Гідроакустика

Гідроакустика - розділ акустики, що вивчає випромінювання, прийом і поширення звукових хвиль в реальному водному середовищі (в океанах, морях, озерах і т. д.) для цілей підводної локації, зв'язку і т. п.

Головна особливість підводних звуків - їх мале загасання, внаслідок чого під водою звуки можуть поширюватися на значно більші відстані, ніж, наприклад, у повітрі.

Крім загасання, обумовленого властивостями самої води, на дальність поширення звуків під водою впливають рефракція звуку, його розсіяння і поглинання різними неоднорідностями середовища.

Рефракція звуку (викривлення шляху звукового променя)

Швидкість поширення звуку змінюється з глибиною, причому зміни залежать від пори року і дня, глибини водойми і ряду інших причин.

Звукові промені, що виходять з джерела під деяким кутом до горизонту, згинаються, причому напрямок вигину залежить від розподілу швидкостей звуку в середовищі:

• влітку, коли верхні шари тепліше нижніх, промені згинаються донизу і в більшості відбиваються від дна, втрачаючи при цьому значну частку своєї енергії;
• взимку, коли нижні шари води зберігають свою температуру, між тим як верхні шари охолоджуються, промені згинаються догори і багаторазово відбиваються від поверхні води, при цьому втрачається значно менше енергії. Тому взимку дальність поширення звуку більше, ніж влітку.

Вертикальний розподіл швидкості звуку (рос. ВРСЗ) і градієнт швидкості роблять визначальний вплив на поширення звуку в морському середовищі. Швидкості звуку в різних районах Світового океану різні і змінюються в часі. Розрізняють декілька типових випадків ВРСЗ:

• ізотермія
• позитивна рефракція
• негативна рефракція
• неоднорідний розподіл

Внаслідок рефракції можуть утворитися мертві зони - області, розташовані недалеко від джерела, в яких чутність відсутня.

Наявність рефракції може призводити і до збільшення дальності розповсюдження звуку - явищу наддалекого розповсюдження звуків під водою.

Розсіювання і поглинання звуку неоднородностями середовища

На поширення звуків високої частоти, коли довжини хвиль дуже малі, впливають дрібні неоднорідності, зазвичай наявні в природних водоймах: бульбашки газів, мікроорганізми і т. д.

Ці неоднорідності діють двояким чином: вони поглинають і розсіюють енергію звукових хвиль. У результаті з підвищенням частоти звукових коливань дальність їх розповсюдження скорочується. Особливо сильно цей ефект помітний у поверхневому шарі води, де найбільше неоднорідностей.

Розсіяння звуку неоднорідностями, а також нерівностями поверхні води і дна викликає явище підводної реверберації, що супроводжує посилку звукового імпульсу: звукові хвилі, відбиваючись від сукупності неоднорідностей і зливаючись, дають затягування звукового імпульсу, що триває після його закінчення.

Межі дальності поширення підводних звуків так само обмежуються власними шумами моря, мають двояке походження:

• частина шумів виникає від ударів хвиль на поверхні води, від морського прибою, від шуму перекочуються гальки і т. п.;
• інша частина пов'язана з морською фауною (звуки, вироблювані гідробіонтами: рибами та ін морськими тваринами). Цим дуже серйозним аспектом займається Біогідроакустика.