Nhu cầu nghiên cứu sóng âm dưới nước rất được coi trọng, đặc biệt đối với những quốc gia có diện tích đại dương lớn.

Sóng âm trong nước

Nghiên cứu sóng âm không chỉ về sự lan truyền âm trong không khí, mà còn về sự lan truyền âm trong nước. Nghiên cứu về sự lan truyền âm và cách nó hoạt động trong nước được gọi là âm học dưới nước. Âm học dưới nước là một nhánh của khoa học và đã trở thành một công nghệ được sử dụng từ Thế chiến I. Ngay trước đó, vào năm 1490, Leonardo da Vinci đã đưa ra lý thuyết của mình trong một bài viết “nếu bạn dừng tàu của bạn trên biển và bạn đặt một bên của một ống dài vào nước, sau đó đưa tai của bạn vào bên kia, bạn sẽ nghe thấy âm thanh của tàu từ khoảng cách xa.” Điều này cho thấy công nghệ âm học dưới nước đã được biết đến từ lâu.

*Bản thiết tàu ngầm của Leonardo da Vinci*

Trong Thế chiến II, trong các trường hợp quân sự, sóng âm dưới nước đã được sử dụng như một nền tảng giao tiếp để truyền thông tin qua nước. Vào năm 1925, âm học dưới nước đã được sử dụng để đo độ sâu của đại dương dựa trên sóng âm thu được – một trong những ứng dụng của nó là tìm kiếm xác máy bay rơi xuống đáy biển. Thời gian trôi qua và nhiều công nghệ được phát triển và tiến hành nghiên cứu.

Một trong những ứng dụng cũng có thể được sử dụng cho ngư dân là các công cụ định vị cá. Các công cụ này có thể được sử dụng để tìm kiếm đàn cá trong đại dương. Chúng ta cũng có thể biết được khoảng cách và vị trí của đàn cá từ tàu dựa trên dải tần số của âm thanh truyền đi.

Trong ngành công nghiệp, sóng âm dưới nước đã được áp dụng để xác định sự hiện diện của dầu và khí trong biển. Phương pháp này khá hiệu quả và hiệu suất. Trong quản lý thiên tai, việc phát hiện sớm sóng thần từ biển đã được phát triển dựa trên sự lan truyền của âm thanh hạt nhân được phát hiện từ đáy biển. Trong những năm gần đây, một công nghệ đã thu hút sự quan tâm trong nhiều nghiên cứu là Xe tự hành Dưới nước (AUV). AUV là một phương tiện không người lái dưới nước, nơi AUV có thể nhận biết sinh học và vật lý dưới nước. Việc sử dụng AUV có thể là lựa chọn tốt nhất trong việc xác định điều kiện hình dạng của các vùng nước ven biển vì nó có thể hoạt động trong thời gian dài. Ngoài ra, việc sử dụng AUV cũng có thể tránh gây hại cho rạn san hô và hệ sinh thái biển.

Nhu cầu nghiên cứu dưới nước khá cao, đặc biệt là đối với các quốc gia có đại dương rộng lớn như Indonesia. Nghiên cứu âm học dưới nước cần thiết trong các hoạt động khai thác mỏ, quan sát rạn san hô, khám phá dầu và khí đáy biển, và tai nạn biển.

Tốc độ của một sóng là tốc độ mà các dao động di chuyển qua chất trung gian. Âm thanh di chuyển nhanh hơn trong nước và có thể đi xa hơn so với trong không khí do các đặc tính cơ học của nước khác biệt so với không khí. Được biết rằng tốc độ lan truyền sóng âm trong không khí nằm trong khoảng từ 333 m/s đến 340 m/s, trong khi tốc độ lan truyền sóng âm trong nước nhanh hơn gấp bốn lần so với tốc độ lan truyền trong không khí. Tốc độ lan truyền sóng âm trong nước dao động từ 1500 m/s đến 1520 m/s. Sự lan truyền âm xảy ra do sự tăng giảm của các hạt trong môi trường. Trên biển, càng sâu biển càng nhiều áp suất. Các hạt nước có áp suất cao sẽ bị nén để tiếp tục lan truyền âm mà không mất nhiều năng lượng. Ngoài ra, mật độ trong nước cao hơn so với mật độ trong không khí. Điều này khiến âm thanh có thể lan truyền nhanh và xa hơn trong nước. Thật không may, tốc độ âm thanh trong nước biển không phải là một giá trị hằng số. Nó thay đổi một chút (một vài phần trăm) từ nơi này đến nơi khác, từ mùa này sang mùa khác, từ buổi sáng đến buổi tối và theo độ sâu của nước. Mặc dù sự biến đổi trong tốc độ âm thanh không lớn, nhưng nó có tác động quan trọng đến cách âm thanh lan truyền trong đại dương. Tuy nhiên, nhiệt độ trong nước biển cũng ảnh hưởng đến tốc độ sóng âm, nước ấm di chuyển nhanh hơn và xa hơn nước lạnh.

Có ba lớp trong biển, dựa vào nhiệt độ của nó, đó là nước hỗn hợp, lớp nhiệt đới và nước sâu. Trong lớp nhiệt đới, nhiệt độ giảm nhanh từ lớp trên cùng hỗn hợp của đại dương xuống đáy biển lạnh hơn nhiều. Trong lớp nhiệt đới, tốc độ sóng âm giảm theo độ sâu của biển. Trong lớp dưới lớp nhiệt đới, nhiệt độ trở nên ổn định trở lại và áp suất tăng. Trong lớp này, tốc độ sóng âm lại tăng theo độ sâu của biển.

Các tính sóng âm trong nước

Như chúng ta đã biết, bước sóng tỉ lệ nghịch với tần số.

Như bạn có thể thấy từ phương trình trên, tần số càng thấp, bước sóng càng dài. Do đó, sóng âm 20 Hz dài 75 mét trong nước, trong khi sóng âm 20 Hz chỉ dài 17 mét trong không khí. Thông thường, cảm biến được sử dụng để thu âm dưới nước là hydrophone hoặc micro dưới nước.

Decibel là tỷ lệ giữa đo áp suất âm thanh và áp suất tham chiếu. Lưu ý rằng áp suất tham chiếu trong không khí với nước là khác nhau. Do đó, âm thanh 150 decibel trong nước khác với âm thanh 150 decibel trong không khí. Trong không khí, áp suất tham chiếu là 20 μPa, trong khi trong nước, áp suất tham chiếu là 1 μPa. Theo phương trình mức áp suất âm thanh, giá trị chuyển đổi dB trong không khí là

Đặc tính trở kháng đặc tính của nước gấp khoảng 3600 lần trở kháng của không khí

Do đó, hệ số chuyển đổi của không khí và nước là

Ví dụ, nếu âm thanh của động cơ máy bay trong không khí là 135 dB, thì trong nước nó tương đương với 197 dB.

Thiết bị đo âm thanh

›

› Máy đo độ ồn Nor145‹‹

›› Data Logger đo âm thanh‹‹

›› Camera chụp âm thanh‹‹

Xét theo chức năng có thể chia máy đo độ ồn thành hai dạng đơn giản và phức tạp. Máy đo độ ồn đơn giản thông thường chỉ có thể đo được mức âm thanh của nguồn âm phát ra tại thời điểm thời gian thực và một vài thông số đo khác. Còn lại là máy đo độ ồn có tích hợp thêm chức năng phân tích dải tần số giúp bạn có một cái nhìn tổng quan hơn phù hợp cho các phép phân tích chuyên sâu

Máy đo độ ồn với dạng thân và ống có micro là dạng phổ biến nhất, ngoài ra nó còn ở các dạng data logger thu thập dữ liệu theo chu kỳ dài hạn hoặc dạng camera để có thể quan sát được hình dạng của âm thanh

Độ chính xác của máy đo độ ồn củng có thể được xem là một yếu tố để phân chia loại thiết bị này: độ chính xác Class 1 thường sử dụng cho nghiên cứu và kiểm định, Class 2 cho các phép kiểm tra thông thường, Class 3 sử dụng cho các phép đo đời thường không cần độ chính xác cao

Bộ thiết bị đo lường cách âm của Norsonic