하이드로폰

Hydrophone
악기인 유압기와 혼동하지 않기.

하이드로폰 (고대 그리스어: ὕδωρ + φωνή, 불이 켜짐) 'water + sound')는 수중에서 수중음을 녹음하거나 듣기 위해 사용할 수 있도록 설계된 마이크입니다.대부분의 하이드로폰은 음파와 같은 압력 변화를 받으면 전위를 발생시키는 압전 변환기를 기반으로 합니다.

하이드로폰은 공기 중의 소리를 감지할 수 있지만, 공기보다 밀도가 높은 유체인 물의 음향 임피던스와 일치하도록 설계되었기 때문에 둔감할 것입니다.소리는 물 속에서 공기보다 4.3배나 빠르게 진행되고, 물 속의 음파는 공기 속에서 같은 진폭의 파동이 작용하는 압력의 60배를 발휘합니다.마찬가지로, 표준 마이크로폰도 방수 용기에 넣으면 땅에 묻히거나 물에 잠길 수 있지만, 마찬가지로 나쁜 음향 임피던스 때문에 성능이 떨어집니다.

역사

북대서양으로 내려가고 있는 하이드로폰.

최초의 친수성은 물에 잠긴 끝과 다른 끝에 있는 관찰자의 귀를 덮는 얇은 막을 가진 관으로 구성되어 있었습니다.[1] 효과적인 친수성의 설계는 공기의 3750배인 물의 음향 저항을 고려해야 합니다. 따라서 공기 중에서 같은 세기의 파동이 작용하는 압력은 물에서 3750배 증가합니다.American Submarine Signaling Company는 등대와 조명선에서 울리는 수중 벨을 감지하기 위한 하이드로폰을 개발했습니다.[2] 이 케이스는 두께가 두껍고 속이 빈 황동 디스크로 직경이 35cm(14인치)였습니다.한쪽 면에는 1 밀리미터(0.039인치) 두께의 황동 진동판이 있었고, 이 진동판은 짧은 황동 막대를 탄소 마이크로폰에 연결했습니다.

제1차 세계 대전

전쟁 초기, 프랑스 대통령 레이몽 푸앵카레는 폴 랑주뱅에게 음향 펄스로부터 에코로 잠수함을 찾는 방법에 필요한 시설을 제공했습니다.그들은 진공관 증폭기로 신호의 출력을 높여 압전 하이드로폰을 개발했습니다. 압전 물질의 높은 음향 임피던스는 수중 트랜스듀서로의 사용을 용이하게 했습니다.동일한 압전판이 전기 발진기에 의해 진동되어 사운드 펄스를 생성할 수 있습니다.

1916년 4월 23일 독일의 UC-3 잠수함이 최초로 원시적인 하이드로폰을 사용하여 탐지하고 격침시킨 것입니다.UC-3는 대잠 트롤선 치리오호가 UC-3 바로 위에 있을 때 탐지되었고, UC-3는 트롤선이 끌고 간 강철 그물에 걸려 큰 수중 폭발 후 침몰했습니다.[4][5]

배플을 이용한 하이드로폰 및 방향성 하이드로폰.

전쟁 후반, 영국 해군은 U보트를 어떻게 전투할 것인지에 대해 조언하기 위해 뒤늦게 과학 위원회를 소집했습니다.호주의 물리학자 윌리엄 헨리 브래그와 뉴질랜드의 물리학자 어니스트 러더퍼드 경이 포함되어 있었습니다.그들은 잠수함을 듣기 위해 친수성을 사용하는 것이 가장 좋은 희망이라고 결론지었습니다.러더퍼드의 연구는 그의 유일한 하이드로폰 특허를 만들었습니다.Bragg는 1916년 7월에 주도권을 잡았고 Fourth 1일에 Hawkraig에 있는 Admiralty hydrophone 연구소로 옮겼습니다.

과학자들은 두 가지 목표를 세웠는데, 그 이유는 그들이 탄 초계함이 내는 소음에도 불구하고 잠수함의 소리를 들을 수 있는 하이드로폰을 개발하는 것과 잠수함의 베어링을 드러낼 수 있는 하이드로폰을 개발하는 것입니다.East London College에서 양방향 하이드로폰이 발명되었습니다.그들은 원통형 케이스에 격막의 양쪽에 마이크를 장착했습니다; 두 마이크에서 들리는 소리가 같은 세기일 때, 마이크는 음원과 일치합니다.

브래그의 실험실은 진동판의 한쪽 면 앞에 배플을 장착함으로써 이러한 하이드로폰 방향성을 만들었습니다.효과적인 배플이 공기층을 포함해야 한다는 것을 발견하는 데는 몇 달이 걸렸습니다.[8] 1918년 대잠수함전에 참가한 영국 해군항공대의 비행선들은 침지된 친수성을 추적하는 실험을 했습니다.[9]브래그는 나포된 독일 유보트에서 하이드로폰을 시험해본 결과 영국 모델들보다 성능이 떨어지는 것을 발견했습니다.전쟁이 끝날 무렵, 영국군은 38명의 친수성 장교와 200명의 자격을 갖춘 청취자를 보유하게 되었고, 하루에 4d를 추가로 지불하게 되었습니다.

1차 세계대전 말부터 1920년대 초까지 수중 음파 탐지기가 잠수함의 유일한 표적 탐지 수단이었던 친수성은 오늘날에도 여전히 유용하게 사용되고 있습니다.

방향성 친수성

작은 단일 원통형 세라믹 변환기는 거의 완벽한 전방향 수신을 달성할 수 있습니다.방향성 하이드로폰은 두 가지 기본 기술을 사용하여 한 방향에서 감도를 높입니다.

초점 변환기

이 장치는 반사 망원경과 유사한 방식으로 신호의 초점을 맞추기 위해 접시 또는 원뿔 모양의 소리 반사기가 있는 단일 변환기 요소를 사용합니다.이 유형의 하이드로폰은 저가의 전방위 타입으로 생산될 수 있지만 반사경이 물을 통해 반사경의 움직임을 방해하기 때문에 정지 상태에서 사용해야 합니다.지시하는 새로운 방법은 하이드로폰 주변에 구형의 몸체를 사용하는 것입니다.지향성 구체의 장점은 물 속에서 친수성이 이동할 수 있어 원뿔 모양의 원소가 만들어내는 간섭을 제거할 수 있다는 것입니다.

배열

여러 개의 하이드로폰을 배열하여 원하는 방향에서 신호를 추가하고 다른 방향에서 신호를 빼도록 할 수 있습니다.배열은 빔포머를 사용하여 조종할 수 있습니다.가장 일반적으로, 친수성은 "라인 어레이"[11]로 배열되지만 측정되는 것에 따라 많은 다른 배열로 배열될 수 있습니다.예를 들어, 함대의 프로펠러 소음을 측정하는 물품에서 실행 가능한 측정을 달성하기 위해 복잡한 친수성 배열 시스템이 필요했습니다.

SOSUS 하이드로폰은 1950년대부터 미국 해군이 그린란드, 아이슬란드 및 영국에서 GIUK 갭으로 알려진 라인을 따라 냉전 중 소련 잠수함의 움직임을 추적하기 위해 사용되었습니다.[13]이것들은 설명되지 않은 많은 바다 소리를 포함하여 극도로 낮은 주파수의 인프라 사운드를 명확하게 녹음할 수 있습니다.

참고 항목

메모들

  1. ^ Wood, A. B. (1930). A textbook of sound. London: G. Bell and Sons. pp. 446–461.
  2. ^ Van der Kloot, William (2014). Great Scientists wage the Great War. Stroud: Fonthill. p. 104.
  3. ^ Van der Kloot, 2014, pp. 110-112.
  4. ^ Thomas, Lowell (July 1929). "Fighting the Submarine". Popular Mechanics.
  5. ^ Brodie, Bernard; Brodie, Fawn M. (1973). From Crossbow to H-bomb: the evolution of tactics and warfare (First Midland ed.). Indiana University Press. p. 184. ISBN 0253201616.
  6. ^ 우드 1930, 페이지 457.
  7. ^ 우드 1930, 페이지 457.
  8. ^ Van der Kloot 2014, 페이지 110.
  9. ^ AIR 1/645/17/122/304 - 국립문서보관소 큐비행선 하이드로폰 실험.
  10. ^ Van der Kloot 2014, 페이지 125.
  11. ^ Abraham, Douglas A. (14 February 2019). Underwater Acoustic Signal Processing: Modeling, Detection, and Estimation. Springer. ISBN 978-3-319-92983-5.
  12. ^ 하이드로폰 어레이 시스템을 이용한 해상 소음 측정
  13. ^ 맥케이, D.G. "스코틀랜드 더 브레이브? 미국의 스코틀랜드 전략 정책 1953-1974".글래스고 대학교, 석사논문 (연구)2008. 2009년 10월 12일 접속.

참고문헌

외부 링크

위키미디어 커먼즈에는 하이드로폰과 관련된 미디어가 있습니다.