syvässä meressä leveysasteiden keskivaiheilla hitain äänen nopeus tapahtuu noin 800-1000 metrin syvyydessä. Tätä kutsutaan äänen nopeuden minimiksi. Äänennopeuden minimi luo äänikanavan, jossa ääniaallot voivat kulkea pitkiä matkoja. Ääni keskittyy äänikanavaan, koska ääniaallot taipuvat eli taittuvat jatkuvasti kohti pienemmän äänennopeuden aluetta. Ääni, joka kulkee lähteestä ylöspäin äänennopeuden minimissä, taipuu takaisin kohti minimiä. Vastaavasti lähteestä alaspäin kulkeva ääni taipuu takaisin ylös kohti minimiä.
seuraavassa kuviossa on kaksi osaa. Vasemmalla on äänennopeuden kuvaaja syvyyden funktiona. Äänennopeuden minimiä 1000 metrin syvyydessä kutsutaan deep sound-kanavaksi tai historiallisemmin SOFAR-kanavaksi. SOFAR tulee sanoista SOund Fixing And Ranging. Oikealla ovat polut, joita ääniaallot kulkevat poispäin lähteestä. Nämä aallot taittuvat jatkuvasti kohti äänennopeuden minimiä.
kaavio, joka näyttää äänen nopeuden ja kulkureitin vesipatsaan läpi. Vasemmalla on tontin pois äänen nopeus funktiona syvyys. Oikealla ovat polut, joita ääniaallot kulkevat poispäin äänilähteestä, joka sijaitsee 1000 metrin syvyydessä äänikanava-akselilla. Kuvassa näkyy vain sellaisia säteitä, jotka eivät osu meren pintaan tai merenpohjaan. Mukautettu kuviosta 2.3 teoksessa Munk et al., 1995.
pystysuuntaiset etäisyydet tässä luvussa ovat suuresti liioiteltuja verrattuna vaakasuoriin etäisyyksiin. Tämä saa ne kulmat vaakatasossa, joissa ääniaallot kulkevat, näyttämään paljon jyrkemmiltä kuin ne todellisuudessa ovat. Tässä kuvassa näkyvät jyrkimmät polut ovat vain noin 12° vaakatasosta ja ovat todellisuudessa lähes vaakasuorassa.
vain tietyt ääniaallot pysyvät äänikanavassa osumatta meren pintaan tai merenpohjaan. Ääniaallot, jotka kulkevat lähteestä ylöspäin alle 12 asteen kulmissa, taittuvat takaisin kohti äänen nopeuden minimiä ennen kuin ne koskaan saavuttavat pinnan. Samoin ääniaallot, jotka kulkevat lähteestä alaspäin alle 12 asteen kulmissa, taittuvat takaisin kohti minimiä ennen kuin ne koskaan päätyvät merenpohjaan. Ääniaallot, jotka lähtevät lähteestä ylöspäin jyrkemmissä kulmissa, taittuvat edelleen, mutta eivät tarpeeksi jyrkästi välttääkseen osumasta meren pintaan. Vastaavasti ääniaallot, jotka lähtevät lähteestä jyrkemmistä kulmista alaspäin, eivät taittu tarpeeksi jyrkästi välttääkseen osumasta merenpohjaan.
ääni menettää energiaa osuessaan meren pintaan tai merenpohjaan. Aina kun ääni heijastuu karkeasta merenpinnasta tai merenpohjasta, osa äänienergiasta hajaantuu ja katoaa. Meren pintaan tai merenpohjaan monta kertaa osuva ääniaalto on liian heikko havaittavaksi.
ääni, joka ei osu meren pintaan tai merenpohjaan, menettää silti energiaa imeytymiseen. Matalataajuiset äänet menettävät kuitenkin hyvin vähän energiaa imeytymiseen. Tuloksena on, että matalataajuiset äänet, jotka eivät ole vuorovaikutuksessa meren pinnan tai merenpohjan kanssa, voidaan havaita, kun on kuljettu pitkiä matkoja meren läpi.
absorption määrä kasvaa äänen taajuuden kasvaessa, ja korkeamman taajuuden äänet ovat siis havaittavissa vain lyhyemmillä etäisyyksillä. Etäisyydet, joilla äänet voidaan havaita, riippuvat taajuudesta, lähteen voimakkuudesta ja taustakohinan voimakkuudesta.
äänikanavassa kulkevat ääniaallot seuraavat monia eri polkuja. Kun äänilähde ja-vastaanotin sijaitsevat äänennopeuden minimin, sofarin eli äänikanava-akselin, syvyydessä, ääniaallot kulkevat lähes suoraan akselia pitkin ja kiertävät akselin ylä-ja alapuolella saavuttaen lähes sekä pinnan että pohjan.
Äänikanavaakseli. Vasemmalla äänennopeusprofiili keskileveysasteilta. Oikealla näkyvät vain polut ääni kulkee lähteestä 1000m syvyys vastaanottimeen 1000m syvyys, joka on 210 km päässä lähteestä. Vertaa tätä kuvaa sivun yläreunaan, jossa näytetään kaikki polut, joita ääni kulkee äänilähteestä. Mukautettu Munck et al. – asiakirjan kuvasta 1.1., 1995.
vaikka ääni kulkee äänilähteestä joka suuntaan, vain ääni, joka kulkee lähteestä pois tietyillä kulmilla lähteviä polkuja pitkin, tavoittaa tietyssä paikassa olevan vastaanottimen. Näillä eri poluilla kulkevilla ääniaalloilla on hieman erilaiset matka-ajat. Yksittäinen räjähdelähde kuuluu siis useana erillisenä saapujana, mikä johtaa siihen, että SOFAR-voimansiirtorakennuksen tunnusmerkistö huipentuu:
bump bump Bump
äänen loppupulssi on tyypillisesti äänekkäin ja tulee lähes äänikanava-akselilla kulkevasta ääniaallosta. Vaikka tämä ääniaalto kulkee lyhimmän matkan, se kulkee alueella, joka on lähellä äänennopeuden minimiä, jossa äänennopeus on alhaisin.
polut, joita ääni vie meren pinnan lähellä olevaan lähteeseen, ovat aivan erilaiset. Jos syvä äänikanava ulottuu pintaan asti, lähteestä lähes vaakasuoraan lähtevät säteet eivät osu meren pintaan tai merenpohjaan. Näillä poluilla kulkevat äänet voidaan havaita pitkillä etäisyyksillä, samoin kuin ne äänet, jotka kulkevat pois syvästä lähteestä ja jotka eivät ole vuorovaikutuksessa meren pinnan tai merenpohjan kanssa. Maanpinnan lähellä olevasta lähteestä lähtevät äänipolut yhtyvät eli yhtyvät, jolloin syntyy korkeamman äänenpaineen alueita suunnilleen samassa syvyydessä lähteen kanssa 50-60 kilometrin välein siitä. Näitä korkeamman äänenpaineen alueita kutsutaan konvergenssivyöhykkeiksi. Konvergenssivyöhykkeiden välissä on matalamman äänenpaineen alueita, joita kutsutaan varjovyöhykkeiksi.
vasemmalla on äänennopeuden kuvaaja syvyyden funktiona. Oikealla ovat polut, joita ääniaallot kulkevat poispäin 50 metrin syvyydessä sijaitsevasta äänilähteestä. Kuvassa näkyy vain sellaisia säteitä, jotka eivät osu meren pintaan tai merenpohjaan. Säteet palaavat yhteen lähelle pintaa noin 55 km: n etäisyydellä muodostaen konvergenssivyöhykkeen. Säteet eivät saavuta lähellekään pintaa lähteen ja konvergenssivyöhykkeen väliselle alueelle, vaan muodostavat varjovyöhykkeen.
Lisälinkit DOSITEILLE
- SOFAR-kanavan historia
- äänen nopeus minimi
- äänikanavan vaihtelu