i det dybe hav ved mellembreddegrader forekommer den langsomste lydhastighed i en dybde på omkring 800 til 1000 meter. Dette kaldes lydhastighedsminimum. Lydhastighedsminimum skaber en lydkanal, hvor lydbølger kan rejse lange afstande. Lyd er fokuseret i lydkanalen, fordi lydbølgerne konstant bøjes eller brydes mod regionen med lavere lydhastighed. Lyd, der bevæger sig opad fra en kilde ved lydhastighedsminimum, bøjes tilbage mod minimum. På samme måde bøjes lyd, der bevæger sig ned fra kilden, tilbage op mod minimum.
følgende figur har to dele. Til venstre er et plot af lydhastighed som en funktion af dybde. Lydhastighedsminimum i en dybde på 1000 meter kaldes deep sound channel eller, mere historisk, SOFAR channel. SOFAR står for lyd fastsættelse og spænder. Til højre er stierne efterfulgt af lydbølger, når de rejser væk fra kilden. Disse bølger brydes konstant mod lydhastighedsminimum.
graf, der viser lyd hastighed og sti rejse gennem vandsøjlen. Til venstre er et plot off lydhastighed som en funktion af dybde. Til højre er stierne efterfulgt af lydbølger, når de bevæger sig væk fra en lydkilde placeret i en dybde på 1000 m på lydkanalaksen. Kun stråler, der ikke rammer havoverfladen eller havbunden, vises. Tilpasset fra Figur 2.3 i Munk et al., 1995.
lodrette afstande i dette tal er stærkt overdrevne sammenlignet med vandrette afstande. Dette får vinklerne fra vandret, hvor lydbølger rejser, til at se meget stejlere ud, end de virkelig er. De stejleste stier vist i denne figur er kun omkring 12 liter fra vandret og er i virkeligheden næsten vandret.
kun visse lydbølger forbliver i lydkanalen uden at ramme havoverfladen eller havbunden. Lydbølger, der bevæger sig opad fra kilden i vinkler på mindre end omkring 12 liter, brydes tilbage mod lydhastighedsminimum, før de nogensinde når overfladen. Tilsvarende vil lydbølger, der bevæger sig nedad fra kilden i vinkler på mindre end omkring 12 liter, brydes tilbage mod minimumet, før de nogensinde når havbunden. Lydbølger, der starter opad fra kilden i stejlere vinkler, brydes stadig, men ikke skarpt nok til at undgå at ramme havoverfladen. Tilsvarende vil lydbølger, der starter nedad fra kilden i stejlere vinkler, ikke brydes skarpt nok til at undgå at ramme havbunden.
lyd mister energi, når den rammer havoverfladen eller havbunden. Når lyden reflekteres fra den ru havoverflade eller havbunden, er noget lydenergi spredt og tabt. En lydbølge, der rammer havoverfladen eller havbunden mange gange, vil være for svag til at blive opdaget.
lyd, der ikke rammer havoverfladen eller havbunden, vil stadig miste energi til absorption. Lavfrekvente lyde mister dog meget lidt energi til absorption. Resultatet er, at lavfrekvente lyde, der ikke interagerer med havoverfladen eller havbunden, kan detekteres efter at have rejst lange afstande gennem havet.
absorptionsmængden øges, når lydens frekvens øges, og højere frekvenslyde kan derfor kun påvises ved kortere afstande. De afstande, hvor lyde kan detekteres, afhænger af frekvensen, hvor høj kilden er, og hvor høj baggrundsstøj (omgivende) støj er.
lydbølger, der rejser i lydkanalen, følger mange forskellige stier. Når lydkilden og modtageren er placeret i dybden af lydhastighedsminimum, kaldet SOFAR-eller lydkanalaksen, bevæger lydbølgerne sig næsten lige ned ad aksen og cykler over og under aksen og når næsten både overfladen og bunden.
lyd kanal akse. Til venstre, lydhastighedsprofil fra mellembreddegrader. Til højre vises kun stierne lyden bevæger sig fra en kilde på 1000m dybde til en modtager på 1000m dybde, der er 210 km væk fra kilden. Kontrast dette billede med billedet mod toppen af siden, hvor alle stier en lyd bevæger sig fra en lydkilde vises. Tilpasset fra Figur 1.1 af Munk et al., 1995.
selvom lyd bevæger sig væk fra en lydkilde i alle retninger, er det kun lyd, der bevæger sig væk fra en kilde på stier, der forlader kilden i bestemte vinkler, der når en modtager på et bestemt sted. Lydbølgerne, der rejser på disse forskellige stier, har lidt forskellige rejsetider. En enkelt eksplosiv kilde vil derfor blive hørt som et antal separate ankomster, hvilket fører til den karakteristiske underskrift af en SOFAR transmission bygning op til sit klimaks:
bump bump bump bump
den endelige puls af lyd er typisk den højeste og kommer fra lydbølgen, der bevæger sig næsten på lydkanalaksen. Selvom denne lydbølge bevæger sig den korteste afstand, bevæger den sig i regionen nær lydhastighedsminimum, hvor lydhastigheden er lavest.
de stier, som lyden vil tage for en kilde nær havoverfladen, er helt forskellige. Hvis den dybe lydkanal strækker sig op til overfladen, stråler, der afgår fra kilden næsten vandret, rammer ikke havoverfladen eller havbunden. Lyde, der rejser på disse stier, kan detekteres på lange afstande, ligesom det er tilfældet for lyde, der rejser væk fra en dyb kilde, der ikke interagerer med havoverfladen eller havbunden. Lydstier fra en kilde nær overfladen mødes eller konvergerer og skaber regioner med højere lydtryk på omtrent samme dybde som kilden hver 50-60 km væk fra den. Disse regioner med højere lydtryk kaldes konvergensområder. Mellem konvergensområderne er der regioner med lavere lydtryk kaldet skyggeområder.
til venstre er et plot af lydhastighed som en funktion af dybde. Til højre er stierne efterfulgt af lydbølger, når de bevæger sig væk fra en lydkilde placeret i en dybde på 50 m. Kun stråler, der ikke rammer havoverfladen eller havbunden, vises. Strålerne kommer sammen igen nær overfladen i en rækkevidde på omkring 55 km og danner et konvergensområde. Strålerne når ikke regionen nær overfladen mellem kilden og konvergensområdet og danner en skyggesone.
yderligere Links på DOSTS
- historie af SOFAR-kanalen
- lydhastighed Minimum
- Lydkanalvariabilitet