Hydroakustik - en sektion af akustik , der studerer emission, modtagelse og udbredelse af lydbølger i et rigtigt vandmiljø (i havene , havene, søer osv.) med henblik på undervandsplacering, kommunikation osv.
Hovedtræk ved undervandslyde er deres lave dæmpning, som et resultat af, at lyde kan forplante sig under vand til meget større afstande end for eksempel i luft.
Ud over dæmpning på grund af vandets egenskaber påvirkes afstanden af lydudbredelse under vand af lydbrydning , spredning og absorption af forskellige inhomogeniteter i mediet på grund af forskellen i vands temperatur, saltholdighed eller densitet [1 ] .
Hydroakustik har modtaget bred praktisk anvendelse til at løse problemer med undervandsplacering og kommunikation . Da effektiviteten af elektromagnetiske bølgetransmissionssystemer under vand ved afstande på mere end 10 meter er ubetydelig [1] , er hydroakustik det mest almindelige middel til undervandskommunikation.
Til disse formål anvendes lydfrekvenser fra 300 til 10.000 Hz og ultralyd fra 20.000 Hz og derover. Elektrodynamiske og piezoelektriske emittere og hydrofoner bruges som emittere og modtagere i lydområdet, og piezoelektriske og magnetostriktive anvendes i ultralydsområdet. Ud over undervandskommunikation bruges hydroakustik til:
De vigtigste anvendelser af hydroakustik er:
Brugen af hydroakustik realiseres ved hjælp af hydroakustiske midler. En hydroakustisk enhed er en teknisk enhed eller et sæt af enheder, hvis princip er baseret på brugen af akustiske bølger i vandmiljøet. Hydroakustiske midler omfatter:
Der er flere funktioner ved brugen af områdeundersøgelsesværktøjer i det lave hav [2] :
I øjeblikket er der flere tilgange til bearbejdning og præsentation af data fra arealundersøgelser.
Den traditionelle tilgang, som oftest bruges i dag, arvede den ideologi, der blev vedtaget siden enkeltstråle-batymetriens dage. Denne tilgang involverer redigering af hver enkelt dybde ved hjælp af computerteknologiens muligheder. Samtidig bruges det meste af tiden på den endelige behandlingsstadie på interaktiv (manuel) redigering af de opnåede dybder. Som følge heraf udvælges kun de mindste dybder af vandområdet til præsentation på rapporteringstabletten, hvilket karakteriserer en rent "hydrografisk" tilgang til opmåling af relieffet, primært rettet mod at sikre sejladssikkerheden. Med denne tilgang går en betydelig del af nyttig information om mikrorelieffet tabt, derudover er det ret vanskeligt at opnå et efterfølgende skøn over nøjagtigheden af den gennemførte undersøgelse. [2]
En alternativ tilgang til behandling af data fra arealundersøgelser, hvis resultater kan bruges både til sejladssikkerhed og til forskningsformål, er blevet foreslået i de senere år. I stedet for at repræsentere individuelle dybder foreslås det at skabe en såkaldt "navigationsflade" (Navigationsflade). Denne metode fik navnet CUBE (Combined Uncertainty and Bathymetiic Estimator) [37, 38, 39, 60]. CUBE-teknikken er en af varianterne af at skabe et almindeligt netværk, når den som et resultat af bearbejdning udover dybdeestimater også giver et estimat af dybdefejlen ved hver knude i nettet. CUBE-teknikken kan også bruges til at filtrere groft fejlagtige målinger, som ikke kunne elimineres på de tidligere stadier af behandlingen. [2]
Lydens udbredelseshastighed varierer med dybden, og ændringerne afhænger af årstiden og dagen, reservoirets dybde og en række andre årsager.
Lydbølger, der kommer ud fra en kilde i en bestemt vinkel i forhold til horisonten, bøjes, og bøjningens retning afhænger af fordelingen af lydhastigheder i mediet:
Den vertikale lydhastighedsfordeling (VSDS) og hastighedsgradienten har en afgørende indflydelse på lydens udbredelse i havmiljøet . Fordelingen af lydens hastighed i forskellige områder af verdenshavet er forskellig og varierer med tiden.
Der er flere typiske tilfælde af VRSZ:
På grund af brydning kan der dannes døde zoner - områder beliggende tæt på kilden, hvor der ikke er hørbarhed.
Tilstedeværelsen af brydning kan også føre til en stigning i omfanget af lydudbredelse - fænomenet ultralang udbredelse af lyde under vand.
Udbredelsen af højfrekvente lyde, når bølgelængderne er meget små, er påvirket af små inhomogeniteter, der normalt findes i naturlige reservoirer: gasbobler, mikroorganismer osv.
Disse inhomogeniteter virker på to måder: de absorberer og spreder energien fra lydbølger. Som et resultat, med en stigning i frekvensen af lydvibrationer, reduceres rækkevidden af deres udbredelse. Denne effekt er især mærkbar i overfladelaget af vand, hvor der er flest inhomogeniteter.
Spredning af lyd ved inhomogeniteter såvel som ved uregelmæssigheder i vandets og bundens overflade forårsager fænomenet undervandsefterklang , som ledsager afsendelsen af en lydimpuls: lydbølger, der reflekteres fra en kombination af inhomogeniteter og sammensmeltning, giver en stramning af lydimpulsen, som fortsætter efter dens afslutning.
Grænserne for udbredelsen af undervandslyde er også begrænset af havets egen støj, som har en dobbelt oprindelse: