你知道吗？
声学不仅涉及声音在空气中的传播，还涉及声音在水中的传播。研究声音传播及其在水中的表现的学科称为水下声学。水下声学是科学的一个分支，它已经成为自第一次世界大战以来一直使用的技术。甚至在此之前，1490年，列奥纳多·达·芬奇在一篇文章中阐述了他的理论“如果你将你的船停在海洋中并你把一根长管的一侧放入水中，然后把耳朵放在另一侧，你就能从很远的地方听到船的声音。”这表明水声技术早已为人所知。
在第二次世界大战中，在军事案例中，水声学被用作通信平台，通过水传递信息。 1925年，水声学被用来根据获得的声波来测量海洋深度——它的用途之一就是找到坠入海底的飞机。随着时间的推移，许多技术被开发出来并进行了研究。
探鱼器导航工具也是渔民可以使用的应用程序之一。这些工具可用于渔民寻找海洋中的鱼群。我们还可以根据传播的声音的频率范围知道鱼群距船舶的距离和位置。
在工业中，水声学已被应用于确定海洋中石油和天然气的存在。使用的方法非常有效且高效。在灾害管理中，基于从海底检测到的次声波的传播，开发了海上海啸的早期检测。近年来，一项引起许多研究兴趣的技术是自主水下航行器（AUV）。 AUV是一种无人水下航行器，AUV可以识别水下生物和物理。使用AUV可以成为识别近岸水域形状状况的最佳选择，因为它可以长期运行。此外，使用AUV还可以避免对珊瑚礁和海洋生态系统的破坏。
水下研究的必要性相当高，特别是对于像印度尼西亚这样拥有广阔海洋的国家。采矿作业、珊瑚礁观测、海上石油勘探和海上事故需要水下声学研究。
波速是振动穿过介质的速率。声音在水中的传播速度比在空气中更快且传播距离更远，因为水的机械特性与空气不同。我们知道，声波在空气中传播的速度在333m/s到340m/s之间，声波在水中的传播速度是声波在空气中的传播速度的四倍。声波在水中的传播速度为 1500 m/s 至 1520 m/s。我们知道声音传播是由于介质中粒子的上下运动而发生的。在海上，海水深度越深，压力就越高。高压水粒子将被压缩，以便它们继续传播声音而不会损失太多能量。此外，水中的密度比空气中的密度高。这导致声音可以在水中快速传播且传播得很远。不幸的是，海水中的声速不是一个恒定值。随地点、季节、早晚以及水深的不同，其变化幅度很小（百分之几）。尽管声速的变化并不大，但它们对声音在海洋中的传播方式具有重要影响。然而，海水的温度也会影响声波的速度，温水比冷水传播得更快、更远。
根据温度的不同，海洋分为三层，即混合水、温跃层和深水。在温跃层中，温度从海洋的混合上层到更冷的深水迅速降低。在温跃层中，声波的速度随着海水的深度而减小。在温跃层以下的层中，温度再次恒定，压力增加。在这一层中，声波的速度再次随着海水深度的增加而增加。
众所周知，波长与频率成反比。
从以上公式中可以看出，频率越低，波长越长。因此，20 Hz 声波在水中的长度为 75 m，而 20 Hz 声波在空气中的长度仅为 17 m，通常用于捕获水下声音的传感器是水听器或水下麦克风。
分贝作为声压的单位，是压力测量值与参考压力之间的比率。请注意，空气中的参考压力与水是不同的。因此，水中 150 分贝的声音与空气中 150 分贝的声音不同。在空气中，参考压力为20μPa，在水中，参考压力为1μPa。根据声压级方程，空气中的 dB 到水中的换算值为
水的特性阻抗约为空气的3600倍
因此，空气与水的换算系数为
例如，如果喷气发动机在空气中的声音为 135 分贝，那么在水中的声音为 197 分贝。
Written by:
Adetia Alfadenata
Acoustic Engineer
Geonoise Indonesia
support.id@geonoise.asia
Reference:
- Urick, Robert J.1983.” Principal of Underwater Sound/3rd Edition”.McGraw-Hill Book Company
- Nieukirk, Sharon.” Understandig Ocean Acoustic”.NOAA Ocean explorer Webmaster
- Singh H, Roman C, Pizarro O, Eustice R. Advances in High Resolution Imaging from Underwater Vehicles. In: Thrun S, Brooks R, Durrant-Whyte H, editors. Robotics Research. vol. 28 of Springer Tracts in Advanced Robotics. Springer Berlin Heidelberg; 2007. p. 430–448
- Pike, John. “Underwater Acoustic”. Diakses secara online melalui https://fas.org/man/dod-101/sys/ship/acoustics.htm
- Discovery of Sound in the Sea.”How does sound in air differ from sound in water?” diakses secara online melalui https://dosits.org/science/sounds-in-the-sea/how-does-sound-in-air-differ-from-sound-in-water/
