Гидроакустика | это... Что такое Гидроакустика? (original) (raw)
Гидроаку́стика — раздел акустики, изучающий излучение, прием и распространение звуковых волн в реальной водной среде (в океанах, морях, озёрах и т. д.) для целей подводной локации, связи и т. п.
Главная особенность подводных звуков — их малое затухание, вследствие чего под водой звуки могут распространяться на значительно бо́льшие расстояния, чем, например, в воздухе.
Кроме затухания, обусловленного свойствами самой воды, на дальность распространения звуков под водой влияют рефракция звука, его рассеяние и поглощение различными неоднородностями среды.
Содержание
- 1 Рефракция звука (искривление пути звукового луча)
- 2 Рассеивание и поглощение звука неоднородностями среды
- 3 Применение гидроакустики
- 4 Гидроакустические средства
- 5 См. также
- 6 Ссылки
Рефракция звука (искривление пути звукового луча)
Скорость распространения звука изменяется с глубиной, причём изменения зависят от времени года и дня, глубины водоёма и ряда других причин.
Звуковые лучи, выходящие из источника под некоторым углом к горизонту, изгибаются, причём направление изгиба зависит от распределения скоростей звука в среде:
- летом, когда верхние слои теплее нижних, лучи изгибаются книзу и в большинстве отражаются от дна, теряя при этом значительную долю своей энергии;
- зимой, когда нижние слои воды сохраняют свою температуру, между тем как верхние слои охлаждаются, лучи изгибаются кверху и многократно отражаются от поверхности воды, при этом теряется значительно меньше энергии. Поэтому зимой дальность распространения звука больше, чем летом.
Вертикальное распределение скорости звука (ВРСЗ) и градиент скорости оказывают определяющее влияние на распространение звука в морской среде. Распределение скорости звука в различных районах Мирового океана различно и меняется во времени. Различают несколько типичных случаев ВРСЗ:
- изотермия
- положительная рефракция
- отрицательная рефракция
- неоднородное распределение
Вследствие рефракции могут образоваться мёртвые зоны — области, расположенные недалеко от источника, в которых слышимость отсутствует.
Наличие рефракции может приводить и к увеличению дальности распространения звука — явлению сверхдальнего распространения звуков под водой.
Рассеивание и поглощение звука неоднородностями среды
На распространение звуков высокой частоты, когда длины волн очень малы, оказывают влияние мелкие неоднородности, обычно имеющиеся в естественных водоёмах: пузырьки газов, микроорганизмы и т. д.
Эти неоднородности действуют двояким образом: они поглощают и рассеивают энергию звуковых волн. В результате с повышением частоты звуковых колебаний дальность их распространения сокращается. Особенно сильно этот эффект заметен в поверхностном слое воды, где больше всего неоднородностей.
Рассеяние звука неоднородностями, а также неровностями поверхности воды и дна вызывает явление подводной реверберации, сопровождающей посылку звукового импульса: звуковые волны, отражаясь от совокупности неоднородностей и сливаясь, дают затягивание звукового импульса, продолжающееся после его окончания.
Пределы дальности распространения подводных звуков так же ограничиваются собственными шумами моря, имеющими двоякое происхождение:
- часть шумов возникает от ударов волн на поверхности воды, от морского прибоя, от шума перекатываемой гальки и т. п.;
- другая часть связана с морской фауной (звуки, производимые гидробионтами: рыбами и др. морскими животными). Этим очень серьёзным аспектом занимается биогидроакустика.
Применение гидроакустики
Гидроакустика получила широкое практическое применение, ибо никакие виды электромагнитных волн не распространяются в воде (вследствие её электропроводности) на сколько-нибудь значительном расстоянии, и звук поэтому является единственным возможным средством связи под водой.
Для этих целей пользуются звуковыми частотами от 300 до 10000 гц и ультразвуками от 10000 гц и выше. В качестве излучателей и приёмников в звуковой области используются электродинамические и пьезоэлектрические излучатели и гидрофоны, а в ультразвуковой — пьезоэлектрические и магнитострикционные. Кроме звукоподводной связи гидроакустика применяется для:
- Обнаружения шумовых сигналов и определения направления на них;
- Излучения акустических сигналов, обнаружения отраженных сигналов и определения координат;
- Классификации обнаруженных сигналов
Наиболее существенные применения гидроакустики:
- Для решения военных задач;
- Морская навигация;
- Звукоподводная связь;
- Рыбопоисковая разведка;
- Океанологические исследования;
- Сферы деятельности по освоению богатств дна Мирового океана;
- Использование акустики в бассейне (дома или в тренировочном центре по синхронному плаванию)
- Тренировка морских животных.
Гидроакустические средства
Применение гидроакустики реализуется с помощью гидроакустических средств. Гидроакустическое устройство представляет из себя техническое устройство или совокупность устройств, принцип действия которых основан на использовании акустических волн в водной среде. К гидроакустическим средствам можно отнести:
- Гироакустические комплексы;
- эхолоты — является разновидностью гидролокатора более узкого назначения];
- гидролокаторы;
- Шумопеленгаторы (пассивное средство подводного наблюдения) — определяет направление источника шума.
См. также
Ссылки
- Статья «Гидроакустика» в БСЭ, 3-е изд.