Acústica subaquática - Underwater acoustics

Produção de um modelo computacional de propagação acústica subaquática em um ambiente oceânico simplificado.

A acústica subaquática é o estudo da propagação do som na água e a interação das ondas mecânicas que constituem o som com a água, seu conteúdo e seus limites. A água pode estar no oceano, um lago, um rio ou um tanque . As frequências típicas associadas à acústica subaquática estão entre 10 Hz e 1 MHz . A propagação do som no oceano em frequências abaixo de 10 Hz geralmente não é possível sem penetrar profundamente no fundo do mar, enquanto frequências acima de 1 MHz raramente são usadas porque são absorvidas muito rapidamente. A acústica subaquática também é conhecida como hidroacústica .

O campo da acústica subaquática está intimamente relacionado a vários outros campos do estudo acústico, incluindo sonar , transdução , processamento de sinal , oceanografia acústica , bioacústica e acústica física .

História

O som subaquático provavelmente tem sido usado por animais marinhos há milhões de anos. A ciência da acústica subaquática começou em 1490, quando Leonardo da Vinci escreveu o seguinte:

"Se você fizer seu navio parar e colocar a ponta de um longo tubo na água e colocar a extremidade externa em seu ouvido, você ouvirá navios a uma grande distância de você."

Em 1687, Isaac Newton escreveu seus Princípios Matemáticos de Filosofia Natural, que incluiu o primeiro tratamento matemático do som. O próximo grande passo no desenvolvimento da acústica subaquática foi dado por Daniel Colladon , um físico suíço , e Charles Sturm , um matemático francês . Em 1826, no Lago Genebra , eles mediram o tempo decorrido entre um flash de luz e o som do sino de um navio submerso, ouvido por meio de uma buzina de escuta subaquática. Eles mediram a velocidade do som de 1435 metros por segundo em uma distância de 17 quilômetros (Km), fornecendo a primeira medição quantitativa da velocidade do som na água. O resultado obtido foi cerca de 2% dos valores aceitos atualmente. Em 1877, Lord Rayleigh escreveu a Teoria do Som e estabeleceu a teoria acústica moderna.

O naufrágio do Titanic em 1912 e o início da Primeira Guerra Mundial forneceram o ímpeto para a próxima onda de progresso na acústica subaquática. Sistemas para detecção de icebergs e submarinos foram desenvolvidos. Entre 1912 e 1914, uma série de patentes de ecolocalização foram concedidas na Europa e nos Estados Unidos, culminando com o eco-ranger de Reginald A. Fessenden em 1914. O trabalho pioneiro foi realizado durante esse tempo na França por Paul Langevin e na Grã-Bretanha pela AB Madeira e associados. O desenvolvimento do ASDIC ativo e do sonar passivo (SOund Navigation And Ranging) avançou rapidamente durante a guerra, impulsionado pelos primeiros lançamentos em grande escala de submarinos . Outros avanços na acústica subaquática incluíram o desenvolvimento de minas acústicas .

Em 1919, foi publicado o primeiro artigo científico sobre acústica subaquática, descrevendo teoricamente a refração das ondas sonoras produzidas por gradientes de temperatura e salinidade no oceano. As previsões de alcance do papel foram validadas experimentalmente por medições de perda de propagação .

As duas décadas seguintes viram o desenvolvimento de várias aplicações da acústica subaquática. O fatômetro , ou sonda de profundidade, foi desenvolvido comercialmente durante a década de 1920. Materiais originalmente naturais eram usados ​​para os transdutores, mas na década de 1930 os sistemas de sonar incorporando transdutores piezoelétricos feitos de materiais sintéticos estavam sendo usados ​​para sistemas de escuta passiva e para sistemas de eco-alcance ativo. Esses sistemas foram usados ​​com bons resultados durante a Segunda Guerra Mundial por submarinos e navios anti-submarinos. Muitos avanços na acústica subaquática foram feitos, os quais foram resumidos posteriormente na série Physics of Sound in the Sea , publicada em 1946.

Após a Segunda Guerra Mundial, o desenvolvimento de sistemas de sonar foi impulsionado em grande parte pela Guerra Fria , resultando em avanços na compreensão teórica e prática da acústica subaquática, auxiliado por técnicas baseadas em computador.

Teoria

Ondas sonoras na água, fundo do mar

Uma onda sonora que se propaga debaixo d'água consiste em compressões e rarefações alternadas da água. Essas compressões e rarefações são detectadas por um receptor, como o ouvido humano ou um hidrofone , como mudanças na pressão . Essas ondas podem ser feitas pelo homem ou geradas naturalmente.

Velocidade do som, densidade e impedância

A velocidade do som (ou seja, o movimento longitudinal das frentes de onda) está relacionada à frequência e ao comprimento de onda de uma onda .

Isso é diferente da velocidade da partícula , que se refere ao movimento das moléculas no meio devido ao som, e relaciona a pressão da onda plana à densidade do fluido e à velocidade do som por .

O produto de e a partir da fórmula acima é conhecida como a impedância acústica característica . A área da unidade de cruzamento de potência acústica (energia por segundo) é conhecida como a intensidade da onda e para uma onda plana a intensidade média é dada por , onde é a raiz da pressão acústica média quadrada .

A 1 kHz, o comprimento de onda na água é de cerca de 1,5 m. Às vezes, o termo "velocidade do som" é usado, mas isso é incorreto, pois a quantidade é um escalar.

O grande contraste de impedância entre o ar e a água (a proporção é de cerca de 3600) e a escala de rugosidade da superfície significa que a superfície do mar se comporta como um refletor de som quase perfeito em frequências abaixo de 1 kHz. A velocidade do som na água excede a do ar por um fator de 4,4 e a taxa de densidade é de cerca de 820.

Absorção de som

A absorção de som de baixa frequência é fraca. (ver Guias Técnicos - Cálculo de absorção de som na água do mar para uma calculadora on-line). A principal causa da atenuação do som em água doce e em alta frequência na água do mar (acima de 100 kHz) é a viscosidade . Contribuições adicionais importantes em frequência mais baixa na água do mar estão associadas ao relaxamento iônico do ácido bórico (até c. 10 kHz) e sulfato de magnésio (c. 10 kHz-100 kHz).

O som pode ser absorvido por perdas nos limites do fluido. Perto da superfície do mar, as perdas podem ocorrer na camada de bolhas ou no gelo, enquanto no fundo o som pode penetrar no sedimento e ser absorvido.

Reflexão e dispersão de som

Interações de limite

A superfície e o fundo da água são limites de reflexão e dispersão.

Superfície

Para muitos propósitos, a superfície do ar marinho pode ser considerada um refletor perfeito. O contraste da impedância é tão grande que pouca energia consegue cruzar esse limite. As ondas de pressão acústica refletidas da superfície do mar experimentam uma reversão de fase, muitas vezes declarada como uma "mudança de fase pi" ou uma "mudança de fase de 180 graus". Isso é representado matematicamente atribuindo um coeficiente de reflexão de menos 1 em vez de mais um para a superfície do mar.

Em alta frequência (acima de cerca de 1 kHz) ou quando o mar está agitado, parte do som incidente é espalhado, e isso é levado em consideração atribuindo um coeficiente de reflexão cuja magnitude é menor que um. Por exemplo, próximo à incidência normal, o coeficiente de reflexão torna-se , onde h é a altura da onda rms .

Outra complicação é a presença de bolhas ou peixes gerados pelo vento perto da superfície do mar. As bolhas também podem formar plumas que absorvem parte do som incidente e espalhado, e também espalham parte do som.

Solo oceânico

A incompatibilidade de impedância acústica entre a água e o fundo é geralmente muito menor do que na superfície e é mais complexa. Depende dos tipos de material do fundo e da profundidade das camadas. Teorias foram desenvolvidas para prever a propagação do som no fundo, neste caso, por exemplo, por Biot e por Buckingham.

No alvo

A reflexão do som em um alvo cujas dimensões são grandes em comparação com o comprimento de onda acústica depende de seu tamanho e forma, bem como da impedância do alvo em relação à da água. As fórmulas foram desenvolvidas para a força do alvo de várias formas simples em função do ângulo de incidência do som. Formas mais complexas podem ser aproximadas combinando essas formas simples.

Propagação de som

A propagação acústica subaquática depende de muitos fatores. A direção da propagação do som é determinada pelos gradientes da velocidade do som na água. Esses gradientes de velocidade transformam a onda sonora por meio de refração, reflexão e dispersão. No mar, os gradientes verticais são geralmente muito maiores do que os horizontais. Combinando isso com uma tendência de aumento da velocidade do som em profundidade crescente, devido ao aumento da pressão no mar profundo , causa uma reversão do gradiente de velocidade do som na termoclina , criando um guia de ondas eficiente na profundidade, correspondendo à velocidade mínima do som. O perfil de velocidade do som pode causar regiões de baixa intensidade de som chamadas "zonas de sombra" e regiões de alta intensidade chamadas de "cáusticos". Estes podem ser encontrados por métodos de rastreamento de raio .

Nas latitudes do equador e temperadas no oceano, a temperatura da superfície é alta o suficiente para reverter o efeito da pressão, de modo que ocorre uma velocidade mínima do som a algumas centenas de metros de profundidade. A presença deste mínimo cria um canal especial conhecido como Deep Sound Channel, anteriormente conhecido como canal SOFAR (sound fix and range), permitindo a propagação guiada do som subaquático por milhares de quilômetros sem interação com a superfície ou fundo do mar. Outro fenômeno no fundo do mar é a formação de áreas de foco sonoro, conhecidas como Zonas de Convergência. Nesse caso, o som é refratado para baixo de uma fonte próxima à superfície e, em seguida, para cima novamente. A distância horizontal da fonte na qual isso ocorre depende dos gradientes de velocidade do som positivos e negativos. Um duto de superfície também pode ocorrer em águas profundas e moderadamente rasas quando há refração para cima, por exemplo, devido a temperaturas superficiais frias. A propagação ocorre por meio de sons repetidos que refletem na superfície.

Em geral, como o som se propaga debaixo d'água, há uma redução na intensidade do som em intervalos crescentes, embora em algumas circunstâncias um ganho possa ser obtido devido ao foco. A perda de propagação (às vezes chamada de perda de transmissão ) é uma medida quantitativa da redução da intensidade do som entre dois pontos, normalmente a fonte de som e um receptor distante. Se for a intensidade de campo distante da fonte referida a um ponto a 1 m de seu centro acústico e for a intensidade no receptor, então a perda de propagação é dada por . Nesta equação, não está a verdadeira intensidade acústica no receptor, que é uma grandeza vetorial , mas um escalar igual à intensidade de onda plana equivalente (EPWI) do campo sonoro. O EPWI é definido como a magnitude da intensidade de uma onda plana da mesma pressão RMS do campo acústico verdadeiro. Em curto alcance, a perda de propagação é dominada por espalhamento, enquanto em longo alcance é dominada por absorção e / ou perdas por espalhamento.

Uma definição alternativa é possível em termos de pressão em vez de intensidade, dando , onde é a pressão acústica RMS no campo distante do projetor, dimensionada para uma distância padrão de 1 m, e é a pressão RMS na posição do receptor.

Essas duas definições não são exatamente equivalentes porque a impedância característica no receptor pode ser diferente daquela na fonte. Por causa disso, o uso da definição de intensidade leva a uma equação de sonar diferente da definição com base em uma razão de pressão. Se a fonte e o receptor estiverem na água, a diferença é pequena.

Modelagem de propagação

A propagação do som através da água é descrita pela equação de onda, com condições de contorno apropriadas. Vários modelos foram desenvolvidos para simplificar os cálculos de propagação. Esses modelos incluem a teoria dos raios, soluções de modo normal e simplificações de equações parabólicas da equação de onda. Cada conjunto de soluções é geralmente válido e computacionalmente eficiente em um regime de frequência e intervalo limitado e pode envolver outros limites também. A teoria do raio é mais apropriada em curto alcance e alta frequência, enquanto as outras soluções funcionam melhor em longo alcance e baixa frequência. Várias fórmulas empíricas e analíticas também foram derivadas de medições que são aproximações úteis.

Reverberação

Os sons transientes resultam em um fundo decadente que pode ter uma duração muito maior do que o sinal transiente original. A causa desse fundo, conhecido como reverberação, é parcialmente devido à dispersão de limites irregulares e parcialmente devido à dispersão de peixes e outra biota . Para que um sinal acústico seja detectado facilmente, ele deve exceder o nível de reverberação , bem como o nível de ruído de fundo .

Doppler shift

Se um objeto subaquático está se movendo em relação a um receptor subaquático, a frequência do som recebido é diferente daquela do som irradiado (ou refletido) pelo objeto. Essa mudança na frequência é conhecida como desvio Doppler . A mudança pode ser facilmente observada em sistemas de sonar ativos , particularmente os de banda estreita, porque a frequência do transmissor é conhecida e o movimento relativo entre o sonar e o objeto pode ser calculado. Às vezes, a frequência do ruído irradiado (um tonal ) também pode ser conhecida, caso em que o mesmo cálculo pode ser feito para o sonar passivo. Para sistemas ativos, a mudança na frequência é de 0,69 Hz por por kHz e a metade disso para sistemas passivos, pois a propagação é apenas uma via. A mudança corresponde a um aumento na frequência de um alvo que se aproxima.

Flutuações de intensidade

Embora a modelagem de propagação acústica geralmente preveja um nível de som recebido constante, na prática existem flutuações temporais e espaciais. Isso pode ser devido a fenômenos ambientais de pequena e grande escala. Isso pode incluir estrutura fina de perfil de velocidade do som e zonas frontais, bem como ondas internas. Como, em geral, existem vários caminhos de propagação entre uma fonte e um receptor, pequenas mudanças de fase no padrão de interferência entre esses caminhos podem levar a grandes flutuações na intensidade do som.

Não-linearidade

Na água, especialmente com bolhas de ar, a mudança na densidade devido a uma mudança na pressão não é exatamente linearmente proporcional. Como consequência, para uma entrada de onda senoidal, frequências harmônicas e sub-harmônicas adicionais são geradas. Quando duas ondas senoidais são inseridas, as frequências de soma e diferença são geradas. O processo de conversão é maior em níveis de fonte altos do que em pequenos. Por causa da não linearidade, há uma dependência da velocidade do som na amplitude da pressão, de forma que grandes mudanças viajam mais rápido do que pequenas. Assim, uma forma de onda sinusoidal torna-se gradualmente em dente de serra com uma subida acentuada e uma cauda gradual. Esse fenômeno é usado em sonar paramétrico e teorias foram desenvolvidas para explicar isso, por exemplo, por Westerfield.

Medidas

O som na água é medido usando um hidrofone , que é o equivalente subaquático de um microfone . Um hidrofone mede as flutuações de pressão , que geralmente são convertidas em nível de pressão sonora (SPL), que é uma medida logarítmica da pressão acústica quadrada média .

As medições são geralmente relatadas em uma das três formas: -

  • Pressão acústica RMS em micropascais (ou dB re 1 μPa)
  • Pressão acústica RMS em uma largura de banda especificada , geralmente oitavas ou terços de oitava (dB re 1 μPa)
  • densidade espectral (pressão quadrada média por unidade de largura de banda) em micropascais ao quadrado por Hertz (dB re 1 μPa 2 / Hz)

A escala para pressão acústica na água difere daquela usada para som no ar. No ar, a pressão de referência é de 20 μPa em vez de 1 μPa. Para o mesmo valor numérico de SPL, a intensidade de uma onda plana (potência por unidade de área, proporcional à pressão sonora quadrada média dividida pela impedância acústica) no ar é cerca de 20 2 × 3600 = 1 440 000 vezes maior do que na água. Da mesma forma, a intensidade é quase a mesma se o SPL for 61,6 dB mais alto na água.

A norma ISO 18405 de 2017 define os termos e expressões usados ​​no campo da acústica subaquática, incluindo o cálculo dos níveis de pressão sonora subaquática.

Velocidade do som

Os valores aproximados para água doce e água do mar , respectivamente, na pressão atmosférica são 1450 e 1500 m / s para a velocidade do som e 1000 e 1030 kg / m 3 para a densidade. A velocidade do som na água aumenta com o aumento da pressão , temperatura e salinidade . A velocidade máxima em água pura sob pressão atmosférica é atingida a cerca de 74 ° C; o som viaja mais devagar na água mais quente depois desse ponto; o máximo aumenta com a pressão. Calculadoras on-line podem ser encontradas em Guias Técnicos - Velocidade do Som na Água do Mar e Guias Técnicos - Velocidade do Som na Água Pura .

Absorção

Muitas medições foram feitas de absorção de som em lagos e no oceano (ver Guias Técnicos - Cálculo de absorção de som na água do mar para uma calculadora on-line).

Ambiente barulhento

A medição de sinais acústicos é possível se sua amplitude exceder um limite mínimo, determinado em parte pelo processamento do sinal usado e em parte pelo nível de ruído de fundo. O ruído ambiente é a parte do ruído recebido que é independente das características da fonte, do receptor e da plataforma. Assim, exclui reverberação e ruído de reboque, por exemplo.

O ruído de fundo presente no oceano, ou ruído ambiente, tem muitas fontes diferentes e varia com o local e a frequência. Nas frequências mais baixas, de cerca de 0,1 Hz a 10 Hz, a turbulência oceânica e os microssismos são os principais contribuintes para o ruído de fundo. Os níveis de espectro de ruído típicos diminuem com o aumento da frequência de cerca de 140 dB re 1 μPa 2 / Hz a 1 Hz a cerca de 30 dB re 1 μPa 2 / Hz a 100 kHz. O tráfego de navios distantes é uma das fontes de ruído dominantes na maioria das áreas para frequências de cerca de 100 Hz, enquanto o ruído de superfície induzido pelo vento é a principal fonte entre 1 kHz e 30 kHz. Em frequências muito altas, acima de 100 kHz, o ruído térmico das moléculas de água começa a dominar. O nível espectral de ruído térmico em 100 kHz é 25 dB re 1 μPa 2 / Hz. A densidade espectral do ruído térmico aumenta em 20 dB por década (aproximadamente 6 dB por oitava ).

Fontes de som transientes também contribuem para o ruído ambiente. Isso pode incluir atividade geológica intermitente, como terremotos e vulcões subaquáticos, chuvas na superfície e atividade biológica. As fontes biológicas incluem cetáceos (especialmente baleias- azuis , barbatanas e cachalotes ), certos tipos de peixes e camarões- pescadores .

A chuva pode produzir altos níveis de ruído ambiente. No entanto, a relação numérica entre a taxa de chuva e o nível de ruído ambiente é difícil de determinar porque a medição da taxa de chuva é problemática no mar.

Reverberação

Muitas medições foram feitas da superfície do mar, fundo e reverberação de volume. Modelos empíricos às vezes derivam deles. Uma expressão comumente usada para a banda de 0,4 a 6,4 kHz é a de Chapman e Harris. É descoberto que uma forma de onda senoidal é espalhada em frequência devido ao movimento da superfície. Para reverberação de fundo, a Lei de Lambert costuma ser aplicada aproximadamente, por exemplo, consulte Mackenzie. A reverberação de volume geralmente ocorre principalmente em camadas, que mudam de profundidade com a hora do dia, por exemplo, consulte Marshall e Chapman. A superfície do gelo pode produzir forte reverberação quando é áspero, veja por exemplo Milne.

Perda de fundo

A perda de fundo foi medida como uma função do ângulo de rastro para muitas frequências em vários locais, por exemplo, aqueles pelo US Marine Geophysical Survey. A perda depende da velocidade do som no fundo (que é afetada por gradientes e camadas) e pela rugosidade. Gráficos foram produzidos para a perda esperada em circunstâncias particulares. Em águas rasas, a perda de fundo freqüentemente tem o impacto dominante na propagação de longo alcance. Em baixas frequências, o som pode se propagar através dos sedimentos e então voltar para a água.

Audição subaquática

Comparação com os níveis de som no ar

Tal como acontece com o som transportado pelo ar , o nível de pressão do som subaquático é geralmente relatado em unidades de decibéis , mas existem algumas diferenças importantes que tornam difícil (e muitas vezes inadequado) comparar o SPL na água com o SPL no ar. Essas diferenças incluem:

  • diferença na pressão de referência: 1 μPa (um micropascal ou um milionésimo de pascal ) em vez de 20 μPa.
  • diferença de interpretação: há duas escolas de pensamento, uma sustentando que as pressões devem ser comparadas diretamente, e a outra que primeiro deve ser convertida para a intensidade de uma onda plana equivalente.
  • diferença na sensibilidade auditiva : qualquer comparação com o som ( ponderado A ) no ar deve levar em consideração as diferenças na sensibilidade auditiva, seja de um mergulhador humano ou outro animal.

Audição humana

Sensibilidade auditiva

O NPS mais baixo audível para um mergulhador humano com audição normal é cerca de 67 dB re 1 μPa, com maior sensibilidade ocorrendo em frequências em torno de 1 kHz. Isso corresponde a uma intensidade de som 5,4 dB, ou 3,5 vezes, mais alta do que o limite no ar (consulte Medições acima).

Limiares de segurança

Altos níveis de som subaquático criam um perigo potencial para mergulhadores humanos. Diretrizes para a exposição de mergulhadores humanos ao som subaquático são relatadas pelo projeto SOLMAR do Centro de Pesquisas Submarinas da OTAN . Os mergulhadores humanos expostos a SPL acima de 154 dB re 1 μPa na faixa de frequência de 0,6 a 2,5 kHz experimentaram mudanças em sua frequência cardíaca ou frequência respiratória. A aversão do mergulhador a sons de baixa frequência depende do nível de pressão sonora e da frequência central .

Outras espécies

Mamíferos aquáticos

Os golfinhos e outras baleias com dentes são conhecidos por sua sensibilidade auditiva aguda, especialmente na faixa de frequência de 5 a 50 kHz. Várias espécies têm limiares de audição entre 30 e 50 dB re 1 μPa nesta faixa de frequência. Por exemplo, o limiar de audição da baleia assassina ocorre a uma pressão acústica RMS de 0,02 mPa (e frequência de 15 kHz), correspondendo a um limiar de SPL de 26 dB re 1 μPa.

Altos níveis de som subaquático criam um perigo potencial para animais marinhos e anfíbios. Os efeitos da exposição ao ruído subaquático são revisados ​​por Southall et al.

Peixe

A sensibilidade auditiva dos peixes é revisada por Ladich e Fay. O limiar de audição do peixe soldado é de 0,32 mPa (50 dB re 1 μPa) a 1,3 kHz, enquanto a lagosta tem um limiar de audição de 1,3 Pa a 70 Hz (122 dB re 1 μPa). Os efeitos da exposição ao ruído subaquático são revisados ​​por Popper et al.

Aplicações da acústica subaquática

Sonar

Sonar é o nome dado ao equivalente acústico do radar . Pulsos de som são usados ​​para sondar o mar, e os ecos são então processados ​​para extrair informações sobre o mar, seus limites e objetos submersos. Um uso alternativo, conhecido como sonar passivo , tenta fazer o mesmo ouvindo os sons irradiados por objetos subaquáticos.

Comunicação subaquática

A necessidade de telemetria acústica subaquática existe em aplicações como coleta de dados para monitoramento ambiental, comunicação com e entre veículos subaquáticos tripulados e não tripulados , transmissão da fala do mergulhador, etc. Uma aplicação relacionada é o controle remoto subaquático , no qual a telemetria acústica é usada para remotamente acionar uma chave ou acionar um evento. Um exemplo proeminente de controle remoto subaquático são liberações acústicas , dispositivos que são usados ​​para retornar pacotes de instrumentos implantados no fundo do mar ou outras cargas úteis para a superfície por comando remoto no final de uma implantação. As comunicações acústicas constituem um campo ativo de pesquisa com desafios significativos a superar, especialmente em canais horizontais de águas rasas. Em comparação com as telecomunicações de rádio , a largura de banda disponível é reduzida em várias ordens de magnitude. Além disso, a baixa velocidade do som faz com que a propagação de multicaminhos se estenda por intervalos de retardo de tempo de dezenas ou centenas de milissegundos, bem como mudanças Doppler significativas e propagação. Freqüentemente, os sistemas de comunicação acústica não são limitados por ruído, mas por reverberação e variabilidade de tempo além da capacidade dos algoritmos do receptor. A fidelidade dos links de comunicação subaquáticos pode ser bastante melhorada pelo uso de matrizes de hidrofones, que permitem técnicas de processamento, como formação de feixes adaptativa e combinação de diversidade .

Navegação subaquática e rastreamento

A navegação subaquática e o rastreamento são requisitos comuns para exploração e trabalho por mergulhadores, ROV , veículos submarinos autônomos (AUV) , submersíveis tripulados e submarinos semelhantes. Ao contrário da maioria dos sinais de rádio, que são rapidamente absorvidos, o som se propaga muito abaixo da água e a uma taxa que pode ser medida ou estimada com precisão. Assim, ele pode ser usado para medir distâncias entre um alvo rastreado e uma ou várias referências de estações de linha de base com precisão e triangular a posição do alvo, às vezes com precisão centimétrica. A partir da década de 1960, isso deu origem aos sistemas de posicionamento acústico subaquático que agora são amplamente usados.

Exploração sísmica

A exploração sísmica envolve o uso de som de baixa frequência (<100 Hz) para sondar o fundo do mar. Apesar da resolução relativamente pobre devido ao seu comprimento de onda longo, os sons de baixa frequência são preferidos porque as frequências altas são fortemente atenuadas quando viajam pelo fundo do mar. As fontes de som usadas incluem armas de ar , vibroseis e explosivos .

Tempo e observação climática

Sensores acústicos podem ser usados ​​para monitorar o som produzido pelo vento e pela precipitação . Por exemplo, um pluviômetro acústico é descrito por Nystuen. Os relâmpagos também podem ser detectados. A termometria acústica do clima oceânico (ATOC) usa som de baixa frequência para medir a temperatura global do oceano.

Oceanografia

Características do oceano em grande escala podem ser detectadas por tomografia acústica . As características do fundo podem ser medidas pelo sonar de varredura lateral e pelo perfil do subfundo .

biologia Marinha

Devido às suas excelentes propriedades de propagação, o som subaquático é utilizado como ferramenta de auxílio ao estudo da vida marinha, desde o microplâncton até a baleia azul . As sondas de eco são freqüentemente usadas para fornecer dados sobre a abundância, distribuição e informações comportamentais da vida marinha. Eco-sondas, também chamadas de hidroacústica, também são usadas para localização, quantidade, tamanho e biomassa dos peixes.

A telemetria acústica também é usada para monitorar peixes e fauna marinha. Um transmissor acústico é conectado ao peixe (às vezes internamente) enquanto uma série de receptores ouvem as informações transmitidas pela onda sonora. Isso permite que os pesquisadores acompanhem os movimentos dos indivíduos em uma escala de pequeno a médio porte.

O camarão-pistola cria bolhas de cavitação sonoluminescente que atingem até 5.000 K (4.700 ° C)

Física de partículas

Um neutrino é uma partícula fundamental que interage muito fracamente com outras matérias. Por isso, requer aparelhos de detecção em grande escala, e o oceano às vezes é usado para esse fim. Em particular, acredita-se que os neutrinos de ultra-alta energia na água do mar podem ser detectados acusticamente.

Veja também

Referências

links externos