i djuphavet vid mitten av breddgrader sker den långsammaste ljudhastigheten på ett djup av cirka 800 till 1000 meter. Detta kallas ljudhastigheten minimum. Ljudhastigheten minimum skapar en ljudkanal där ljudvågor kan färdas långa sträckor. Ljudet fokuseras i ljudkanalen eftersom ljudvågorna ständigt böjs eller bryts mot regionen med lägre ljudhastighet. Ljud som färdas uppåt från en källa med minsta ljudhastighet böjs tillbaka mot minimum. Liknande, ljud som färdas ner från källan är böjd tillbaka upp mot minimum.
följande figur har två delar. Till vänster är en plot av ljudhastighet som en funktion av djupet. Ljudhastigheten på ett djup av 1000 meter kallas deep sound channel eller, mer historiskt, SOFAR channel. SOFAR står för SOund Fixing And Ranging. Till höger är vägarna följt av ljudvågor när de reser bort från källan. Dessa vågor bryts kontinuerligt mot ljudhastighetsminimum.
diagram som visar ljudhastighet och färdväg genom vattenpelaren. Till vänster är en plot av ljudhastighet som en funktion av djupet. Till höger är stigarna följt av ljudvågor när de reser bort från en ljudkälla belägen på ett djup av 1000 m, på ljudkanalaxeln. Endast strålar som inte träffar havsytan eller havsbotten visas. Anpassad från Figur 2.3 I Munk et al., 1995.
vertikala avstånd i denna figur är kraftigt överdrivna jämfört med horisontella avstånd. Detta gör att vinklarna från det horisontella där ljudvågorna reser ser mycket brantare ut än de verkligen är. De brantaste stigarna som visas i denna figur är bara cirka 12 kcal från det horisontella och är i verkligheten nästan horisontella.
endast vissa ljudvågor stannar i ljudkanalen utan att träffa havsytan eller havsbotten. Ljudvågor som rör sig uppåt från källan i vinklar på mindre än cirka 12 kg bryts tillbaka mot ljudhastighetsminimum innan de någonsin når ytan. På samma sätt kommer ljudvågor som rör sig nedåt från källan i vinklar på mindre än cirka 12 kcal att brytas tillbaka mot minimumet innan de någonsin når havsbotten. Ljudvågor som börjar uppåt från källan i brantare vinklar bryts fortfarande, men inte tillräckligt kraftigt för att undvika att träffa havsytan. På samma sätt kommer ljudvågor som börjar nedåt från källan i brantare vinklar inte att brytas tillräckligt kraftigt för att undvika att slå havsbotten.
ljud förlorar energi när det träffar havsytan eller havsbotten. När ljudet reflekterar från den grova havsytan eller havsbotten sprids viss ljudenergi och förloras. En ljudvåg som träffar havsytan eller havsbotten många gånger kommer att vara för svag för att upptäckas.
ljud som inte träffar havsytan eller havsbotten kommer fortfarande att förlora energi till absorption. Lågfrekventa ljud förlorar dock mycket lite energi till absorption. Resultatet är att lågfrekventa ljud som inte interagerar med havsytan eller havsbotten kan upptäckas efter att ha rest långa sträckor genom havet.
mängden absorption ökar när ljudets frekvens ökar, och högre frekvensljud kan därför endast detekteras på kortare avstånd. Avstånden vid vilka ljud kan detekteras beror på frekvensen, hur högt källan är och hur högt bakgrundsbruset (omgivande) är.
ljudvågor som färdas i ljudkanalen följer många olika vägar. När ljudkällan och mottagaren är belägna vid djupet av ljudhastighetsminimum, kallad SOFAR-eller ljudkanalaxeln, rör sig ljudvågorna nästan rakt nerför axeln och cyklar över och under axeln och når nästan både ytan och botten.
ljud kanal axel. Till vänster, ljudhastighetsprofil från mitten av breddgraderna. Till höger visas bara de banor som ljudet färdas från en källa på 1000m djup till en mottagare på 1000m djup som är 210km från källan. Kontrast denna bild med bilden mot toppen av sidan där alla banor ett ljud färdas från en ljudkälla visas. Anpassad från Figur 1.1 i Munk et al., 1995.
även om ljudet rör sig bort från en ljudkälla i alla riktningar, kommer endast ljud som rör sig bort från en källa på banor som lämnar källan i specifika vinklar att nå en mottagare på en viss plats. Ljudvågorna som reser på dessa olika vägar har lite olika restider. En enda explosiv källa kommer därför att höras som ett antal separata ankomster, vilket leder till den karakteristiska signaturen för en SOFAR-överföring som bygger upp till sitt klimax:
bump bump bump bump
den slutliga ljudpulsen är vanligtvis den högsta och kommer från ljudvågen som färdas nästan på ljudkanalaxeln. Även om denna ljudvåg färdas det kortaste avståndet, färdas den i regionen nära ljudhastighetsminimum där ljudhastigheten är lägst.
de vägar som ljudet kommer att ta för en källa nära havsytan är ganska olika. Om den djupa ljudkanalen sträcker sig upp till ytan kommer strålar som avviker från källan nästan horisontellt inte att träffa havsytan eller havsbotten. Ljud som färdas på dessa vägar kan upptäckas på långa sträckor, precis som det är sant för ljud som reser bort från en djup källa som inte interagerar med havsytan eller havsbotten. Ljudvägar från en källa nära ytan samlas eller konvergerar och skapar regioner med högre ljudtryck på ungefär samma djup som källan var 50-60 km från den. Dessa regioner med högre ljudtryck kallas konvergenszoner. Mellan konvergenszonerna finns regioner med lägre ljudtryck som kallas skuggzoner.
till vänster är en plot av ljudhastighet som en funktion av djupet. Till höger är stigarna följt av ljudvågor när de reser bort från en ljudkälla belägen på ett djup av 50 m. Endast strålar som inte träffar havsytan eller havsbotten visas. Strålarna kommer tillbaka nära ytan på ett område av cirka 55 km och bildar en konvergenszon. Strålarna når inte området nära ytan mellan källan och konvergenszonen och bildar en skuggzon.
ytterligare länkar på DOSITS
- historik för SOFAR-kanalen
- ljudhastighet Minimum
- Ljudkanalvariabilitet