Гідроакустика — розділ акустики, що вивчає випромінювання, приймання та поширення звукових хвиль у справжньому водному середовищі (в океанах, морях, озерах тощо) для призначень підводної локації, зв'язку та іншого.
Головна особливість підводних звуків — їх незначне 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) Редагувати
Швидкість з якою шириться звук, змінюється з глибиною водойми, до того-ж відмінності залежать від пори року і часу дня, та низки інших причин.
Звукові промені, що виходять із джерела під деяким кутом до обрію, загинаються, водночас напрямок вигину залежить від розподілу швидкостей звуку в середовищі:
- Влітку, коли верхні шари тепліше нижніх, промені згинаються донизу і здебільшого відбиваються від дна, втрачаючи у цьому разі значну частку своєї енергії;
- Взимку, коли нижні шари води утримують сталу температуру, між тим як верхні шари охолоджуються, промені загинаються догори і багаторазово відбиваються від поверхні води, отже втрачається значно менше енергії. Через це, взимку дальність поширення звуку більше, ніж влітку.
Вертикальний розподіл швидкості звуку (ВРШЗ) і градієнт швидкості (ГШ), справляють визначальний вплив на поширення звуку в морському середовищі. Швидкості звуку в різних місцях Світового океану відмінні і змінюються в часі. Розрізняють декілька типових випадків ВРШЗ:
- ізотермія
- позитивна рефракція
- негативна рефракція
- неоднорідний розподіл
Внаслідок рефракції можуть утворитися мертві зони — ділянки, розташовані неподалік від джерела, в яких чутність взагалі відсутня.
Наявність рефракції може призводити і до збільшення відстані розходження звуку — явища наддалекого поширення звуків під водою.
Розсіювання і поглинання звуку неоднорідностями середовища Редагувати
На поширення звуків високої частоти, коли довжини хвиль дуже малі, впливають дрібні неоднорідності, зазвичай наявні в природних водоймах: бульбашки газів, мікроорганізми тощо.
Ці неоднорідності діють подвійним чином: вони поглинають і розсіюють енергію звукових хвиль. У підсумку, з підвищенням частоти звукових коливань, дальність їх розповсюдження скорочується. Найдужче ця властивість помітна у поверхневому шарі води, де найбільше неоднорідностей.
Розсіяння звуку неоднорідностями, а також нерівностями поверхні води і дна викликає явище підводної реверберації, що супроводжує посилання звукового імпульсу: звукові хвилі, відбиваючись від сукупності неоднорідностей і зливаючись, дають затягування звукового імпульсу, що триває після його закінчення.
Межі дальності поширення підводних звуків також залежать від власних шумів моря, які мають подвійне походження:
- Частина шумів виникає від ударів хвиль на поверхні води, від морського прибою, від шуму гальки що перекочується та інше;
- Друга частина пов'язана з морською фауною (звуки, вироблювані гідробіонтами: рибами та іншими морськими тваринами). Цей дуже серйозний чинник досліджує Біогідроакустика.
Застосування гідроакустики Редагувати
Гідроакустика отримала широке практичне застосування, бо жодні види електромагнітних хвиль не поширюються у воді (внаслідок її електропровідності) на скільки-небудь значні відстані, тож через це звук є єдиним можливим засобом зв'язку під водою.
Для такої мети, користуються звуковими частотами від 300 до 10000 гц і ультразвуками від 10000 гц та вище. Як випромінювачі і приймачі у звуковій області застосовуються електродинамічні і п'єзоелектричні випромінювачі і гідрофони, а в ультразвуковій — п'єзоелектричні і магнітострикційні. Крім звукопідводного зв'язку, гідроакустика використовується для:
- Виявлення шумових сигналів і визначення напрямку на них;
- Випромінювання акустичних сигналів, виявлення відбитих сигналів і визначення координат;
- Класифікації виявлених сигналів
Найбільш суттєві застосування гідроакустики:
- Вирішення військових завдань (виявлення надводних суден, підводних човнів, безпілотних підводних апаратів, торпед, водолазів, мін тощо);
- Морська навігація;
- Звукопідводний зв'язок;
- Рибопошукова розвідка;
- Океанологічні дослідження;
- Сфери діяльності з освоєння багатств дна Світового океану;
- Використання акустики в басейні (вдома або в тренувальному центрі із синхронного плавання);
- Навчання морських тварин.
Гідроакустичні засоби Редагувати
Застосування гідроакустики здійснюється за допомогою гідроакустичних засобів. Гідроакустичний пристрій являє собою технічний пристрій або сукупність пристроїв, спосіб дії яких засновано на використанні акустичних хвиль у водному середовищі. До гідроакустичних засобів можна віднести:
- Гідроакустичні комплекси;
- Ехолоти — є різновидом гідролокатора більш вузького призначення;
- Гідролокатори;
- Шумопеленгатори (пасивний засіб підводного спостереження) — визначає напрямок джерела шуму.
Див. також Редагувати
Джерела Редагувати
- В. Г. Дождіков Енциклопедичний словник з радіоелектроніки, оптоелектроніці і гідроакустики(рос.)
- ↑ Слюсар В. И. Электроника в борьбе с терроризмом: защита гаваней. Часть 1. //Электроника: наука, технология, бизнес. — 2009. — № 5. — C. 68 — 73. [[https://web.archive.org/web/20190717084018/http://slyusar.kiev.ua/slusar_harbor.pdf Архівовано 17 липня 2019 у Wayback Machine.]]
Посилання Редагувати
- Грінченко В. Т. Гідроаку́стика // Енциклопедія сучасної України / ред. кол.: І. М. Дзюба [та ін.] ; НАН України, НТШ. — К. : Інститут енциклопедичних досліджень НАН України, 2001–2022. — ISBN 966-02-2074-X.