Deniz suyu akustik olarak homojen olmayan bir ortamdır. heterojenlik deniz suyu yoğunluğu, sudaki gaz kabarcıklarının, asılı parçacıkların ve planktonların varlığı ile değiştirmektir. Bu nedenle dağıtım Deniz suyundaki akustik titreşimler (ses), yoğunluğun dağılımına (sıcaklık, tuzluluk, basınç), deniz derinliğine, toprağın doğasına, deniz yüzeyinin durumuna, organik ve askıda kalan safsızlıklarla su bulanıklığına bağlı olan karmaşık bir olgudur. inorganik kökenli ve çözünmüş gazların varlığı.
Geniş anlamda ses, elastik bir ortamın parçacıklarının gaz, sıvı veya katı bir ortamda dalgalar şeklinde yayılan salınım hareketidir; dar anlamda - insan ve hayvanların özel bir duyu organı tarafından öznel olarak algılanan bir fenomen. Bir kişi 16 Hz ila 16-20 × 10 3 Hz frekansındaki sesi duyar . Sesin fiziksel kavramı hem işitilebilir hem de işitilemez sesleri kapsar. 16 Hz'nin altındaki ses kızılötesi denir , 20 × 10 3 Hz'in üzerinde - ultrason ; 10 9 ila 10 12 -10 13 Hz aralığındaki en yüksek frekanslı akustik titreşimler ait olmak hiper ses.
Sesin su içinde yayılması, suyun ses dalgası yönünde periyodik olarak sıkıştırılması ve seyrekleşmesidir. Titreşim hareketinin bir su parçacığından diğerine iletilme hızı ses hızı denir.
Sıvılar ve gazlar için ses hızının teorik formülü: с = , burada α özgül hacimdir, γ= 
- sabit basınç c p'deki suyun ısı kapasitesinin, sabit hacim c v'deki suyun ısı kapasitesine oranı, yaklaşık olarak bire eşittir, k, deniz suyunun gerçek sıkıştırılabilirlik katsayısıdır.
Su sıcaklığının artmasıyla hem özgül hacmin artması hem de sıkıştırılabilirlik katsayısının azalması nedeniyle sesin hızı artar. Bu nedenle, sıcaklığın ses hızı üzerindeki etkisi, diğer faktörlere kıyasla en fazladır. Suyun tuzluluğu değiştiğinde özgül hacim ve sıkıştırılabilirlik katsayısı da değişir. Ancak bu değişikliklerden kaynaklanan ses hızı düzeltmeleri farklı işaretlere sahiptir. Bu nedenle, tuzluluk değişiminin ses hızı üzerindeki etkisi, sıcaklığın etkisinden daha azdır. Hidrostatik basınç, ses hızındaki yalnızca dikey değişimi etkiler; derinlikle birlikte ses hızı artar.
Sesin hızı, ses kaynağının gücüne bağlı değildir.
Teorik formüle göre, sesin hızını suyun sıcaklığından ve tuzluluğundan belirlemeyi ve basınç için düzeltmeyi mümkün kılan tablolar derlenmiştir. Ancak teorik formül, ortalama ±4 m·s -1 ile ölçülenlerden farklı ses hızı değerleri verir. Bu nedenle, pratikte, formülleri en yaygın olarak kullanılan ampirik formüller kullanılır. Del Grosso ve W. Wilson, en küçük hataları sağlar.
Del-Grosso formülü ile hesaplanan ses hızındaki hata, tuzluluğu 15‰'den büyük sular için 0,5 m·s -1'i ve tuzluluğu 15'ten az olan sular için 0,8 m·s -1'i geçmez. ‰.
1960 yılında önerdiği Wilson formülü, Del Grosso'nun formülünden daha yüksek doğruluk verir. Koşullu özgül hacmi yerinde hesaplamak için Bjerknes formülünü oluşturma ilkesi üzerine inşa edilmiştir ve şu şekildedir:
c = 1449.14 + δс p + δc t + δc s + δс stp ,
burada δc p basınç düzeltmesidir, δc t sıcaklık düzeltmesidir, δc s tuzluluk düzeltmesidir ve δc stp basınç, sıcaklık ve tuzluluk için birleşik düzeltmedir.
Wilson formülü kullanılarak ses hızının hesaplanmasında karekök-ortalama hatası 0,3 m·s -1'dir.
1971'de, ölçülen T, S ve P değerlerinden ve biraz farklı düzeltme değerlerinden ses hızını hesaplamak için başka bir formül önerildi:
c = 1449.30 + δс p + δc t + δc s + δс stp ,
Bir yankı iskandiliyle derinlikleri ölçerken, sesin dikey hızı olarak adlandırılan katmanlar üzerinden ortalama ses hızı hesaplanır. stp ile formül tarafından belirlenir 
,
burada c i kalınlıktaki bir katmandaki ortalama ses hızıdır i .
13 0 C sıcaklıkta, 1 atm basınçta ve 35‰ tuzlulukta deniz suyunda sesin hızı 1494 m s -1; daha önce bahsedildiği gibi, artan sıcaklık (3 m s -1 10 C'de), tuzluluk (1 ‰ başına 1,3 m s -1) ve basınç (1 m derinlikte 0,016 m s -1) ile artar. Atmosferdeki ses hızının yaklaşık 4,5 katıdır (334 m s -1). Dünya Okyanusu'ndaki ortalama ses hızı yaklaşık 1500 m s -1 'dir ve değişkenlik aralığı okyanus yüzeyinde 1430 ila 1540 m s -1 ve 7 km'den fazla derinliklerde 1570 ila 1580 m s -1'dir.
Ses deniz suyunda havaya göre 4,5 kat daha hızlı yayılır. Yayılma hızı sıcaklığa, tuzluluğa ve basınca bağlıdır. Bu faktörlerden herhangi birinin artmasıyla sesin hızı artar.
Sesin hızı nasıl ölçülür?
Oşinografik istasyonlarda ölçülen üç ana özellik olan sıcaklık, tuzluluk ve derinlik bilinerek hesaplanabilir. Uzun yıllar boyunca bu yöntem tekti. AT son yıllar sesin deniz suyundaki hızı doğrudan ölçülmeye başlandı. Ses hızı ölçerler, bir ses darbesinin belirli bir mesafe kat ettiği sürenin uzunluğunu ölçme ilkesine göre çalışır.
Ses okyanusta ne kadar uzağa gidebilir?
1960 yılında Columbia Üniversitesi araştırma gemisi Vema tarafından üretilen bir sualtı patlamasından kaynaklanan ses titreşimleri 12.000 mil uzaklıkta kaydedildi. Avustralya kıyılarında bir sualtı ses kanalında bir derinlik şarjı patlatıldı ve yaklaşık 144 dakika sonra ses dalgaları Bermuda'ya, yani dünyanın neredeyse karşı noktasına ulaştı.
Ses kanalı nedir?
Bu, ses hızının önce derinlikle belirli bir minimuma düştüğü ve daha sonra basınçtaki bir artış nedeniyle arttığı bir bölgedir. Bu bölgede uyarılan ses dalgaları bükülerek kanal eksenine döndükleri için bölgeden çıkamazlar. Böyle bir kanala girdikten sonra ses binlerce kilometre yol kat edebilir.
SOFAR nedir?
bu bir kısaltma ingilizce kelimeler"ses sabitleme ve mesafe" (ses kaynaklarının tespiti ve bunlara olan mesafenin ölçülmesi). SOFAR sistemi, 600 - 1200 m derinliklerde bir ses kanalı kullanır.Birkaç alıcı istasyondan alınan çentiklerle, bu kanaldaki ses kaynağının yerini 1 mil hassasiyetle belirlemek mümkündür. İkinci Dünya Savaşı sırasında bu sistem sayesinde denizde vurulan birçok pilotu kurtarmak mümkün olmuştur. Uçaklarında ses kanalının derinliğine ulaştıklarında basınç altında patlayan küçük bombalar vardı.
sonar nedir?
Sonar, radarla aynı prensipte çalışır, ancak radyo dalgaları yerine ses (akustik) dalgaları kullanır. Sonar aktif veya pasif olabilir. Aktif bir sistem, ses titreşimleri yayar ve yansıyan bir sinyal veya yankı alır. Mesafeyi belirlemek için, ses hızının ve bir ses darbesinin yayılması ile yansıyan bir sinyalin alınması arasında geçen zamanın çarpımının yarısı alınmalıdır. Pasif sistem dinleme modunda çalışır ve sadece ses kaynağının bulunduğu yönü belirleyebilir. Sonar, denizaltı tespiti, navigasyon, balık sürülerinin bulunması ve derinliğin belirlenmesi için kullanılır. İkinci durumda, sonar geleneksel bir yankı iskandilidir.
Ses dalgalarının kırılması ve yansıması nedir?
Deniz suyunun yoğunluğundaki farklılıklar nedeniyle, okyanustaki ses dalgaları düz bir çizgide yayılmaz. Sesin sudaki hızındaki bir değişiklik nedeniyle yönleri bükülür. Bu fenomene kırılma denir. Ek olarak, ses enerjisi süspansiyonlara ve deniz organizmalarına dağılır, yüzeyden ve alttan yansır ve üzerlerine dağılır ve son olarak su sütunu boyunca yayılırken zayıflatılır.
Deniz seslerinin sebebi nedir?
Deniz gürültüsü, dalgaların ve sörfün seslerini, yağış, sismik ve volkanik aktivitenin neden olduğu gürültüyü ve son olarak balık ve diğer deniz organizmalarının çıkardığı sesleri içerir. Teknenin hareketinden, mineralleri çıkaran mekanizmaların çalışmasından kaynaklanan gürültüler ile platformların dışında meydana gelen sualtı ve yüzey oşinografi çalışmaları ve ölçüm ekipmanları sırasında oluşan gürültüler de deniz gürültüsü olarak kabul edilir.
Dalgalar, gelgitler, akıntılar
Dalgalar neden oluşur?
O dalgalar; Su yüzeyinde görmeye alışık olduğumuz, esas olarak rüzgarın etkisiyle oluşur. Bununla birlikte, dalgalara başka sebepler de neden olabilir: su altı depremleri veya su altı volkanik patlamaları. Gelgitler de dalgalardır.
Ses, hayatımızın bileşenlerinden biridir ve bir kişi onu her yerde duyar. Bu fenomeni daha ayrıntılı olarak ele almak için önce kavramın kendisini anlamamız gerekir. Bunu yapmak için, “ses”in yazıldığı ansiklopediye dönmeniz gerekir. elastik dalgalar, bazı elastik ortamlarda yayılma ve içinde yaratma mekanik titreşimler". daha fazla konuşmak sade dil bir ortamdaki işitilebilir titreşimlerdir. Sesin ana özellikleri, ne olduğuna bağlıdır. Her şeyden önce, örneğin suda yayılma hızı başka bir ortamdan farklıdır.
Herhangi bir ses analogunun belirli özellikler(fiziksel özellikler) ve nitelikler (bu işaretlerin insan duyumlarına yansıması). Örneğin, süre-süre, frekans-perde, kompozisyon-tını vb.
Sesin sudaki hızı, örneğin havadakinden çok daha yüksektir. Bu nedenle, daha hızlı yayılır ve çok daha uzakta duyulabilir. Bu, sulu ortamın yüksek moleküler yoğunluğu nedeniyle olur. Havadan ve çelikten 800 kat daha yoğundur. Sesin yayılmasının büyük ölçüde ortama bağlı olduğu sonucu çıkar. Belirli sayılara bakalım. Yani sesin suda hızı 1430 m/s, havada - 331,5 m/s'dir.
Bir geminin motorunun çıkardığı gürültü gibi düşük frekanslı ses, gemi görüş alanına girmeden önce her zaman biraz duyulur. Hızı birkaç şeye bağlıdır. Suyun sıcaklığı yükselirse, doğal olarak sudaki ses hızı da yükselir. Aynı durum, su boşluğunun derinliği arttıkça artan su tuzluluğu ve basıncındaki artışla da olur. Termal kamalar gibi bir fenomen, hız üzerinde özel bir role sahip olabilir. Bunlar, farklı sıcaklıklardaki su katmanlarının buluştuğu yerlerdir.
Ayrıca bu tür yerlerde farklıdır (sıcaklık koşullarındaki farklılıktan dolayı). Ve ses dalgaları böyle farklı yoğunluktaki katmanlardan geçtiğinde güçlerinin çoğunu kaybederler. Bir termoklin ile karşı karşıya kalan ses dalgası kısmen ve bazen tamamen yansıtılır (yansıma derecesi sesin düştüğü açıya bağlıdır), ardından bu yerin diğer tarafında bir gölge bölgesi oluşur. Termoklin üzerindeki su boşluğunda bir ses kaynağı bulunduğunda bir örnek düşünürsek, daha da düşük bir şey duymak neredeyse imkansız olacaktır.
Yüzeyin üzerinde yayınlananlar, suyun kendisinde asla duyulmaz. Ve bunun tersi, su tabakasının altındayken olur: onun üstünde ses çıkarmaz. parlak hacim bir örnek modern dalgıçlardır. Suyun etkilemesi ve sudaki yüksek ses hızının hareket yönünü belirleme kalitesini düşürmesi nedeniyle işitmeleri büyük ölçüde azalır. Bu, stereofonik sesi algılama yeteneğini köreltir.
Bir su tabakasının altında, insan kulağına, atmosferde olduğu gibi kulak zarlarından değil, en çok kafa kafatasının kemiklerinden girerler. Bu işlemin sonucu, iki kulak tarafından aynı anda algılanmasıdır. İnsan beyni şu anda sinyallerin nereden geldiğini ve hangi yoğunlukta geldiğini ayırt edemiyor. Sonuç, sesin her taraftan aynı anda yuvarlandığı bilincinin ortaya çıkmasıdır, ancak durum böyle olmaktan uzaktır.
Yukarıdakilere ek olarak, su boşluğundaki ses dalgaları, absorpsiyon, sapma ve saçılma gibi niteliklere sahiptir. Birincisi, tuzlu sudaki ses kuvvetinin, su ortamının ve içindeki tuzların sürtünmesi nedeniyle yavaş yavaş kaybolmasıdır. Sapma, sesin kaynağından uzaklaştırılmasında kendini gösterir. Işık gibi uzayda çözülüyor gibi görünüyor ve sonuç olarak yoğunluğu önemli ölçüde düşüyor. Ve ortamın her türlü engeli, homojensizliği nedeniyle dalgalanmalar tamamen ortadan kalkar.
Uzun mesafelerde, ses enerjisi yalnızca okyanus tabanına tam olarak dokunmayan yumuşak ışınlar boyunca yayılır. Bu durumda, ortamın ses yayılım aralığına getirdiği sınırlama, deniz suyunda emilmesidir. Ana absorpsiyon mekanizması, akustik bir dalga ile suda çözünen iyonlar ve tuz molekülleri arasındaki termodinamik dengenin ihlaline eşlik eden gevşeme süreçleri ile ilişkilidir. Çok çeşitli ses frekanslarında absorpsiyondaki ana rolün magnezyum sülfür tuzu MgSO4'e ait olduğu belirtilmelidir, ancak yüzde olarak deniz suyundaki içeriği oldukça küçüktür - örneğin NaCl kayadan neredeyse 10 kat daha az. yine de sesin emiliminde önemli bir rol oynamayan tuz.
Genel olarak konuşursak, deniz suyunda absorpsiyon, sesin frekansı ne kadar yüksekse o kadar fazladır. Yukarıdaki mekanizmanın hakim olduğu 3-5 ila en az 100 kHz arasındaki frekanslarda, absorpsiyon, frekansla yaklaşık 3/2'lik bir güce orantılıdır. Daha düşük frekanslarda, özellikle yüzlerce hertz aralığında belirgin hale gelen yeni bir absorpsiyon mekanizması (muhtemelen sudaki bor tuzlarının varlığından dolayı) etkinleştirilir; burada, absorpsiyon seviyesi anormal derecede yüksektir ve azalan frekansla çok daha yavaş azalır.
Deniz suyundaki absorpsiyonun nicel özelliklerini daha net bir şekilde hayal etmek için, bu etki nedeniyle 100 Hz frekanslı sesin 10 bin km'lik bir yolda 10 kat ve 10 kHz frekansla azaldığını not ediyoruz. - sadece 10 km mesafede (Şek. 2). Bu nedenle, uzun menzilli su altı iletişimleri, su altı engellerinin uzun menzilli tespiti ve benzerleri için yalnızca düşük frekanslı ses dalgaları kullanılabilir.
Şekil 2 - Deniz suyunda yayılırken farklı frekanslardaki seslerin 10 kat azaldığı mesafeler.
20-2000 Hz frekans aralığı için duyulabilir sesler bölgesinde, orta yoğunluktaki seslerin su altında yayılma aralığı 15-20 km'ye ve ultrason bölgesinde - 3-5 km'ye ulaşır.
Küçük hacimli sularda laboratuvar koşullarında gözlemlenen ses zayıflama değerlerine dayanarak, çok daha büyük aralıklar beklenebilir. Bununla birlikte, doğal koşullar altında, suyun kendi özelliklerinden kaynaklanan sönümlemeye ek olarak (viskoz sönümleme olarak adlandırılır), saçılması ve ortamın çeşitli homojen olmayanları tarafından emilmesi de etkiler.
Sesin kırılması veya ses demetinin yolunun eğriliği, üç ana nedenden dolayı, esas olarak dikey boyunca suyun özelliklerinin heterojenliğinden kaynaklanır: derinlikle birlikte hidrostatik basınçtaki değişiklikler, tuzluluktaki değişiklikler ve su kütlesinin güneş ışınları tarafından eşit olmayan şekilde ısıtılması nedeniyle sıcaklıktaki değişiklikler. Bu nedenlerin birleşik etkisinin bir sonucu olarak, tatlı su için yaklaşık 1450 m/s ve deniz suyu için yaklaşık 1500 m/s olan ses yayılma hızı, derinlikle değişir ve değişim yasası mevsime bağlıdır. , günün saati, rezervuarın derinliği ve bir dizi başka neden . Kaynaktan ufka belirli bir açıyla çıkan ses ışınları bükülür ve bükülmenin yönü ortamdaki ses hızlarının dağılımına bağlıdır. Yaz aylarında, üst katmanlar alt katmanlardan daha sıcak olduğunda, ışınlar aşağı doğru eğilir ve çoğunlukla alttan yansır ve enerjilerinin önemli bir bölümünü kaybeder. Aksine, kışın, suyun alt katmanları sıcaklıklarını korurken, üst katmanlar soğurken, ışınlar yukarı doğru bükülür ve suyun yüzeyinden çok sayıda yansımaya uğrar ve bu sırada çok daha az enerji kaybolur. Bu nedenle kışın sesin yayılma mesafesi yaza göre daha fazladır. Kırılma nedeniyle, sözde. ölü bölgeler, yani duyulabilirliğin olmadığı kaynağa yakın alanlar.
Bununla birlikte, kırılmanın varlığı, ses yayılım aralığında bir artışa yol açabilir - seslerin su altında ultra uzun yayılımı olgusu. Su yüzeyinin altında bir derinlikte, sesin en düşük hızda yayıldığı bir katman vardır; bu derinliğin üzerinde, sıcaklıktaki artıştan dolayı ses hızı artar ve bunun altında derinlikle birlikte hidrostatik basınçtaki artıştan dolayı sesin hızı artar. Bu katman bir tür sualtı ses kanalıdır. Kırılma nedeniyle kanalın ekseninden yukarı veya aşağı sapan bir ışın her zaman içine geri dönme eğilimindedir. Ses kaynağını ve alıcıyı bu katmana yerleştirirsek, orta yoğunluktaki sesler bile (örneğin, 1-2 kg'lık küçük yüklerin patlamaları) yüzlerce ve binlerce kilometre mesafelerde kaydedilebilir. Bir su altı ses kanalının mevcudiyetinde ses yayılım aralığında önemli bir artış, ses kaynağı ve alıcı mutlaka kanal eksenine yakın değil, örneğin yüzeye yakın yerleştirildiğinde gözlemlenebilir. Bu durumda, aşağı doğru kırılan ışınlar, yukarı doğru saptıkları derin katmanlara girer ve kaynaktan onlarca kilometre uzakta tekrar yüzeye çıkar. Ayrıca, ışınların yayılma modeli tekrarlanır ve bunun sonucunda bir dizi sözde gerçekleşir. genellikle birkaç yüz km mesafelere kadar izlenen ikincil aydınlatılmış bölgeler.
Dalga boyları çok küçük olduğunda yüksek frekanslı seslerin, özellikle ultrasonların yayılması, genellikle doğal rezervuarlarda bulunan küçük homojen olmayanlardan etkilenir: mikroorganizmalar, gaz kabarcıkları, vb. Bu homojen olmama durumları iki şekilde etki eder: ses dalgalarının enerjisini emer ve dağıtırlar. Sonuç olarak, ses titreşimlerinin frekansındaki bir artışla, yayılma aralıkları azalır. Bu etki özellikle yüzey katmanı su, en heterojenliğin olduğu yer. Homojen olmayanlıkların yanı sıra su yüzeyindeki ve tabanındaki düzensizlikler tarafından sesin saçılması, bir ses impulsunun gönderilmesine eşlik eden sualtı yankılanma fenomenine neden olur: homojen olmama ve birleşme kombinasyonundan yansıyan ses dalgaları, bir gecikme verir. kapalı alanlarda gözlenen yankılanmaya benzer şekilde sona erdikten sonra da devam eden ses impulsu. Sualtı yankılanma, hidroakustiğin bir dizi pratik uygulaması için, özellikle sonar için oldukça önemli bir girişimdir.
Sualtı seslerinin yayılma aralığının sınırları da sözde ile sınırlıdır. iki yönlü bir kökene sahip olan denizin kendi sesleri. Gürültünün bir kısmı, dalgaların su yüzeyindeki etkisinden, sörften, yuvarlanan çakılların gürültüsünden vb. Diğer kısım ise deniz faunası ile ilgilidir; buna balıklar ve diğer deniz hayvanları tarafından üretilen sesler dahildir.