Звуки в морских глубинах

Значительное влияние на дальность распространения звука оказывает рефракция. Чем больше разнородность среды, тем больше искривляется звуковой луч, тем меньше дальность распространения звука. Количество неоднородностей в воде различно и зависит от времени года, иногда даже от времени суток.

Установлено, что зимой дальность распространения звука больше, чем летом. Это происходит потому, что условия среды, т. е. распределение температуры слоев, таковы, что звуковой луч не загибается вниз ко дну, а, загибаясь вверх, распространяется вдоль поверхности.

Замечено также, что летом после большого шторма дальность распространения звука увеличивается. Объясняется это тем, что слои воды с различной температурой перемешиваются и среда становится более однородной.

Но в море бывают случаи, когда звуковая энергия в воде распространяется в десятки и сотни раз дальше, чем обычно. Это бывает тогда, когда существует так называемый подводный звуковой канал, создаваемый природой.

Явление распространения звуковой энергии в подводном звуковом канале объяснено советским ученым Л. М. Бреховских.

Подводный звуковой канал возникает чаще всего в океане и представляет собой область глубин, где скорость звука вначале уменьшается, а достигнув минимума, начинает возрастать (рис. 25).

Рис. 25. Распространение звука в подводном звуковом канале.

Верхняя и нижняя границы подводного звукового канала представляют глубину с равными скоростями звука. За ось канала принимается глубина с наименьшей скоростью звука. Звук будет распространяться дальше, если источник звука будет находиться на оси подводного звукового канала.

Очень большая дальность распространения звука в канале объясняется тем, что звуковые лучи проходят большие расстояния, претерпевая полное внутреннее отражение от верхней и нижней границ звукового канала, не выходя за его пределы. Распространяется звук вдоль оси звукового канала.

Когда в таком звуковом канале была взорвана бомба весом 1,8 килограмма, взрыв был слышен на расстоянии 4200 километров вместо 20–30 километров, если бы бомба была взорвана в обычных условиях.

Другой, более характерный, опыт был проведен в районе Австралии. Звук от взрыва бомбы весом 22,5 килограмма был слышен на расстоянии 19 200 километров. Звук прошел этот путь за 3 часа 43 минуты. Но необходимо учесть, что дальность распространения звука в море зависит не только от среды, но и от мощности источника звука, направленности и длины волны. Чем больше мощность, направленность и длина волны, тем больше дальность распространения звука.

Эффект Допплера

Каждый из вас, вероятно, обращал внимание на изменение тона звука гудка быстро приближающегося паровоза. Тон звука повышается с приближением паровоза и понижается по мере его удаления.

Чем больше скорость сближения с источником звука, тем изменение тона звука заметнее.

При движении наблюдателя к источнику звука или, наоборот, источника звука к наблюдателю ухо наблюдателя воспринимает в единицу времени большее число звуковых волн, чем если бы источник звука и наблюдатель были неподвижны относительно один другого.

Чем больше скорость сближения, тем больше волн воспринимает ухо, тем чаще будет колебаться барабанная перепонка и, следовательно, тем выше будет тон воспроизводимого звука.

Явление изменения тона звука при движении источника звука или наблюдателя называется эффектом Допплера.

Эффект Допплера существует и в море. В гидроакустике он играет очень важную роль.

Звук, отраженный от какого-либо предмета, например от подводной лодки, будет иметь определенный тон. Такой же тон будет иметь отраженный звук от пузырьков воздуха в воде, т. е. тон реверберации. Но если предмет, от которого отражаются волны, будет сближаться с приемником, то тон отраженного звука (тон эха) будет повышаться, а тон реверберации останется прежним. На основании этого можно сделать очень важный вывод: если мы заметим, что тон эха от подводного предмета повышается по сравнению с тоном реверберации, значит, предмет перемещается и, более того, он перемещается в сторону сближения, а если тон эха понижается, следовательно, предмет идет на удаление. Если же тон эха не изменится — предмет либо стоит на месте, либо перемещается перпендикулярно направлению от приемника на предмет. Эффект Допплера можно проиллюстрировать рисунком, называемым «розой Допплера» (рис. 26).

Рис 26. «Роза Допплера».

Опытный гидроакустик может определить курс подводной лодки в подводном положении с точностью примерно до 30°. Для этого он определяет тон эха и по «розе Допплера» определяет курс подводной лодки.

Надежный сторож

Не все порты и базы оборудованы причалами, к которым могут подходить крупные корабли и транспорты. Поэтому корабли вынуждены становиться на якорь на внутренних или внешних рейдах.

При стоянке кораблей и транспортов на рейдах создается опасность атаки вражескими подводными лодками, находящимися в подводном положении.