موضوع : بررسی کانال صوتی و انواع آن

توضیح: این فایل به صورت ورد و آماده چاپ می باشد

بررسی کانال صوتی و انواع آن
 (2-1) سرعت صوت در آب دريا
يكي ازمهمترين ويژگي هايي که با دانستن آن می توان، به بسياري ازخصوصيات صوت پي برد، سرعت صوت مي باشد. سرعت صوت را معمولاً با حرفC   نمايش مي دهند. كه مقدار آن درمواد مختلف(جامد، مايع، گاز) فرق دارد. مثلاً اگر گاز بعنوان محيط انتشار در نظر گرفته شود، سرعت صوت در آن نسبت به محيطی که چگالتر است، كمتر ، خواهد بود.(سرعت صوت درآب چهاربرابر بيشتر از سرعت صوت در هواست) اگر چه ممكن  است كه اين موضوع خلاف تصور ما باشد اما واقعيت اين است كه عامل مهمتري، يعني، كشساني ماده روي سرعت صوت تأثير مي گذارد. بنابر اين، مهمترين عامل تعيين كننده ميزان صوت، همين كميت مي باشد. و لازم به ذكر است كه سرعت صوت براي اقيانوس شناسان فيزيكي عامل بسيار مهم ، محسوب مي شود که آن هم به دليل اثرات مختلفي است كه سرعت صوت بر روي جذب و انعكاس صوت مي گذارد. پس لازم است كه كاملاً روش اندازه گيري و تعيين سرعت صوت توضيح داده شود.
با آزمايش روي حركت سيال،   و    از راه هاي متفاوتي ممكن است به يكديگر مربوط گردند. درقرن هفدهم نيوتن با استفاده از قانون بويل نوشت:
 همچنين براي يك فرآيند همدما :
                                      T=293K         (2-1-1)
كه ازآن نتيجه مي شود( ) 290      يعني %5 كمتر از مقدار مشاهده شده تا سال 1816 كه لاپلاس مشاهده كرد درمبادله گرما ، تراكم، در يك برج صوتي، خيلي به سرعت، رخ مي دهد و فرآيند آن هم آنتروپي می باشد، هيچ مقدار صحيح براي سرعت صوت بدست نياورد.
براي يك انبساط هم آنتروپي دريك گاز كامل می توان نوشت:                                                                                                   
با جای گذاری    K293 T= در معادله (2-1-2)خواهيم داشت : ( 1-  m.s )343C= ،  که با نتايج تجربی يکسان بود. پيش بيني سرعت صوت درمايعات نسبت به گازها دشوار تر است زيرا سرعت صوت درآب دريا به عواملي چون فشار، شوري، دما و مقدار گازهاي معلق بستگي دارد.
اولين تلاش هاي جدي براي اندازه گيري سرعت صوت در دريا به سال 1927 بر مي گردد براي اين كار شخصی به نام  Sunmst-Suado.. ، آزمايشي را به اين ترتيب انجام داد که يك جسم مادي را به داخل درياچه ي جنوا انداخت و با استفاده از زمان حركت ميان دو سيگنال در امتداد درياچه سرعت صوت را درآب اندازه گيری و محاسبه نمود. كه سرعت صوت درآب دريا( m.s-1  )435/1 در دماي C) º)  1/8  بدست آورد كه به طور عجيبي به مقدار اندازه گيري شده جديد آن نزديك بود.
درتحقيقات بعدي نه تنها بقاء صوت در دريا با استفاده ازسرعت صوت تعيين شد، بلكه تلاش براي پيدا كردن روشي كه آن را با مقدار استاندارد شده ربط دهد، نيز صورت گرفت و با پارامترهاي ا قيانوس شناسي مرتبط ساخت پارامترهائي نظير دما، شوري، عمق، كه حتی رابطه ميان آنها را نيز توانستند از اين طريق بدست آورند. همچنين با استفاده از مفاهيم ديگري كه درتئوري وجودداشت مثلاً استفاده ازخواص اصلي آب (حجم ويژه،گرماي ويژه) تعاريفي براي سرعت صوت ارائه دادند و اندازه گيري هائي نيز درآزمايشگاه سرعت صوت براي گستره هاي دما، شوري، فشار انجام دادند. با استفاده ازاين روش و با استفاده ازتئوري هاي مختلف، جدول سرعت صوت مدت ها قبل توسط هك (Heak)و جسروايز(gservice) و  متيوز(matthews)و كواهاوا(kuwahara) تهيه شد كه تقريباً 20 سال ازآن بعنوان جدول استاندارد سرعت صوت نام برده شد.
اغلب روش هاي تجربي مدرن، سنجش صوت را مستقيماً با به كارگيري از روش ها و تكنيك هاي آزمايشگاهي با كنترل شرايط محيطي انجام داده اند.
نمونه هائي از اندازه گيري هاي ويسل( weissler) و دلگروسو (Del Grosso )و ويلسون    
  (Wilson) موجود مي باشد كه ازهمين روش ها استفاده شده است.
 هردو روش، اندازه گيري سرعت صوت برحسب سه كميت اصلي (دما، شوري، فشار) مي باشد. عوامل فيزيكي نام برده شده تنها عوامل موثر بر روي سرعت صوت نيست بلكه عواملي نظير آلودگي آب، حباب هاي موجودات زنده نيز روي سرعت صوت تاثيرگذار می باشد. وابستگي سرعت به دما ، فشار با عمق و شوري را با استفاده از روابط تجربي بدست مي آيد. مثل رابطة سرعت صوت در آب شيرين، كه فقط تابعي از دما است ، از رابطه زير محاسبه می شود.    
                                                          (2-1-3)
كه درآن  T برحسب درجه سلسيوس و c  برحسب متر برثانيه است.
و يا سرعت صوت درآب دريا، كه تابعي از دما، شوري و فشار(عمق ) است و از رابطه زير بدست         مي آيد:
(2-1-4)     
كه T دما برحسب كلوين وS شوري برحسب قسمت درهزار و h  فشار يا عمق برحسب متر مي باشد.
جدول (2-1-1) رابطه سرعت صوت برحسب دما، شوري، عمق
محدوده دما و شوري    معادلات
 جدول (2-1-1) نشان مي دهد که سرعت صوت دردريا با افزايش دما، شوري و عمق افزايش مي يابد. ضرائب تقريبي براي آهنگ تغييرات همراه با كميت هاي نشان داده شده درجدول (2-1-1) كاملاً مشخص مي باشد.
 فهرست مطالب
بررسی کانال صوتی و انواع آن    1
(2-1) سرعت صوت در آب دريا    2
همچنين براي يك فرآيند همدما :    2
(2-1-1) تغيير پروفيل سرعت با تغيير عرض جغرافيايي ، فصل و زمان روز    9
(2-2) جذب صوت    11
(2-3) اتلاف انتقال    13
( 2-4) اکوستيک پرتو    15
(2-5) محدوديت هاي روش تئوري پرتو    20
(2-6) خصوصيات اکوستيکي لايه سطحي    21
(2-6-1) گراديان منفي :    21
(2-6-2) گراديان مثبت سطح    26
(2-7) انکسار امواج صوتي هنگام عبور از يک گراديان چگالي    27
(8 – 2) کانال صوتي زيرآب (underwater sound channe ) usc    28
(2-8- 1) تئوري پرتو براي کانال صوتي زير آب    28
(2 – 9) مدل خطي کانال صوتي زيرآب    31
(2-10) همگرايي پرتوهای  صوتی در كانال صوتي:    35
(2-11) فركانس‌هاي پايين در كانال صوتي    35
(2-12) مسيرهاي انتشار بين‌گيرنده و منبع اكوستيكي در ناحية عميق وکم عمق دريا در کانال صوتی.    36
(2-13) انتشار چند مسيره در كانال صوتي    37
(2-14) انواع كانال صوتي:    38
(2-14-1) كانال صوتي سطحي:    38
(2-14-2) كانال صوتي Canonical    39
(2-14-3) usc با دو محور:    41
(2-14-4) كانال صوتي داخلي:    41
(2-14-5) كانال صوتي عميق:    42
(2-14-5-1) مسير پرتوهاي صوتي در كانال صوتي عميق    43
(2-8-5-2) مدل اتلاف انتقال در كانال صوتي عميق    44
(2-14-6) كانال صوتي كم عمق    45
(7-14-2) كانال صوتي بالايه اختلاط    46