Hidroakusztika - az akusztika egy része, amely a hanghullámok kibocsátását, fogadását és terjedését vizsgálja valódi vízi környezetben ( óceánokban , tengerekben, tavakban stb.) víz alatti helymeghatározás, kommunikáció stb.
A víz alatti hangok fő jellemzője az alacsony csillapításuk, aminek következtében a hangok sokkal nagyobb távolságra terjedhetnek a víz alatt, mint például a levegőben.
A víz alatti hangterjedési távolságot a víz tulajdonságaiból adódó csillapítás mellett befolyásolja a hangtörés , szóródása és a közeg különböző inhomogenitásai általi elnyelése, a víz hőmérséklet-, sótartalma vagy sűrűsége különbségéből adódóan [1 ] .
A hidroakusztika széleskörű gyakorlati alkalmazást kapott a víz alatti helymeghatározási és kommunikációs problémák megoldására . Mivel az elektromágneses hullámátviteli rendszerek víz alatti hatékonysága több tíz méternél nagyobb távolságra elhanyagolható [1] , a víz alatti kommunikáció legelterjedtebb eszköze a hidroakusztika.
Erre a célra 300 és 10 000 Hz közötti hangfrekvenciákat, 20 000 Hz-től és magasabb ultrahangokat használnak. A hangzónában elektrodinamikus és piezoelektromos emittereket és hidrofonokat, az ultrahangos tartományban piezoelektromos és magnetostrikciós adókat és vevőket használnak. A víz alatti kommunikáció mellett a hidroakusztikát a következőkre használják:
A hidroakusztika legjelentősebb alkalmazásai a következők:
A hidroakusztika alkalmazása hidroakusztikus eszközök segítségével valósul meg. A hidroakusztikus eszköz olyan műszaki eszköz vagy eszközkészlet, amelynek elve akusztikus hullámok vízi környezetben történő felhasználásán alapul. A hidroakusztikus eszközök a következők:
A sekély tengerben a területfelmérő eszközök használatának számos jellemzője van [2] :
Jelenleg többféle megközelítés létezik a területi felmérések adatainak feldolgozására és bemutatására.
A ma leggyakrabban alkalmazott hagyományos megközelítés az egysugaras batimetria ideológiáját örökölte. Ez a megközelítés magában foglalja az egyes mélységek szerkesztését a számítógépes technológia lehetőségeinek felhasználásával. Ugyanakkor a végső feldolgozás szakaszában a legtöbb idő a kapott mélységek interaktív (kézi) szerkesztésére telik. Ennek eredményeként a vízterületnek csak a legkisebb mélységei kerülnek bemutatásra a jelentéstáblán, ami a domborzat felmérésének tisztán „vízrajzi” megközelítését jellemzi, amely elsősorban a hajózás biztonságának biztosítását célozza. Ezzel a megközelítéssel a mikrodomborművel kapcsolatos hasznos információk jelentős része elveszik, ráadásul meglehetősen nehéz utólagos becslést kapni az elkészült felmérés pontosságáról. [2]
A területi felmérésekből származó adatok feldolgozásának alternatív megközelítése, amelynek eredményei mind a hajózásbiztonság, mind a kutatási célokra felhasználhatók, az elmúlt években javasoltak. Az egyes mélységek ábrázolása helyett egy úgynevezett „navigációs felület” (Navigation Surface) létrehozását javasolják. Ez a módszer a CUBE (Combined Uncertainty and Bathymetiic Estimator) nevet kapta [37, 38, 39, 60]. A CUBE technika a szabályos hálózat létrehozásának egyik változata, amikor a feldolgozás eredményeként a mélységbecslések mellett a rács egyes csomópontjainál a mélységi hibára is becslést ad. A CUBE technikával olyan súlyosan hibás mérések is kiszűrhetők, amelyeket a feldolgozás korábbi szakaszaiban nem lehetett kiküszöbölni. [2]
A hangterjedés sebessége a mélység függvényében változik, a változások az évszaktól és a napszaktól, a tározó mélységétől és számos egyéb októl függenek.
A horizonthoz képest bizonyos szögben kilépő hanghullámok meghajlanak, és a hajlítás iránya a hangsebesség közegben való eloszlásától függ:
A függőleges hangsebesség-eloszlás (VSDS) és a sebességgradiens döntően befolyásolja a hang terjedését a tengeri környezetben . A hangsebesség eloszlása a Világóceán különböző régióiban eltérő és idővel változik.
A VRSZ-nek több tipikus esete van:
A fénytörés miatt holt zónák alakulhatnak ki - a forrás közelében található területek, amelyekben nincs hallhatóság.
A fénytörés jelenléte a hangterjedés tartományának növekedéséhez is vezethet - ez a jelenség a hangok ultra-hosszú terjedésének a víz alatt.
A nagyfrekvenciás hangok terjedését, amikor a hullámhosszok nagyon kicsik, kis inhomogenitások befolyásolják, amelyek általában a természetes tározókban találhatók: gázbuborékok, mikroorganizmusok stb.
Ezek az inhomogenitások kétféleképpen hatnak: elnyelik és szétszórják a hanghullámok energiáját. Ennek eredményeként a hangrezgések frekvenciájának növekedésével terjedésük tartománya csökken. Ez a hatás különösen észrevehető a víz felszíni rétegében, ahol a legtöbb inhomogenitás van.
A hang inhomogenitások, valamint a víz felszínének és a fenék egyenetlenségei miatti szórása a víz alatti visszhang jelenségét idézi elő , amely a hangimpulzus küldését kíséri: az inhomogenitás és az összeolvadás kombinációjából visszaverődő hanghullámok a hangimpulzus megszorítása, amely a vége után is folytatódik.
A víz alatti hangok terjedési tartományának határait a tenger saját zaja is korlátozza, amelynek kettős eredetű: