v hlubokém oceánu ve středních zeměpisných šířkách dochází k nejpomalejší rychlosti zvuku v hloubce asi 800 až 1000 metrů. Tomu se říká minimální rychlost zvuku. Minimální rychlost zvuku vytváří zvukový kanál, ve kterém mohou zvukové vlny cestovat na velké vzdálenosti. Zvuk je zaměřen ve zvukovém kanálu, protože zvukové vlny jsou neustále ohýbány nebo lomeny směrem k oblasti nižší rychlosti zvuku. Zvuk, který cestuje nahoru ze zdroje při minimální rychlosti zvuku, je ohnut zpět k minimu. Podobně, zvuk, který putuje dolů ze zdroje, je ohnutý zpět směrem k minimu.
následující obrázek má dvě části. Vlevo je graf rychlosti zvuku jako funkce hloubky. Minimální rychlost zvuku v hloubce 1000 metrů se nazývá hluboký zvukový kanál nebo historicky kanál SOFAR. SOFAR je zkratka pro zvukovou fixaci a rozsah. Vpravo jsou cesty následované zvukovými vlnami, které cestují od zdroje. Tyto vlny jsou neustále lámány směrem k minimu rychlosti zvuku.
graf zobrazující rychlost zvuku a dráhu jízdy vodním sloupcem. Na levé straně je plot off rychlost zvuku v závislosti na hloubce. Vpravo jsou cesty následované zvukovými vlnami, které se pohybují od zdroje zvuku umístěného v hloubce 1000 m, na ose zvukového kanálu. Zobrazují se pouze paprsky, které nezasáhnou povrch oceánu nebo mořské dno. Upraveno z obrázku 2.3 v Munk et al., 1995.
vertikální vzdálenosti na tomto obrázku jsou ve srovnání s horizontálními vzdálenostmi značně přehnané. To způsobí, že úhly od vodorovné polohy, ve které zvukové vlny cestují, vypadají mnohem strměji, než ve skutečnosti jsou. Nejstrmější cesty zobrazené na tomto obrázku jsou pouze asi 12° od vodorovné polohy a ve skutečnosti jsou téměř vodorovné.
ve zvukovém kanálu zůstávají pouze určité zvukové vlny, aniž by zasáhly povrch oceánu nebo mořské dno. Zvukové vlny pohybující se vzhůru od zdroje pod úhlem menším než asi 12° jsou lomeny zpět směrem k minimu rychlosti zvuku, než se vůbec dostanou na povrch. Podobně zvukové vlny, které se pohybují směrem dolů od zdroje pod úhlem menším než asi 12° , budou lomeny zpět směrem k minimu, než kdy dosáhnou mořského dna. Zvukové vlny, které začínají vzhůru od zdroje ve strmějších úhlech, jsou stále lámány, ale ne dostatečně ostře, aby se zabránilo nárazu na povrch oceánu. Podobně zvukové vlny, které začínají směrem dolů od zdroje ve strmějších úhlech, nebudou lomeny dostatečně ostře, aby nedošlo k nárazu na mořské dno.
zvuk ztrácí energii, kdykoli narazí na povrch oceánu nebo na mořské dno. Kdykoli se zvuk odráží od drsného povrchu oceánu nebo mořského dna, nějaká zvuková energie je rozptýlena a ztracena. Zvuková vlna, která mnohokrát zasáhne povrch oceánu nebo mořské dno, bude příliš slabá na to, aby byla detekována.
zvuk, který nezasáhne povrch oceánu nebo mořské dno, stále ztratí energii k absorpci. Nízkofrekvenční zvuky však ztrácejí na absorpci jen velmi málo energie. Výsledkem je, že nízkofrekvenční zvuky, které neinteragují s povrchem oceánu nebo mořským dnem, mohou být detekovány po cestování na velké vzdálenosti oceánem.
množství absorpce se zvyšuje se zvyšující se frekvencí zvuku a zvuky vyšší frekvence jsou proto detekovatelné pouze na kratší vzdálenosti. Vzdálenosti, ve kterých lze detekovat zvuky, závisí na frekvenci, jak hlasitý je zdroj a jak hlasitý je hluk pozadí (okolní).
zvukové vlny cestující ve zvukovém kanálu sledují mnoho různých cest. Když jsou zdroj zvuku a přijímač umístěny v hloubce minimální rychlosti zvuku, nazývané osa SOFARU nebo zvukového kanálu, zvukové vlny cestují téměř rovně dolů po ose a cyklují nad a pod osou, téměř dosahují povrchu i DNA.
osa zvukového kanálu. Vlevo profil rychlosti zvuku od středních zeměpisných šířek. Vpravo jsou zobrazeny pouze cesty, které zvuk putuje ze zdroje v hloubce 1000m do přijímače v hloubce 1000m, která je 210km od zdroje. Porovnejte tento obrázek s obrázkem směrem k horní části stránky, kde jsou zobrazeny všechny cesty, které zvuk prochází ze zdroje zvuku. Převzato z obrázku 1.1 Munk et al., 1995.
ačkoli zvuk cestuje od zdroje zvuku ve všech směrech, pouze zvuk putující od zdroje na cestách, které opouštějí zdroj v určitých úhlech, dosáhne přijímače na určitém místě. Zvukové vlny cestující na těchto různých cestách mají mírně odlišné doby cestování. Jediný výbušný zdroj bude proto slyšet jako řada samostatných příjezdů, což povede k charakteristickému podpisu budovy přenosu SOFAR až do jeho vyvrcholení:
bump bump bump bump
konečný puls zvuku je obvykle nejhlasitější a pochází ze zvukové vlny, která se pohybuje téměř po ose zvukového kanálu. Ačkoli tato zvuková vlna urazí nejkratší vzdálenost, cestuje v oblasti poblíž minima rychlosti zvuku, kde je rychlost zvuku nejnižší.
cesty, které zvuk povede pro zdroj poblíž povrchu oceánu, jsou zcela odlišné. Pokud hluboký zvukový kanál sahá až k povrchu, paprsky, které se odchylují od zdroje téměř vodorovně, nezasáhnou povrch oceánu ani mořské dno. Zvuky, které cestují po těchto cestách, mohou být detekovány na dlouhé vzdálenosti, stejně jako je tomu u zvuků cestujících z hlubokého zdroje, které neinteragují s hladinou oceánu nebo mořským dnem. Zvukové cesty ze zdroje v blízkosti povrchu se spojují nebo sbíhají a vytvářejí oblasti vyššího akustického tlaku přibližně ve stejné hloubce jako zdroj každých 50-60 km od něj. Tyto oblasti s vyšším akustickým tlakem se nazývají konvergenční zóny. Mezi konvergenčními zónami existují oblasti s nižším akustickým tlakem nazývané stínové zóny.
vlevo je graf rychlosti zvuku jako funkce hloubky. Vpravo jsou cesty následované zvukovými vlnami, které cestují od zdroje zvuku umístěného v hloubce 50 m. Zobrazují se pouze paprsky, které nezasáhnou povrch oceánu nebo mořské dno. Paprsky se vracejí k povrchu v dosahu asi 55 km a vytvářejí konvergenční zónu. Paprsky nedosahují oblasti blízko povrchu mezi zdrojem a konvergenční zónou a vytvářejí stínovou zónu.
další odkazy na DOSITS
- historie kanálu SOFAR
- minimální rychlost zvuku
- variabilita zvukového kanálu