i dyphavet på midlere breddegrader, den tregeste lydhastigheten oppstår på en dybde på ca 800 til 1000 meter. Dette kalles minimum lydhastighet. Lydhastigheten minimum skaper en lydkanal der lydbølger kan reise lange avstander. Lyd er fokusert i lydkanalen fordi lydbølgene kontinuerlig bøyes, eller brytes, mot regionen med lavere lydhastighet. Lyd som reiser oppover fra en kilde på lydhastigheten minimum er bøyd tilbake mot minimum. Tilsvarende er lyd som reiser ned fra kilden bøyd tilbake opp mot minimum.
følgende figur har to deler. Til venstre er et plott av lydhastighet som en funksjon av dybde. Lydhastighetsminimum på en dybde på 1000 meter kalles deep sound channel eller, mer historisk, SOFAR-kanalen. SOFAR står For SOund Fixing And Ranging. Til høyre er stiene etterfulgt av lydbølger når de reiser bort fra kilden. Disse bølgene brytes kontinuerlig mot lydhastigheten minimum.
Graf som viser lydhastighet og kjørebane gjennom vannsøylen. Til venstre er et plott av lydhastighet som en funksjon av dybde. Til høyre er stiene etterfulgt av lydbølger når de beveger seg bort fra en lydkilde som ligger i en dybde på 1000 m, på lydkanalaksen. Bare stråler som ikke rammer havoverflaten eller havbunnen, vises. Tilpasset Fra Figur 2.3 I Munk et al., 1995.
Vertikale avstander i denne figuren er sterkt overdrevet i forhold til horisontale avstander. Dette fører til at vinklene fra det horisontale som lydbølger reiser for å se mye brattere ut enn de egentlig er. De bratteste stiene som vises i denne figuren er bare om lag 12° fra det horisontale og er i realiteten nesten horisontale.
bare visse lydbølger forblir i lydkanalen uten å treffe havoverflaten eller havbunnen. Lydbølger som reiser oppover fra kilden i vinkler på mindre enn ca. 12° brytes tilbake mot lydhastighetsminimum før de når overflaten. På samme måte vil lydbølger som reiser nedover fra kilden i vinkler på mindre enn ca. 12° brytes tilbake mot minimum før de noen gang når havbunnen. Lydbølger som starter oppover fra kilden i brattere vinkler brytes fortsatt, men ikke skarpt nok til å unngå å treffe havoverflaten. På samme måte vil lydbølger som starter nedover fra kilden i brattere vinkler ikke brytes kraftig nok til å unngå å treffe havbunnen.
Lyd mister energi når den treffer havoverflaten eller havbunnen. Når lyden reflekterer fra grov havoverflaten eller havbunnen, er noen lyd energi spredt og tapt. En lydbølge som treffer havoverflaten eller havbunnen mange ganger vil være for svak til å bli oppdaget.
Lyd som ikke treffer havoverflaten eller havbunnen vil fortsatt miste energi til absorpsjon. Lavfrekvente lyder mister imidlertid svært lite energi til absorpsjon. Resultatet er at lavfrekvente lyder som ikke interagerer med havoverflaten eller havbunnen, kan oppdages etter å ha reist lange avstander gjennom havet.
absorpsjonsmengden øker etter hvert som lydfrekvensen øker, og høyere frekvenslyder kan derfor bare påvises på kortere avstander. Avstandene der lyder kan oppdages, avhenger av frekvensen, hvor høyt kilden er, og hvor høyt bakgrunnsstøyen (ambient) er.
Lydbølger som reiser i lydkanalen følger mange forskjellige veier. Når lydkilden og mottakeren befinner seg på dybden av lydhastighetsminimum, KALT SOFAR-eller lydkanalaksen, beveger lydbølgene seg nesten rett ned aksen og sykler over og under aksen, nesten når både overflaten og bunnen.
Lydkanalaksen. Til venstre, lydhastighetsprofil fra midlere breddegrader. Til høyre vises bare stiene lyden reiser fra en kilde på 1000m dybde til en mottaker på 1000m dybde som er 210km unna kilden. Kontrast dette bildet med bildet mot toppen av siden der alle baner en lyd reiser fra en lydkilde vises. Tilpasset Fra Figur 1.1 Av Munk et al., 1995.
selv om lyd beveger seg bort fra en lydkilde i alle retninger, vil bare lyd som beveger seg bort fra en kilde på stier som forlater kilden i bestemte vinkler, nå en mottaker på et bestemt sted. Lydbølgene som reiser på disse forskjellige stiene har litt forskjellige reisetider. En enkelt eksplosiv kilde vil derfor bli hørt som en rekke separate ankomster, som fører til den karakteristiske signaturen TIL EN SOFAR-overføring som bygger opp til klimaks:
bump bump bump bump
den endelige lydpulsen er vanligvis den høyeste og kommer fra lydbølgen som beveger seg nesten på lydkanalaksen. Selv om denne lydbølgen reiser den korteste avstanden, reiser den i regionen nær lydhastighetsminimum der lydhastigheten er lavest.
stiene som lyden vil ta for en kilde nær havflaten, er ganske forskjellige. Hvis den dype lydkanalen strekker seg opp til overflaten, vil stråler som går fra kilden nesten horisontalt ikke treffe havoverflaten eller havbunnen. Lyder som reiser på disse stiene kan oppdages på lange avstander, akkurat som det er sant for lyder som reiser bort fra en dyp kilde som ikke samhandler med havoverflaten eller havbunnen. Lydbaner fra en kilde nær overflaten kommer sammen, eller konvergerer, og skaper regioner med høyere lydtrykk på omtrent samme dybde som kilden hver 50-60 km unna. Disse områdene med høyere lydtrykk kalles konvergenssoner. I mellom konvergenssonene er det områder med lavere lydtrykk kalt skyggesoner.
til venstre er et plott av lydhastighet som en funksjon av dybde. Til høyre er stiene etterfulgt av lydbølger når de reiser bort fra en lydkilde som ligger på en dybde på 50 m. Bare stråler som ikke rammer havoverflaten eller havbunnen, vises. Strålene kommer sammen igjen nær overflaten på en rekkevidde på ca 55 km, og danner en konvergenssone. Strålene når ikke regionen nær overflaten mellom kilden og konvergenssonen, og danner en skyggesone.
Ytterligere Koblinger PÅ DOSITS
- Historie AV SOFAR Kanalen
- Lydhastighet Minimum
- Lydkanalvariabilitet