenuation appeared in the silty sand through fine sand facies in sediment and k values in these facies were in the range of 0.86 to 0.89 dB/m/KHz.
Coastal water including estuaries has distinctive environmental characteristics where sediments are transported and deposited by flowing river water, providing an environment in which fluid mud layers can be formed. Acoustic method is mostly used to detect or monitor the fluid mud layer. However, since sound propagating in this layer suffers severe attenuation, it is important to estimate the accurate attenuation coefficient for various concentrations of fluid mud layer for the successful use of the acoustic method. In this paper, measurement results of attenuation coefficient for 3.5, 5, and 7.5 MHz ultrasounds were presented. The measurements were made in a small-size water tank in which suspended sediment samples with various sediment concentrations were formed using kaolinite powder. The results were compared to the model predictions obtained by attenuation coefficient model in which the mean grain size (called as Mass-median-diameter, D50) was used as input parameter. There were reasonable agreements between measured attenuation coefficients and model outputs predicted using the particle range of D50 ${\pm}20%$. The comparison results imply that although the suspended sediments consist of various-sized particles, sound attenuation might be greatly influenced by amount of particle with a size which has a larger attenuation than that of any particle in the suspended sediments for the frequency used.
Kim, Hyun-Sil;Kim, Sang-Ryul;Kim, Jae-Seung;Kim, Bong-Ki;Lee, Seong-Hyun
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.21
no.11
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pp.1013-1019
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2011
Sound attenuation of periodically arranged cylindrical rods is studied numerically and experimentally. Cross section of the cylinder is circular and arrays are in a square lattice. Cylinders are made of steel, and consist of five groups with different diameters from 27.2 mm to 48 mm. Each group has 5 rows, while number of cylinders in a row varies from 17 to 31. The area filling fraction is about 60~61 %, which leads to the stop bandgap(2.9 kHz ~ 8.4 kHz). Sound attenuation is computed using two-dimensional BEM, and measurement is done by using a speaker and microphones in a semi-anechoic room. Comparison of the results by BEM and experiment shows that attenuation spectra are qualitatively in agreement, although experiment gives higher attenuations than BEM. After results by BEM are scaled up in accordance with cylinder diameter, it is observed that attenuation curves are in good agreement, which confirms that analysis by BEM is done correctly. It is also found that the measured bandgaps are shifted toward lower frequency by 0.5 kHz ~ 1.2 kHz, when compared to the predictions obtained from infinitely repeated two-dimensional cylinder arrays.
The electromagnetic (light) waves have a limitation to penetrate media, ie, water and sea-bottom layers, due to high energy attenuation, but acoustic (sound) waves play as the good messenger to gather the underwater target information. Therefore, the acoustic methods are applied to almost all of ocean equipments and technology in terms of in-water and sub-bottom surveys. Generally the sound character is controlled by its frequency. In case that the sound source is low frequency, the penetration is high and the resolution is low. On the other hand, its character is reversed at the high frequency. The common character at the both of light and sound is the energy damping according to the travel distance increase.
Park, Ki-Ju;Kim, Dae-Choul;Lee, Gwang-Soo;Bae, Sung Ho;Kim, Gil Young
Journal of the Korean Society for Marine Environment & Energy
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v.18
no.3
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pp.216-222
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2015
A previous velocity measurement system for marine sediment had several problems such as the errors occurred when picking first arrival time and the inconvenient measurement procedure. In order to resolve these problems, we developed a new acoustic properties measurement system by using PXI (PCI eXtentions for Instrumentation) module based on LabVIEW. To verify the new system, we measured the velocity and attenuation of sediment using the new system in a parallel with the previous system under the same experimental environment. The result of measurement showed 1~2% margin of error for the velocity as well as similar attenuation values. We concluded that the new system can efficiently measure the acoustic properties of marine sediment. It also has an advantage to construct the database of acoustic data and raw signal.
Proceedings of the Korean Institute of Information and Commucation Sciences Conference
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2001.05a
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pp.363-368
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2001
Because of rapid damping of light and electromagnetic wave, acoustic wave has been widely used for underwater communication. However, the propagation of the acoustic wave is highly dependent on the environment such as water properties(temperature, pressure, salinity), bottom and surface conditions, etc.. This paper deals with the surface reflection effect on the wave propagation in the underwater anechoic basin in KRISO. Both theortical and experimental approaches are performed and the results are compared.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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