Гідроак у стіки (від гідро ... і акустика ), Розділ акустики, що вивчає поширення звукових хвиль в реальному водному середовищі (в океанах, морях, озерах і т.д.) для цілей підводного локації, зв'язку і т.п. Істотна особливість підводних звуків - їх мале загасання, внаслідок чого під водою звуки можуть поширюватися на значно більші відстані, ніж, наприклад, в повітрі. Так, в області чутних звуків для діапазону частот 500-2000 гц дальність поширення під водою звуків середньої інтенсивності досягає 15-20 км, а в області ультразвуку - 3-5 км. Якщо виходити з величин загасання звуку, які спостерігаються в лабораторних умовах в малих обсягах води, то можна було б очікувати значно більших відстаней. Однак в природних умовах, крім загасання, обумовленого властивостями самої води (т. Н. В'язкого затухання), позначаються ще рефракція звуку і його розсіювання і поглинання різними неоднорідностями середовища.

Рефракція звуку, або викривлення шляху звукового променя, викликається неоднорідністю властивостей води, головним чином по вертикалі, внаслідок трьох основних причин: зміни гідростатичного тиску з глибиною, зміни солоності і зміни температури внаслідок неоднакового прогрівання маси води сонячними променями. В результаті сукупної дії цих причин швидкість поширення звуку, що становить близько 1450 м / сек для прісної води і близько 1500 м / сек для морської, змінюється з глибиною, причому закон зміни залежить від пори року, часу дня, глибини водойми і ряду ін. Причин . Звукові промені, що вийшли з джерела під деяким кутом до горизонту, згинаються, причому напрямок вигину залежить від розподілу швидкостей звуку в середовищі (рис. 1). Влітку, коли верхні шари тепліше нижніх, промені згинаються донизу і в більшості своїй відбиваються від дна, втрачаючи при цьому значну частку своєї енергії. Навпаки, взимку, коли нижні шари води зберігають свою температуру, тим часом як верхні шари охолоджуються, промені згинаються догори і зазнають багаторазові відбиття від поверхні води, при яких втрачається значно менше енергії. Тому взимку дальність поширення звуку більше, ніж влітку. Внаслідок рефракції утворюються т. Н. мертві зони (зони тіні - см. рис. 1, а), т. е. області, розташовані недалеко від джерела, в яких чутність відсутня.

Наявність рефракції, однак, може призводити до збільшення дальності поширення звуку - явищу зверхдалекого поширення звуків під водою. На деякій глибині під поверхнею води знаходиться шар, в якому звук поширюється з найменшою швидкістю; вище цієї глибини швидкість звуку збільшується через підвищення температури, а нижче - внаслідок збільшення гідростатичного тиску з глибиною. Цей шар являє собою своєрідний підводний звуковий канал. Луч, що відхилився від осі каналу вгору або вниз, внаслідок рефракції завжди прагне потрапити в нього назад (рис. 2). Якщо помістити джерело і приймач звуку в цьому шарі, то навіть звуки середньої інтенсивності (наприклад, вибухи невеликих зарядів в 1-2 кг) можуть бути зареєстровані на відстанях в сотні і тисячі км. Істотне збільшення дальності поширення звуку при наявності підводного звукового каналу може спостерігатися при розташуванні джерела і приймача звуку не обов'язково поблизу осі каналу, а, наприклад, у поверхні. В цьому випадку промені, рефрагіруя донизу, заходять в глибоководні шари, де вони відхиляються догори і виходять знову до поверхні на відстані в кілька десятків кілометрів від джерела. Далі картина поширення променів повторюється і в результаті утворюється послідовність т. Н. вторинних освітлених зон, які зазвичай простежуються до відстаней в декілька сотень км. Явище зверхдалекого поширення звуку в море було відкрито незалежно американськими вченими М. Івінг і Дж. Ворцель (1944) і радянськими вченими Л. М. Бреховскіх і Л. Д. Розенбергом (1946).

На поширення звуків високої частоти, зокрема еле, коли довжини хвиль дуже малі, впливають дрібні неоднорідності, зазвичай наявні в природних водоймах: мікроорганізми, бульбашки газів і т.д. Ці неоднорідності діють двояким чином: вони поглинають і розсіюють енергію звукових хвиль. В результаті з підвищенням частоти звукових коливань дальність їх поширення скорочується. Особливо сильно цей ефект помітний в поверхневому шарі води, де найбільше неоднорідностей. Розсіювання звуку неоднородностями, а також нерівностями поверхні води і дна викликає явище підводного реверберації , Що супроводжує посилку звукового імпульсу: звукові хвилі, відбиваючись від сукупності неоднорідностей і зливаючись, дають затягування звукового імпульсу, що триває після його закінчення, подібно реверберації, що спостерігається в закритих приміщеннях. Підводна реверберація - досить значна перешкода для ряду практичних застосувань Г., зокрема для гидролокациі .

Межі дальності поширення підводних звуків лімітуються ще й т. Н. власними шумами моря, мають двояке походження. Частина шумів виникає від ударів хвиль на поверхні води, від морського прибою, від шуму перекочувати гальки і т.п. Інша частина пов'язана з морською фауною; сюди відносяться звуки, вироблювані рибами і ін. морськими тваринами (докладніше див. Біогідроакустіка ).

Г. отримала широке практичне застосування, тому що ніякі види електромагнітних хвиль, включаючи і світлові, не поширюються в воді (внаслідок її електропровідності) на скільки-небудь значній відстані, і звук тому є єдиним можливим засобом зв'язку під водою. Для цих цілей користуються як звуковими частотами від 300 до 10000 гц, так і ультразвуками від 10000 гц і вище. Як випромінювачів і приймачів в звуковий області використовуються електродинамічні і п'єзоелектричні випромінювачі і гідрофони , А в ультразвукової - п'єзоелектричні і магнітострикційні. З найбільш істотних застосувань Г. слід зазначити ехолот , гідролокатори , Якими користуються для вирішення військових завдань (пошуки підводних човнів противника, бесперіскопная торпедний атака і т.д.); для морехідних цілей (плавання поблизу скель, рифів і ін.), рибопромислової розвідки, пошукових робіт і т.д. Пасивним засобом підводного спостереження служить шумопеленгатори , Що дозволяє визначити напрямок джерела шуму, наприклад корабельного гвинта. Підводні міни забезпечуються т. Н. акустичними замикачами (детонаторами), що викликають вибух заряду міни в момент проходження над нею корабля. Саморушні торпеди можуть самонаправляючі на корабель по його шуму і т.д.

Літ .: Фізичні основи підводного акустики, пров. з англ., під ред. В. І. Мясищева, М., 1955; Бреховских Л. М., Хвилі в шаруватих середовищах, М., 1957; Підводна акустика, пров. з англ., під ред. Л. М. Бреховских, т. 1, М., 1965, т. 2, М., 1970: Сташкевич А. П., Акустика моря, Л., 1966: Толстой І., Клей К. С., Акустика океану , пров. з англ., М., 1969.

Л. Д. Розенберг. Р. Ф. Швачко.

Мал. 2. Поширення звуку в підводному звуковому каналі: а - зміна швидкості звуку з глибиною; б - хід променів в звуковому каналі.

Мал. 1. Рефракція звуку в воді: а - влітку; б - взимку; зліва - зміна швидкості з глибиною.