Hydroakustika - část akustiky , která studuje emisi, příjem a šíření zvukových vln ve skutečném vodním prostředí (v oceánech , mořích, jezerech atd.) pro účely podvodní lokalizace, komunikace atd.
Hlavním znakem podvodních zvuků je jejich nízký útlum, v důsledku čehož se zvuky mohou pod vodou šířit na mnohem větší vzdálenosti než například ve vzduchu.
Kromě útlumu díky vlastnostem vody samotné je vzdálenost šíření zvuku pod vodou ovlivněna lomem zvuku , jeho rozptylem a pohlcováním různými nehomogenitami prostředí v důsledku rozdílu teplot, slanosti nebo hustoty vody [1 ] .
Hydroakustika získala široké praktické uplatnění pro řešení problémů podvodní lokalizace a komunikace . Vzhledem k tomu, že účinnost systémů přenosu elektromagnetických vln pod vodou na vzdálenosti větší než desítky metrů je zanedbatelná [1] , je hydroakustika nejběžnějším prostředkem podvodní komunikace.
Pro tyto účely se používají zvukové frekvence od 300 do 10 000 Hz a ultrazvuky od 20 000 Hz a výše. V oblasti zvuku se jako emitory a přijímače používají elektrodynamické a piezoelektrické zářiče a hydrofony, v oblasti ultrazvuku piezoelektrické a magnetostrikční. Kromě podvodní komunikace se hydroakustika používá pro:
Nejvýznamnější aplikace hydroakustiky jsou:
Využití hydroakustiky je realizováno pomocí hydroakustických prostředků. Hydroakustické zařízení je technické zařízení nebo soubor zařízení, jehož princip je založen na využití akustického vlnění ve vodním prostředí. Mezi hydroakustické prostředky patří:
Použití nástrojů plošného průzkumu v mělkém moři má několik rysů [2] :
V současné době existuje několik přístupů ke zpracování a prezentaci dat z plošných průzkumů.
Tradiční přístup, který se dnes nejčastěji používá, zdědil ideologii přijatou z dob jednopaprskové batymetrie. Tento přístup zahrnuje úpravu každé jednotlivé hloubky pomocí možností výpočetní techniky. Přitom ve fázi finálního zpracování většinu času zabere interaktivní (ruční) editace získaných hloubek. V důsledku toho jsou pro prezentaci na hlásném tabletu vybrány pouze nejmenší hloubky vodní plochy, charakterizující čistě „hydrografický“ přístup k průzkumu reliéfu, zaměřený především na zajištění bezpečnosti plavby. Tímto přístupem se ztrácí významná část užitečných informací o mikroreliéfu, navíc je poměrně obtížné získat a posteriori odhad přesnosti dokončeného průzkumu. [2]
V posledních letech byl navržen alternativní přístup ke zpracování dat z plošných průzkumů, jejichž výsledky lze využít jak pro plavební bezpečnost, tak pro výzkumné účely. Místo znázornění jednotlivých hloubek se navrhuje vytvořit tzv. „navigační plochu“ (Navigation Surface). Tato metodika dostala název CUBE (Combined Uncertainty and Bathymetiic Estimator) [37, 38, 39, 60]. Technika CUBE je jednou z odrůd vytváření pravidelné sítě, kdy v důsledku zpracování poskytuje kromě odhadů hloubky také odhad chyby hloubky na každém uzlu mřížky. Techniku CUBE lze také použít k filtrování hrubě chybných měření, které nebylo možné odstranit v předchozích fázích zpracování. [2]
Rychlost šíření zvuku se mění s hloubkou a změny závisí na roční a denní době, hloubce nádrže a řadě dalších důvodů.
Zvukové vlny vycházející ze zdroje pod určitým úhlem k horizontu jsou ohnuty a směr ohybu závisí na rozložení rychlostí zvuku v médiu:
Vertikální rozložení rychlosti zvuku (VSDS) a gradient rychlosti mají rozhodující vliv na šíření zvuku v mořském prostředí . Rozložení rychlosti zvuku v různých oblastech světového oceánu je různé a mění se v čase.
Existuje několik typických případů VRSZ:
V důsledku lomu se mohou tvořit mrtvé zóny - oblasti umístěné blízko zdroje, ve kterých není slyšitelnost.
Přítomnost lomu může také vést ke zvětšení rozsahu šíření zvuku – fenoménu ultra dlouhého šíření zvuků pod vodou.
Šíření vysokofrekvenčních zvuků, kdy jsou vlnové délky velmi malé, je ovlivněno malými nehomogenitami, které se obvykle vyskytují v přírodních rezervoárech: bublinky plynu, mikroorganismy atd.
Tyto nehomogenity působí dvěma způsoby: pohlcují a rozptylují energii zvukových vln. V důsledku toho se se zvýšením frekvence zvukových vibrací snižuje rozsah jejich šíření. Tento efekt je patrný zejména v povrchové vrstvě vody, kde je nejvíce nehomogenit.
Rozptyl zvuku nehomogenitami a také nepravidelnostmi na hladině a dně způsobuje jev podvodního dozvuku , který doprovází vysílání zvukového pulsu: zvukové vlny, odrážející se od kombinace nehomogenit a slučování, dávají zpřísnění zvukového pulzu, které pokračuje i po jeho skončení.
Hranice rozsahu šíření podvodních zvuků jsou také omezeny vlastním hlukem moře, který má dvojí původ: