Hostname: page-component-6766d58669-bkrcr Total loading time: 0 Render date: 2026-05-20T12:55:49.545Z Has data issue: false hasContentIssue false

Measurements of Acoustic Properties of Hard-Pack Snow

Published online by Cambridge University Press:  30 January 2017

Theodore E. Lang*
Affiliation:
Department of Civil Engineering and Engineering Mechanics, Montana State University, Bozeman, Montana 59715, U.S.A.
Rights & Permissions [Opens in a new window]

Abstract

Three experiments were conducted to assess acoustic properties of hard-pack snow. One test involved transmission of acoustic signals in the frequency range 100-20 000 Hz through natural snow-pack in order to measure signal loss of a point acoustic source. At all frequencies the relatively high-energy input signal decays rapidly by energy dissipation, with nominal diffusion occurring at large distances from the source. Signal persistence is greatest in the frequency range 100-200 Hz, In a second test, acoustic bursts in snow columns under deformation were recorded. Spectrum analysis in the frequency range 500-14000 Hz reveals dominance of signal amplitudes at frequencies between 1 000 and 10 000 Hz. This dominance is attributed to the strong attenuation properties of snow and suggests the use of waveguide or collector techniques to monitor natural acoustic emissions in snow-pack. In a third test several waveguide geometries and materials were evaluated for their acoustic signal interception and transmission characteristics. In general, metallic waveguides show the least attenuation of the configurations tested.

Résumé

Résumé

On a mené trois expériences pour déterminer les propriétés acoustiques de la neige en plaques dures. Un essai a consisté en la transmission de signaux acoustiques dans la gamme de fréquence 100 à 20 000 Hz à travers un manteau neigeux naturel afin de mesurer la perte du signal à partir d'une source ponctuelle. A toutes les fréquences, l'énergie relativement forte du signal émis décroît rapidement par dissipation d'énergie avec une diffusion nominale atteignant de grandes distances de la source. La persistance du signal est maximum dans la gamme de fréquence de 100 à 200 Hz. Dans une seconde expérience, on a registre les crépitements dans des collonnes de neige en cours de déformation. L'analyse spectrale dans la gamme de fréquence de 500 à 14 000 Hz a révélé la dominance des amplitudes des signaux à des fréquences de 1 000 à 10 000 Hz. Cette dominance est attribuée aux fortes propriétés d'atténuation de la neige et suggère l'utilisation des techniques de guidage d'onde ou de collecteur pour canaliser les émissions acoustiques naturelles dans la neige. Dans une troisième expérience, plusieurs matériels et formes guides d'onde ont été comparés pour leurs caractéristiques de transmission et d'interception de signaux acoustiques. En général, les guides métalliques donnent l'atténuation minimale parmi les formes essayées.

Zusammenfassung

Zusammenfassung

Zur Abschätzung akustischer Eigenschaften dichtgepackten Schnees wurden drei Versuche angestallt. Der erste bestand in der Durchleitung akustischer Signale im Frequenzbereich 100-20 000 Hz durch natürliche Schneedecken zur Messung der Signalabnahme punktförmiger Schallquellen. In allen Frequenzen schwindet das Signal trotz relativ-hoher Eingangsenergie schnell durch Verschluckung der Energie; dabei tritt die Nenn-DifTusion weil entfernt von der Quelle ein. Im Frequenzbereich von 100-200 Hz wird das Signal am besten erhalten. In einem zweiten Versuch wurden akustische Explosionen in verformten Schneesäulen registriert. Die spektrale Analyse im Frequenzbereich 500-14 000 Hz ergab das Vorherrschen von Signalamplituden bei Frequenzen zwischen 1 000 und 10 000 Hz. Dieses Übergewicht wird den starken Dämpfungseigenschaften des Schnees zugeschrieben; es legt die Verwendung von Wellenführungs- und Kollektor-Verfahren zur Auffindung natürlicher Schallquellen in Schneedecken nahe. In einem dritten Versuch wurden verschiedene Wellenführungsgeomelrien und -materialien aufihre Charakteristiken der Aufnahme und Leitung akustischer Signale hin untersucht. Im allgemeinen zeigen metallische Wellenführer bei den verwendeten Konfigurationen die geringste Dämpfung.

Information

Type
Research Article
Copyright
Copyright © International Glaciological Society 1976
Figure 0

Fig. 1. Test set-up to measure audio-signal decay in snow-pack.

Figure 1

Fig. 2. Acoustic signal decay versus frequency in snow-pack.

Figure 2

Table I. Average signal attenuation for various transmission distances and frequency ranges

Figure 3

Fig. 3. Acoustic emission spectra and loading of a snow column in compression at a strain-rate of 0.006 7 min-1 (note that decade amplitude increases at certain frequencies).

Figure 4

Fig. 4. Acoustic emission spectra find loading of a snow column in tension at a strain-rate of 0.000 69 min-1 (note that decade amplitude increases at certain frequencies).

Figure 5

Fig. 5. Summary of frequency Figure averages and amplitude distributions of acoustic emissions in tension and compression.

Figure 6

Fig. 6. Waveguide test configuration.

Figure 7

Fig. 7. Attenuation versus frequency of steel waveguides with different cross-sections.

Figure 8

Fig. 8. Attenuation versus frequency of miscellaneous waveguide configurations.