水中音響解析

水は光や電波をすぐに吸収してしまうが、音、とくに低い周波数の音はほとんど吸収しない。だから海の中で遠くと情報をやり取りする手段は音になる。音が弱まる理由は、広がって薄まることと、水に吸収されることの2つだ。吸収は周波数の2乗にほぼ比例して増えるので、低い音ほど遠くまで届く。さらに海の音速は水温・塩分・深さで変わり、音は音速の遅い方へ曲がる。深さ1,000 m前後には音速が最も遅い層があり、そこに閉じ込められた音は数千kmも届くことがある。水中音響の解析は、この音速の分布と吸収を入れて、音がどこへどれだけ届くかを計算する。

広がりによる損失は周波数によらず、距離の対数で増える。一方、吸収は距離に比例して増え、その係数が周波数で大きく違う。だから近くでは広がりの損失が大部分を占め、周波数の差は小さいが、遠くでは吸収が効いてくる。10 kHzの吸収は1 kmで1.2 dBだが、50 kmでは60 dB近くになる。高い周波数は波長が短いので小さな物を見分けられ、装置も小さくできるが、遠くへは届かない。だからソナーは、目的の距離と見分けたい大きさから周波数を選ぶ。また実際の海では、音速の分布で音が曲がって届かない領域（影）ができたり、海面や海底で反射したりするので、音線法や放物型方程式で伝わり方を計算する。

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