Hidroacústica : sección de la acústica que estudia la emisión, recepción y propagación de ondas sonoras en un medio acuático real (en los océanos , mares, lagos, etc.) con fines de localización subacuática, comunicaciones , etc.
La característica principal de los sonidos submarinos es su baja atenuación, por lo que los sonidos pueden propagarse bajo el agua a distancias mucho mayores que, por ejemplo, en el aire.
Además de la atenuación debida a las propiedades del agua en sí, la distancia de propagación del sonido bajo el agua se ve afectada por la refracción del sonido , su dispersión y absorción por diversas faltas de homogeneidad del medio, debido a la diferencia de temperatura, salinidad o densidad del agua [1 ] .
La hidroacústica ha recibido una amplia aplicación práctica para resolver problemas de localización y comunicación subacuática . Dado que la eficiencia de los sistemas de transmisión de ondas electromagnéticas bajo el agua a distancias de más de decenas de metros es insignificante [1] , la hidroacústica es el medio más común de comunicación submarina.
Para estos fines, se utilizan frecuencias de sonido de 300 a 10 000 Hz y ultrasonidos de 20 000 Hz y superiores. Los emisores e hidrófonos electrodinámicos y piezoeléctricos se utilizan como emisores y receptores en la región del sonido, y los piezoeléctricos y magnetoestrictivos se utilizan en la región ultrasónica. Además de la comunicación submarina, la hidroacústica se utiliza para:
Las aplicaciones más significativas de la hidroacústica son:
El uso de la hidroacústica se realiza con la ayuda de medios hidroacústicos. Un dispositivo hidroacústico es un dispositivo técnico o un conjunto de dispositivos, cuyo principio se basa en el uso de ondas acústicas en el medio acuático. Los medios hidroacústicos incluyen:
Hay varias características del uso de herramientas de estudio de área en aguas poco profundas [ 2] :
Actualmente, existen varios enfoques para el procesamiento y presentación de datos de encuestas de área.
El enfoque tradicional, que se usa con mayor frecuencia en la actualidad, heredó la ideología adoptada desde los días de la batimetría de un solo haz. Este enfoque implica editar cada profundidad individual utilizando las capacidades de la tecnología informática. Al mismo tiempo, en la etapa de procesamiento final, la mayor parte del tiempo se dedica a la edición interactiva (manual) de las profundidades obtenidas. Como resultado, solo se seleccionan las profundidades más pequeñas del área del agua para su presentación en la tablilla de informes, lo que caracteriza un enfoque puramente "hidrográfico" para medir el relieve, destinado principalmente a garantizar la seguridad de la navegación. Con este enfoque, se pierde una parte importante de la información útil sobre el microrrelieve, además, es bastante difícil obtener una estimación a posteriori de la precisión del levantamiento completado. [2]
En los últimos años se ha propuesto un enfoque alternativo para el procesamiento de datos de estudios de área, cuyos resultados pueden utilizarse tanto para la seguridad de la navegación como para fines de investigación. En lugar de representar profundidades individuales, se propone crear una llamada "superficie de navegación" (Navigation Surface). Esta metodología se denominó CUBE (Combined Uncertainty and Bathymetiic Estimator) [37, 38, 39, 60]. La técnica CUBE es una de las variedades de creación de una red regular, cuando como resultado del procesamiento, además de las estimaciones de profundidad, también proporciona una estimación del error de profundidad en cada nodo de la cuadrícula. La técnica CUBE también se puede utilizar para filtrar mediciones muy erróneas que no pudieron eliminarse en las etapas anteriores del procesamiento. [2]
La velocidad de propagación del sonido varía con la profundidad, y los cambios dependen de la época del año y del día, la profundidad del reservorio y otras razones.
Las ondas de sonido que emergen de una fuente en un cierto ángulo con respecto al horizonte se doblan, y la dirección de la curva depende de la distribución de las velocidades del sonido en el medio:
La distribución vertical de la velocidad del sonido (VSDS) y el gradiente de velocidad tienen una influencia decisiva en la propagación del sonido en el medio marino . La distribución de la velocidad del sonido en diferentes regiones del Océano Mundial es diferente y varía con el tiempo.
Hay varios casos típicos de VRSZ:
Debido a la refracción, se pueden formar zonas muertas , áreas ubicadas cerca de la fuente en las que no hay audibilidad.
La presencia de refracción también puede conducir a un aumento en el rango de propagación del sonido, el fenómeno de la propagación ultralarga de sonidos bajo el agua.
La propagación de los sonidos de alta frecuencia, cuando las longitudes de onda son muy pequeñas, está influenciada por pequeñas inhomogeneidades, normalmente encontradas en reservorios naturales: burbujas de gas, microorganismos, etc.
Estas heterogeneidades actúan de dos formas: absorben y dispersan la energía de las ondas sonoras. Como resultado, con un aumento en la frecuencia de las vibraciones del sonido, se reduce el rango de su propagación. Este efecto es especialmente notable en la capa superficial del agua, donde hay la mayor parte de las heterogeneidades.
La dispersión del sonido por falta de homogeneidad, así como por irregularidades en la superficie del agua y el fondo, provoca el fenómeno de la reverberación submarina , que acompaña al envío de un pulso sonoro: las ondas sonoras, reflejadas por una combinación de falta de homogeneidad y fusión, dan un endurecimiento del pulso de sonido, que continúa después de su final.
Los límites del rango de propagación de los sonidos submarinos también están limitados por el propio ruido del mar, que tiene un doble origen: