Hydroakustiikka - akustiikan osa, joka tutkii ääniaaltojen säteilyä, vastaanottoa ja etenemistä todellisessa vesiympäristössä ( merissä , merissä, järvissä jne.) vedenalaista sijaintia, viestintää jne. varten.
Vedenalaisten äänten pääominaisuus on niiden alhainen vaimennus, jonka seurauksena äänet voivat levitä veden alla paljon pitemmälle kuin esimerkiksi ilmassa.
Itse veden ominaisuuksista johtuvan vaimennuksen lisäksi äänen etenemisetäisyyteen veden alla vaikuttaa äänen taittuminen , sen sironta ja imeytyminen väliaineen erilaisiin epähomogeenisuuksiin, jotka johtuvat veden lämpötilan, suolaisuuden tai tiheyden eroista [1 ] .
Hydroakustiikka on saanut laajan käytännön sovelluksen vedenalaisen sijainnin ja kommunikoinnin ongelmien ratkaisemiseen . Koska sähkömagneettisten aaltojen siirtojärjestelmien tehokkuus veden alla yli kymmenien metrien etäisyyksillä on mitätön [1] , hydroakustiikka on yleisin vedenalainen viestintäväline.
Näihin tarkoituksiin käytetään äänitaajuuksia 300 - 10 000 Hz ja ultraääniä 20 000 Hz ja enemmän. Sähködynaamisia ja pietsosähköisiä emittereitä ja hydrofoneja käytetään emittereinä ja vastaanottimina äänialueella ja pietsosähköisiä ja magnetostriktiivisia ultraäänialueella. Vedenalaisen viestinnän lisäksi hydroakustiikkaa käytetään:
Tärkeimmät hydroakustiikan sovellukset ovat:
Hydroakustiikan käyttö toteutetaan hydroakustisten keinojen avulla. Hydroakustinen laite on tekninen laite tai laitekokonaisuus, jonka toimintaperiaate perustuu akustisten aaltojen käyttöön vesiympäristössä. Hydroakustisiin keinoihin kuuluvat:
Aluemittaustyökalujen käytössä matalassa meressä on useita piirteitä [2] :
Tällä hetkellä aluetutkimuksista saatujen tietojen käsittelyyn ja esittämiseen on useita lähestymistapoja.
Perinteinen lähestymistapa, jota käytetään useimmiten nykyään, on perinyt yksisäteen syvyysmittauksen ajoilta omaksutun ideologian. Tämä lähestymistapa sisältää jokaisen yksittäisen syvyyden muokkaamisen tietokonetekniikan ominaisuuksien avulla. Samanaikaisesti lopullisen käsittelyn vaiheessa suurin osa ajasta käytetään saatujen syvyyksien interaktiiviseen (manuaaliseen) muokkaamiseen. Tämän seurauksena vain vesialueen pienimmät syvyydet valitaan esitettäväksi raporttitaululle, mikä luonnehtii puhtaasti "hydrografista" lähestymistapaa kohokuvion kartoittamiseen, jonka tavoitteena on ensisijaisesti varmistaa merenkulun turvallisuus. Tällä lähestymistavalla menetetään merkittävä osa hyödyllistä tietoa mikroreljeefistä, lisäksi on melko vaikeaa saada jälkikäteen arvio valmiin tutkimuksen tarkkuudesta. [2]
Viime vuosina on ehdotettu vaihtoehtoista lähestymistapaa aluemittausten tietojen käsittelyyn, jonka tuloksia voidaan käyttää sekä merenkulun turvallisuuden että tutkimustarkoituksiin. Yksittäisten syvyyksien esittämisen sijaan ehdotetaan ns. "navigointipinnan" (Navigation Surface) luomista. Tämän menetelmän nimi oli CUBE (Combined Uncertainty and Bathymetiic Estimator) [37, 38, 39, 60]. CUBE-tekniikka on yksi säännöllisen verkon luomisen muodoista, kun käsittelyn tuloksena se antaa syvyysestimaattien lisäksi myös arvion syvyysvirheestä ruudukon jokaisessa solmussa. CUBE-tekniikalla voidaan suodattaa myös erittäin virheellisiä mittauksia, joita ei voitu poistaa aiemmissa käsittelyvaiheissa. [2]
Äänen etenemisnopeus vaihtelee syvyyden mukaan, ja muutokset riippuvat vuodenajasta ja vuorokaudenajasta, säiliön syvyydestä ja useista muista syistä.
Äänaallot, jotka tulevat lähteestä tietyssä kulmassa horisonttiin nähden, taipuvat, ja taivutuksen suunta riippuu ääninopeuksien jakautumisesta väliaineessa:
Vertikaalisella äänen nopeusjakaumalla (VSDS) ja nopeusgradientilla on ratkaiseva vaikutus äänen etenemiseen meriympäristössä . Äänennopeuden jakautuminen Maailmanmeren eri alueilla on erilainen ja vaihtelee ajan myötä.
On olemassa useita tyypillisiä VRSZ-tapauksia:
Taittumisen vuoksi voi muodostua kuolleita vyöhykkeitä - alueita, jotka sijaitsevat lähellä lähdettä, joissa ei ole kuultavuutta.
Taittumisen esiintyminen voi myös johtaa äänen etenemisalueen lisääntymiseen - ilmiöön, jossa äänet etenevät veden alla.
Korkeataajuisten äänien etenemiseen, kun aallonpituudet ovat hyvin pieniä, vaikuttavat pienet epähomogeenisuudet, joita yleensä esiintyy luonnollisissa altaissa: kaasukuplat, mikro-organismit jne.
Nämä epähomogeenisuudet toimivat kahdella tavalla: ne absorboivat ja sirottavat ääniaaltojen energiaa. Tämän seurauksena äänen värähtelytaajuuden kasvaessa niiden etenemisalue pienenee. Tämä vaikutus on erityisen havaittavissa veden pintakerroksessa, jossa on eniten epähomogeenisuutta.
Äänen sironta epähomogeenisuuksien sekä veden pinnan ja pohjan epäsäännöllisyyksien vuoksi aiheuttaa vedenalaisen kaiuntailmiön , joka liittyy äänipulssin lähettämiseen: epähomogeenisuuden ja sulautumisen yhdistelmästä heijastuvat ääniaallot antavat äänipulssin kiristyminen, joka jatkuu sen päättymisen jälkeen.
Vedenalaisten äänien leviämisalueen rajoja rajoittaa myös meren oma melu, jolla on kaksi alkuperää: