Акустические свойства слоя на жестком основании при локальном вибровозбуждении

Abstract

Методом частичных областей решена задача о локальном вибровозбуждении плоскопараллельного слоя акустической среды, лежащего на абсолютно жестком основании. В качестве источника вибрации выступал приложенный к свободной поверхности слоя круглый жесткий поршень, совершающий гармонические колебания с заданной нормальной скоростью. Такая система предложена в качестве механической модели контактного взаимодействия поверхностных мягких биотканей грудной клетки человека с кинематическими датчиками, применяемыми в медицине и биофизических исследованиях. При этом возможность распространения в тканях поперечных волн игнорировалась. При проведении численного анализа основное внимание было уделено расчету частотных зависимостей импеданса излучения поршня в диапазоне, соответствующем слышимому звуку. Знание этой характеристики необходимо для прогнозирования искажений, вносимых присутствием датчика в колебания грудной клетки в зоне контакта. Полученные результаты свидетельствуют о том, что, пренебрегая распространением поперечных волн, невозможно адекватно смоделировать контактное взаимодействие вибратора (датчика) с биотканью.

Методом часткових областей розв'язано задачу про локальне віброзбудження плоскопаралельного шару акустичного середовища, який лежить на абсолютно жорсткій основі. За джерело вібрації правив прикладений до вільної поверхні шару круглий жорсткий поршень, який здійснює гармонічні коливання із заданою нормальною швидкістю. Таку систему запропоновано як механічну модель контактної взаємодії поверхневих м'яких біотканин грудної клітки людини з кінематичними сенсорами, які застосовуються у медицині й біофізичних дослідженнях. При цьому можливість розповсюдження в тканинах поперечних хвиль ігнорувалась. При проведенні чисельного аналізу основну увагу було приділено розрахунку частотних залежностей імпедансу випромінювання поршня в діапазоні, який відповідає чутному звуку. Знання цієї характеристики необхідне для прогнозування спотворень, які вносяться присутністю сенсора у коливання грудної клітки в зоні контакту. Одержані результати свідчать про те, що, нехтуючи можливістю розповсюдження поперечних хвиль, неможливо адекватно змоделювати контактну взаємодію вібратора (сенсора) з біотканиною.

A problem on local vibrational excitation of a plane-parallel layer of acoustical medium, which is situated on absolutely rigid foundation is solved by the method of partial domains. A circular piston attached to a free surface of the layer and harmonically oscillating with a given normal velocity was considered as a source of vibration. Such system was offered as the mechanical model of a contact interaction between the surface soft tissues of human thorax and a kinematic sensor, like the one used in medicine and biophysical researches. At the same time the possibility of propagation of the transverse waves in the tissues was ignored. When conducting the numerical analysis the main attention was paid to calculating the frequency dependencies of piston's radiation impedance in range corresponding to audible sound. This characteristic is necessary to be known to forecast the distortions introduced by presence of a sensor in vibration of the thorax in a contact zone. Obtained results give evidence that when neglecting the possibility of propagation of the transverse waves it is impossible to simulate properly a contact interaction between the vibrator (sensor) and the biotissue.