in de diepe oceaan op mid-breedtegraden vindt de langzaamste geluidssnelheid plaats op een diepte van ongeveer 800 tot 1000 meter. Dit wordt het minimum aan geluidssnelheid genoemd. Het minimum aan geluidssnelheid creëert een geluidskanaal waarin geluidsgolven lange afstanden kunnen afleggen. Geluid wordt gefocust in het geluidskanaal omdat de geluidsgolven voortdurend worden gebogen, of gebroken, naar het gebied met een lagere geluidssnelheid. Geluid dat vanaf een bron bij het minimum aan geluidssnelheid naar boven gaat, wordt naar het minimum terug gebogen. Op dezelfde manier wordt geluid dat van de bron naar beneden reist, terug gebogen naar het minimum.
het volgende cijfer bestaat uit twee delen. Aan de linkerkant is een plot van geluidssnelheid als functie van diepte. De minimale geluidssnelheid op een diepte van 1000 meter wordt het deep sound channel of, meer historisch, het SOFAR channel genoemd. SOFAR staat voor SOund Fixing en Ranging. Aan de rechterkant zijn de paden gevolgd door geluidsgolven als ze reizen weg van de bron. Deze golven worden voortdurend gebroken in de richting van de geluidssnelheid minimum.
grafiek met geluidssnelheid en reisweg door de waterkolom. Aan de linkerkant is een plot van geluidssnelheid als functie van diepte. Aan de rechterkant zijn de paden gevolgd door geluidsgolven als ze reizen weg van een geluidsbron gelegen op een diepte van 1000 m, op de geluidskanaal as. Alleen stralen die het oceaanoppervlak of de zeebodem niet raken worden getoond. Aangepast aan Figuur 2.3 in Munk et al., 1995.
verticale afstanden in dit cijfer zijn sterk overdreven in vergelijking met horizontale afstanden. Dit zorgt ervoor dat de hoeken van het horizontale vlak waarop geluidsgolven reizen er veel steiler uitzien dan ze werkelijk zijn. De steilste paden in deze figuur liggen slechts ongeveer 12° van het horizontale vlak en zijn in werkelijkheid bijna horizontaal.
slechts bepaalde geluidsgolven blijven in het geluidskanaal zonder het oceaanoppervlak of de zeebodem te raken. Geluidsgolven die vanuit de bron naar boven reizen onder hoeken van minder dan ongeveer 12° worden terug gebroken naar het minimum aan geluidssnelheid voordat ze ooit het oppervlak bereiken. Op dezelfde manier zullen geluidsgolven die vanuit de bron naar beneden reizen onder hoeken van minder dan ongeveer 12° terug worden gebroken naar het minimum voordat ze ooit de zeebodem bereiken. Geluidsgolven die vanaf de bron bij steilere hoeken omhoog beginnen, worden nog steeds gebroken, maar niet scherp genoeg om te voorkomen dat ze het oceaanoppervlak raken. Ook geluidsgolven die naar beneden beginnen vanaf de bron bij steilere hoeken zullen niet scherp genoeg worden gebroken om te voorkomen dat het raken van de zeebodem.
geluid verliest energie wanneer het het oceaanoppervlak of de zeebodem raakt. Wanneer geluid weerkaatst van het ruwe oceaanoppervlak of de zeebodem, wordt enige geluidsenergie verstrooid en verloren. Een geluidsgolf die vele malen het oceaanoppervlak of de zeebodem raakt, zal te zwak zijn om te worden gedetecteerd.
geluid dat het oceaanoppervlak of de zeebodem niet raakt, verliest nog steeds energie door absorptie. Laagfrequente geluiden verliezen echter weinig energie aan absorptie. Het resultaat is dat laagfrequente geluiden die niet interageren met het oceaanoppervlak of de zeebodem kunnen worden gedetecteerd na het reizen van lange afstanden door de oceaan.
de absorptie neemt toe naarmate de frequentie van het geluid toeneemt, zodat hogere frequenties alleen op kortere afstanden kunnen worden waargenomen. De afstanden waarop geluiden kunnen worden gedetecteerd zijn afhankelijk van de frequentie, hoe hard de bron is, en hoe hard de achtergrond (ambient) ruis is.
geluidsgolven in het geluidskanaal volgen vele verschillende paden. Wanneer de geluidsbron en de ontvanger zich bevinden op de diepte van het minimum aan geluidssnelheid, de as van het SoBar of het geluidskanaal, reizen geluidsgolven bijna recht naar beneden de as en draaien ze boven en onder de as, waarbij ze bijna zowel het oppervlak als de bodem bereiken.
geluidskanaal as. Aan de linkerkant, geluidssnelheidsprofiel van mid-breedtegraden. Aan de rechterkant zijn alleen de paden geluid reist van een bron op 1000m diepte naar een ontvanger op 1000m diepte dat is 210km afstand van de bron. Contrast dit beeld met het beeld naar de bovenkant van de pagina waar alle paden een geluid reist van een geluidsbron worden weergegeven. Aangepast aan Figuur 1.1 van Munk et al., 1995.
hoewel geluid van een geluidsbron in alle richtingen reist, zal alleen geluid dat van een bron wegrijdt op paden die de bron onder specifieke hoeken verlaten, een ontvanger op een specifieke locatie bereiken. De geluidsgolven reizen op deze verschillende paden hebben iets verschillende reistijden. Een enkele explosieve bron zal daarom worden gehoord als een aantal afzonderlijke aankomsten, wat leidt tot de karakteristieke signatuur van een tot zijn climax opgebouwde transmissie:
bump bump bump bump
de laatste puls van het geluid is meestal het luidst en komt van de geluidsgolf die zich bijna op de as van het geluidskanaal verplaatst. Hoewel deze geluidsgolf de kortste afstand aflegt, reist hij in het gebied in de buurt van het minimum aan geluidssnelheid waar de geluidssnelheid het laagst is.
de paden die geluid zal nemen voor een bron in de buurt van het oceaanoppervlak zijn heel verschillend. Als het diepe geluidskanaal zich uitstrekt tot aan het oppervlak, zullen stralen die bijna horizontaal van de bron afwijken, het oceaanoppervlak of de zeebodem niet raken. Geluiden die zich op deze paden voortbewegen, kunnen op grote afstanden worden gedetecteerd, net zoals dat geldt voor geluiden die wegtrekken van een diepe bron die geen interactie hebben met het oceaanoppervlak of de zeebodem. Geluidspaden van een bron in de buurt van het oppervlak komen samen, of convergeren, waardoor gebieden met een hogere geluidsdruk op ongeveer dezelfde diepte als de bron elke 50-60 km afstand van het creëren. Deze regio ‘ s met een hogere geluidsdruk worden convergentiezones genoemd. Tussen de convergentieregio ’s zijn er regio’ s met een lagere geluidsdruk die schaduwzones worden genoemd.
aan de linkerkant is een plot van geluidssnelheid als functie van diepte. Aan de rechterkant zijn de paden gevolgd door geluidsgolven als ze reizen weg van een geluidsbron gelegen op een diepte van 50 m. Alleen stralen die het oceaanoppervlak of de zeebodem niet raken worden getoond. De stralen komen weer bij elkaar in de buurt van het oppervlak op een afstand van ongeveer 55 km, waardoor een convergentiezone wordt gevormd. De stralen bereiken niet het gebied nabij het oppervlak tussen de bron en de convergentiezone, waardoor een schaduwzone ontstaat.
Additional Links on DOSITS
- History of the SOFAR Channel
- Sound Speed Minimum
- sound Channel Variability