波浪运动所产生的功率与浪高及其周期有关．功率近似表达式为
P≈0.55H2T（5.20）
单位为kW·m－1（千瓦·米－1），H为浪高（m），T为波浪周期．
用波浪的能量可以发电．我们可以用定点浪高仪来测量波浪高度的变化规律，为开发潮汐能提供原始依据．定点浪高仪是一种简单的主动声呐，利用声波到达海面时的全反射来记录浪高．
（2）海流测量
大洋环流的流速比较稳定．利用海流计可以测量海洋中的流速及流向，根据所测得的数据绘制大洋流速、流向图，是航海家不可缺少的资料．比较先进的海流计是利用多普勒效应进行测速的系统．它不仅可以测量大洋表面的海流还可以测量海流剖面．
（3）海中声速测量
声速是海水作为水媒质的一个重要参数．海洋中声速剖面图是海军舰只活动的必备资料．因为无论是攻击敌方还是保存自己，都必须利用声速剖面图来规划自己的航行细节和声呐使用技巧．
目前比较普遍使用的声速测量仪是一种可以和微机联结的声学探头．当把探头由海面放下去之后，即可将经过的路径中的温度、盐度与深度数据采集记录下来．由微机中的专用软件换算出声速并提供声速剖面．
（4）大洋测温
地球上的一些灾害性天气（如厄尔尼诺现象）或环境变化（如二氧化碳增多，臭氧层的空洞等）都会引起大洋温度的微小变化．利用声波在大洋中长距离（几千公里）的传播可以把温度的微小变化测量出来．1991年开始，美国、加拿大等国已在实施这一计划．我国也从1995年开始参加．预定在夏威夷岛爆炸小型炸弹，在世界各地接收声信号来推算大洋温度的变化．
2．海底地形、地貌及地质勘探
（1）回声测深
回声测深仪是一种高频窄波束的主动声呐．目前各大洋都已被广泛地进行测量，并绘制了海底等深线图．
（2）海底地形、地貌仪
这是一种多波束主动声呐，用于绘制海底的地形、地貌．为海底电缆、输油管的敷设提供依据．
（3）近海油气田勘探
声学数字地震勘探技术是近海油气田勘探的主要手段．世界上比较著名的英国北海油田就是用这种方法发现的．它主要利用一种拖曳式线列阵声呐，用人工在海下制造小地震的方法，记录局部海区的地貌，借以判断有无油气田．我们从北到南的近海地区正在开展这类勘探．
3．导航及其它应用
海上船只的导航、巨轮的靠岸都需要不同类型的声呐．此外海难救助也要利用“声发”声道．随着人类向海洋进军的广度及深度的不断提高，水声学在海洋开发中的作用也会越来越大．
6声信号的数字处理
6．1信号处理的基本概念
在我们日常生活中，声波是听觉信号的载体，而视频信号则是图像信息的载体．人类大脑在接收到声信号和视觉信号之后要进行一系列的处理，有些处理是非常复杂的．如语言的识别、理解、联想，图像的分类、识别等．
信号的产生、存贮、传输、加工等是信息论中的重要课题．我们统称为信号处理．声信号是一种特殊信号．由于它所牵涉到的频率相对来说比较低，同时只是时间的一维函数．所以信号处理的理论和技术首先是从声信号处理这一领域发展起来的．特别是与语言和音乐信号有关的这一部分信号处理理论，长期以来一直成为信号处理的主体．60年代末开始，由于数字信号处理技术的出现，研究工作者才逐步地把一维信号处理理论与技术逐步地向二维推广．同时又由于技术的进步，使我们不仅能处理频率较低的声信号，也有可能处理频率高得多的图像信号．
从理论上说，我们可以把声信号看作是时间t的函数x（t）．信号处理可以被认为是对x（t）进行的各种运算，这种运算可以是线性的，也可以是非线性的．最基本的信号处理手段有以下几种．
1．滤波
把x（t）经过一个滤波器，使它的频率特性发生某种变化．这种滤波也可以只是幅度的增大或缩小，也可能只是时间的延迟．
2．谱分析
x（t）的傅里叶变换X（f）称为x（t）的谱．它反映的是x（t）在频率域上的特性．
图5－7给出了一些简单信号的频谱．对信号进行频谱分析可以使我们知道特定信号的频率范围．
3．信号的传输
信号的传输是人类信息交流的不可缺少的需求．要使信号不失真地从一处传到另一处是一件不容易的事．最典型的例子便是电话．我们总感到从电话里传来的声音与真实的声音有一定差异，这主要是在声音传播之前已经有了一定的畸变的结果．
4．信号的存贮
要把信号按原样保存起来，又能随时不失真地重放，这是录音的基本要求．要完全做到这一点还有一定困难．
5．信号的加工
包括对信号作各种变换（压缩、扩展）及对信号的检测处理等．
信号处理的理论已渗透到很多领域，信号处理的技术也已在很多工程部门得到应用．整个信息产业是现代国家的支柱产业之一，有信息就要有信号处理理论和技术．美国从1991年开始，把IEEE中原名为“声学、语言、信号处理”的协会改名为“信号处理”协会．我国也已成立了信号处理协会．专业工作者遍及国民经济和国防科研的各部门及高等院校和科研机关．
6．2声信号的数字处理
从60年代开始，由于微电子技术和数字计算机技术的迅速发展，信号的数字处理得到极快的发展．因为数字化有一些非常突出的优点，它便于加工、存贮、传输．一些传统的用于模拟信号的运算也可以移植到数字处理中去．在数字信号处理技术发展的初期，由于硬件方面的限制，它的应用还受到一定的限制．到了80年代，由于微处理机及大规模集成电路专用数字信号处理（DSP）芯片的出现，使数字信号处理技术一日千里地向前发展．现在数字化的革命几乎已在各电子领域展开．高级音响、彩电、个人手持终端、无胶片照相机、无磁带应答电话等都已在或正在准备使用数字技术．据估计到20世纪末，数字化电子产品的产值将达到3万亿美元．这是一个非常惊人的数字．
信号的数字化的简单概念如图5－8所示．我们首先要把模拟信号在时间和幅度上进行量化．时间上的量化称为采样，幅度上的量化称为分层．
采样频率越高，分层数越多，数字化的信号就越能逼近原来的模拟信号．当然硬件上也就越复杂．
奈奎斯特采样定理指出，如果信号是带宽有限的，那么只需要用大于或等于带宽两倍的采样频率进行采样，所得的样本就可以恢复原始的信号．这个定理的重要意义在于给出了一个确定采样频率的标准．举例来说，目前电话数字传输系统的采样频率是8kHz，语音信号在采样之前，先经过一个上限频率为3.4kHz的低通滤波器．所以采样基本上不产生失真．对于分层来说却不存在类似的结果．无论多么细的分层都会带来信号的损失．可以把幅度的量化看作是某种量化噪声．所以比特数太小的分层会带来严重的畸变．一般声信号处理采用的是14bit～16bit（比特）的分层．
数字化之后的信号已变为0、1序列．这是非常易于处理、加工、传输、存贮的信号．并且在一定的误码率范围内还可以进行校正．这些都是模拟信号无法比拟的．目前已发展了一套数字滤波、存贮、加工及传输的技术，并且已专门设计了用数字信号处理的芯片．这种芯片不象微处理器那样采用冯·诺伊曼结构，而是采用并行处理的哈佛结构，克服了数据流中的瓶颈，使效率大为增加．图5－9是DSP芯片的原理结构图．
目前，用于声信号和图像信号处理的专用DSP芯片的指令周期已在50ns左右，每秒钟可以完成数千万次浮点运算．
6．3声学与现代数字信号处理技术
现代数字信号处理技术把声学带到了更多的应用领域．它大大地丰富了人们的日常生活，同时使微机、通讯、消费电子产品等行业互相联系．声信号处理自身的发展和进步又反过来推动数字信号处理技术的发展，使DSP技术呈现出更加美好的前景．其中特别引人注目的是人机对话、机器翻译．我们简略介绍这些应用领域．
1．高级音响
传统的模拟信号磁带式录音机，动态范围小（一般为40dB左右），频带窄（200Hz～8000Hz左右），因而音质较差．另外，这种磁带的节目搜索是非常麻烦的，而且也不易保存，复制的次数多了，质量就差了．现代的数字式录音机的采样频率为44.1kHz，因此，对输入信号的频响可扩展到20kHz左右，量化比特数一般在212以上．动态范围高达60dB以上．
目前市场上出售的CD唱机是一种光盘系统．有5in（英寸）盘和3in盘两种．节目的搜索很简单．最新的一种3inCD唱机不仅可以放音也可以录音，完全可代替老式的模拟音响．
2．多媒体计算机
现代计算机已从单纯数值计算发展为多种用途．近年来发展最快的一个领域是多媒体技术．即一台计算机除了保持原有的科学计算、文字处理等功能之外，还可以用于声信号、图像信号的处理．例如可以放CD唱片，可以放光盘录像电视，可以作为Fax机接收或发送传真，又可以用于电话应答．总之，是一台多种用途的多媒体计算机．
3．语音识别，机器翻译
由机器识别人类的语言，由机器在不同语种中进行翻译．这是科学家梦寐以求的事情．随着现代科学的发展，这一梦想正逐步变为现实．首先取得突破的是机器翻译．在理解的基础上，可实现不同语种之间的翻译．目前，英日语科学论文的翻译系统的准确率已达到80%．中、英文词组、短语之间的翻译准确率已可达90%．
在语言识别方面．有限词汇、认人的单呼口令的识别已取得很大进展．连呼口令的识别也已有了突破．专家们普遍认为，汉语是最有希望首先实现机器识别的语种．因为汉语的发音是以单字音节为基础的．同音字一共才1200多个（包括四声）．所以只要加强基础研究，找出人类理解语言的机理，就有可能率先在汉语识别中作出重大突破．到那时，人们可以一边讲话，另一边由计算机把所讲的话打印出来．
人工合成语言方面也在取得进展．这一工作开始于本世纪30年代．但是直到50年代才找到了较好的传输线模型来人工模拟人类发声机理，合成出具有一定质量的语言来．目前人工合成语言的主要问题是可懂度及与自然语言的差别．这一方面还有很长的一段路可走．
4．在医学方面的应用
数字式的超声医疗诊断设备正越来越广泛地用于实际的诊断．这一方面最突出的例子是彩色B超和多普勒血流计．这是一种多基元的超声发射及接收设备，可以把人的内脏以很高的清晰度显示出来，为医生诊断提供有力的辅助手段．
5．通讯
电话信号的数字传输已被广泛采用，特别是由于光纤的使用，使数字传输以很快的速度取代老式的电话传输线路．数字采样用8kHz，8bit，电话信号的通频带为3.4kHz．在传输时，一般以24路为一个群，一次群频率为1.544Mbit·s－1，一根光纤的传输率可高达1000M，也就是大约可容纳15000路电话．目前我国已开通自武汉至北京，北京至哈尔滨等多条光纤传输线路．
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