SUALTI AKUSTİĞİ :

GİRİŞ

Hazırlayan: SEMUEL FRANKO

skfranko et gmail.com

ii

İÇİNDEKİLER Sayfa

1 GİRİŞ: .......................................................................................................................................................... 1

2 SESLE İLGİLİ TEMEL BİLGİLER......................................................................................................... 1

2.1 SES NEDİR ............................................................................................................................................ 1 2.2 SESİN YAYILMASI................................................................................................................................. 1 2.3 SESLE İLGİLİ TEMEL TERİMLER ............................................................................................................ 1 2.4 SES ÇEŞİTLERİ ...................................................................................................................................... 3 2.5 YANSIMA (REFLECTİON)....................................................................................................................... 3 2.6 BÜKÜLME (REFRACTİON) ..................................................................................................................... 3 2.7 SNELL KANUNU.................................................................................................................................... 4

3 SU ALTI ORTAMI ..................................................................................................................................... 5

3.1 SES HIZINI ETKİLEYEN FAKTÖRLER...................................................................................................... 5 3.1.1 Tuzluluk........................................................................................................................................... 5 3.1.2 Basınç.............................................................................................................................................. 5 3.1.3 Sıcaklık ............................................................................................................................................ 5

3.2 SES HIZININ FORMÜLÜ ......................................................................................................................... 6 3.3 SU ALTINDAKİ KATMANLAR ................................................................................................................ 7

3.3.1 Karışım tabakası (Mixed layer)....................................................................................................... 7 3.3.2 Ana termoklin (Main thermocline) .................................................................................................. 8 3.3.3 Derin tabaka (Deep layer) .............................................................................................................. 8

3.4 SES HIZI ÖLÇÜMÜ............................................................................................................................... 11 3.5 SESİN YAYILMASI............................................................................................................................... 12

3.5.1 Sıcaklık gradyanı........................................................................................................................... 12 3.6 GÖLGE BÖLGESİ (SHADOW ZONE)...................................................................................................... 13

4 İLETİM KAYBI (TRANSMISSION LOSS).......................................................................................... 14

4.1 SESİN DAĞILMASI (SPREADİNG) ......................................................................................................... 14 4.1.1 Küresel dağılma (Spherical spreading)......................................................................................... 15 4.1.2 Silindirik dağılma (Cylindrical spreading) ................................................................................... 15

4.2 SESİN ZAYIFLAMASI (ATTENUATİON)................................................................................................. 15 4.2.1 Emilme kaybı (Absorption loss) .................................................................................................... 15 4.2.2 Saçılım ve yankılanma kaybı (Scattering and reverberation) ....................................................... 16

4.3 TOPLAM YAYILMA KAYBI (TOTAL TRANSMİSSİON LOSS) .................................................................. 19 5 SESİN YAYILMA YOLLARI ................................................................................................................. 19

5.1 DİREKT YAYILMA (DİRECT PATH PROPAGATİON) .............................................................................. 20 5.2 SATIH KANALI (SURFACE DUCT PROPAGATİON) ................................................................................ 20 5.3 DİP SIÇRAMASI (BOTTOM BOUNCE) ................................................................................................... 21 5.4 TOPLANMA BÖLGESİ (CONVERGENCE ZONE) ..................................................................................... 22 5.5 SES KANALLARI (SOUND CHANNEL) .................................................................................................. 23

5.5.1 Sığ ses kanalı (Shallow sound channel) ........................................................................................ 24 5.5.2 Derin ses kanalı (Deep sound channel)......................................................................................... 24

6 GÜRÜLTÜ VE ÇEŞİTLERİ (NOISE).................................................................................................... 26

6.1 KENDİ GÜRÜLTÜMÜZ (SELF NOİSE) .................................................................................................... 27

iii

6.1.1 Makine gürültüsü (Machinery Noise)............................................................................................ 27 6.1.2 Pervane gürültüsü (Propeller noise) ............................................................................................. 28 6.1.3 Hidrodinamik gürültü.................................................................................................................... 29

6.2 ÇEVRE GÜRÜLTÜSÜ (AMBİENT NOİSE)................................................................................................ 30 7 SU ALTI AKUSTİĞİ UYGULAMALARI.............................................................................................. 31

7.1 SONAR ................................................................................................................................................ 31 7.1.1 Sonar denklemleri ......................................................................................................................... 32 7.1.2 Sonar denklemi parametreleri....................................................................................................... 32 7.1.3 Aktif sonar denklemleri ................................................................................................................. 33 7.1.4 Pasif sonar denklemleri................................................................................................................. 34

7.2 SONOBOY............................................................................................................................................ 34 8 KAYNAKLAR........................................................................................................................................... 36

iv

ŞEKİL VE TABLO LİSTESİ

Sayfa ŞEKİL 2-1 : DEVİR, GENLİK VE DALGA BOYUNUN GÖSTERİMİ.................................................................................. 2 ŞEKİL 2-2 : SESİN YANSIMASI.................................................................................................................................. 3 ŞEKİL 2-3 : SESİN BÜKÜLMESİ................................................................................................................................. 4 ŞEKİL 2-4 : SNELL KANUNUNUN TEK VE ÇOK KATMANA UYGULANIŞI..................................................................... 4 ŞEKİL 3-1 : BASINÇ, TUZLULUK, SICAKLIK VE SES HIZININ JENERİK DEĞİŞİMİ ......................................................... 6 ŞEKİL 3-2 : SU ALTINDAKİ KATMANLAR ................................................................................................................. 7 ŞEKİL 3-3 : JENERİK SES HIZI PROFİLİ VE KATMANLAR............................................................................................ 9 ŞEKİL 3-4 : 30.50º BATI BOYLAMINDAKİ SES HIZI PROFİLİ....................................................................................... 9 ŞEKİL 3-5 : DERİN SES KANALI DERİNLİĞİ (M) HARİTASI ....................................................................................... 10 ŞEKİL 3-6 : SIĞ SULAR İÇİN JENERİK YAZ-KIŞ MEVSİMİ SES HIZI PROFİLİ ............................................................... 10 ŞEKİL 3-7 : 50 M DERİNLİKTEKİ YILLIK ORTALAMA SES HIZI, EGE DENİZİ............................................................. 11 ŞEKİL 3-8 : BATİTERMOGRAF İLE SES HIZI ÖLÇÜMÜ ............................................................................................. 11 ŞEKİL 3-9 : İZOTERMAL SICAKLIK GRADYANINDA YAYILIM.................................................................................. 12 ŞEKİL 3-10 : NEGATİF SICAKLIK-HIZ GRADYANINDA YAYILIM.............................................................................. 13 ŞEKİL 3-11 : POZİTİF SICAKLIK-HIZ GRADYANINDA YAYILIM................................................................................ 13 ŞEKİL 3-12 : JENERİK SES HIZI VE GÖLGE BÖLGESİ PROFİLİ ................................................................................... 14 ŞEKİL 4-1 : KÜRESEL VE SİLİNDİRİK YAYILMA...................................................................................................... 15 ŞEKİL 4-2 : SAÇILIM/YANKILANMAYA NEDEN OLAN ETMENLER........................................................................... 17 ŞEKİL 4-3 : YÜZEY SAÇILIMI/YANKILANMASI ....................................................................................................... 17 ŞEKİL 4-4 : HACİM SAÇILIMI/YANKILANMASI ....................................................................................................... 18 ŞEKİL 4-5 : DİP SAÇILIMI/YANKILANMASI............................................................................................................. 18 ŞEKİL 4-6 : TOPLAM YAYILMA KAYBININ FREKANS VE MENZİLE BAĞLI DEĞİŞİMİ ................................................. 19 ŞEKİL 5-1 : SESİN DİREKT YAYILMASI ................................................................................................................... 20 ŞEKİL 5-2 : SESİN SATIH KANALINDA YAYILMASI ................................................................................................. 21 ŞEKİL 5-3 : DİP SIÇRAMASI ŞEKLİNDE YAYILMA ................................................................................................... 22 ŞEKİL 5-4 : TOPLANMA BÖLGESİ TİPİNDE YAYILIM ............................................................................................... 23 ŞEKİL 5-5 : SES KANALI İLE İLGİLİ TEMEL DEĞERLER............................................................................................ 24 ŞEKİL 5-6 : SIĞ SES KANALININ GÖSTERİMİ........................................................................................................... 24 ŞEKİL 5-7 : DERİN SES KANALI.............................................................................................................................. 25 ŞEKİL 5-8 : SES YAYILIM TİPLERİNİN AYRI AYRI GÖSTERİMİ ................................................................................. 25 ŞEKİL 5-9 : SES YAYILIM TİPLERİNİN BİRLİKTE GÖSTERİMİ ................................................................................... 26 ŞEKİL 6-1: KENDİ GÜRÜLTÜMÜZE NEDEN OLAN ETMENLER................................................................................... 27 ŞEKİL 6-2: BİR GEMİNİN MAKİNE DAİRESİNDEN GÖRÜNÜM.................................................................................... 28 ŞEKİL 6-3- ÖRNEK BİR GEMİ PERVANESİ ................................................................................................................ 29 ŞEKİL 6-4- KAVİTASYON VE KABARCIK OLUŞUMU ................................................................................................ 29 ŞEKİL 6-5 : LAMİNER VE TÜRBÜLANSLI AKIŞ ........................................................................................................ 29 ŞEKİL 6-6 : ÇEVRE GÜRÜLTÜSÜ HESAPLAMA EĞRİLERİ ......................................................................................... 31 ŞEKİL 7-1 : AKTİF SONAR DİNLEMESİ .................................................................................................................... 34 ŞEKİL 7-2 : PASİF SONAR DİNLEMESİ..................................................................................................................... 34 ŞEKİL 7-3: A,G VE F TİPİ SONOBOYLAR ................................................................................................................. 35 TABLO 3-1 : ÇEŞİTLİ SES HIZI FORMÜLLERİNİN ARALIK VE PARAMETRELERİ 6

1

1 GİRİŞ:

Su altı akustiği, deniz yatağı ve su altında ses dalgalarının doğrusal ve doğrusal olmayan

yayılımını, saçılımı ve etkileşimini inceleyen ve buna dayalı pratik uygulama alanları

geliştiren bir bilim dalıdır. Bu raporda sualtı akustiğinin temel kavramlarından bahsedilecek

ve uygulamalarından örnekler verilecektir.

Elektromanyetik dalgaların aksine ses dalgaları okyanusta uzun mesafeleri kat edebilir. Hava

ve vakum ortamlarının aksine, okyanusta radar yerine sonar, radyo yerine akustik iletişim,

mikrodalga/ optik görüntüleme veya x-ray yerine akustik görüntüleme ve tomografi

kullanılmaktadır.

2 SESLE İLGİLİ TEMEL BİLGİLER

2.1 Ses Nedir

Herhangi bir kaynakta oluşan titreşimin ortamda ilerleyerek alıcı tarafından algılanması ile

ses meydana gelir. Kaynaktan çıkan titreşimlerin işitebilmesi için sesin yayılabileceği bir

ortam ve bir alıcı gereklidir.

2.2 Sesin Yayılması

Ses ileri geri süratle titreşerek etrafındaki ortamı karıştıran bir kaynaktan yayılır. Örneğin bir

geminin pervanesi, bir aktif sonar transdüseri, bir hoparlör. Kaynaktan yayılan ses enerjisi

onu nakleden bir ortamdan geçer. Gaz, sıvı veya katı olan ortamdan geçen ses dalgaları,

içinden geçtikleri ortamın moleküllerini hareket ettirerek yayılır. Kaynaktan yayılan ses daha

sonra alıcıya gelir. Örneğin: insan kulağı. Ses enerjisinin transferi, bir masa üzerinde duran

domino taşlarının devrilmesiyle birbirlerini etkileyerek hareket eden bir olaylar zincirine

benzer.

2.3 Sesle İlgili Temel Terimler

Devir: Bir genişleme olayının tamamıdır.

Frekans: Sesin bir ortamdan geçerken saniyedeki titreşim sayısıdır.

2

Birimi Hertzdir. 1periyot

f =

Periyot: Tam bir devirin gerçekleşmesi için gereken birim zaman

Birimi saniyedir. 1Tfrekans

=

Dalga boyu: Art arda gelen iki tepe noktası arasındaki mesafedir hızfrekans

λ =

Genlik: Dalganın dikey hareketinin yarısıdır.

Şekil 2-1 : Devir, genlik ve dalga boyunun gösterimi

Ses Şiddeti (I): Şiddet, ses dalgalarının taşıdıkları enerjiye bağlı olarak birim alan

uyguladıkları akustik güçtür. Sesin şiddeti, ses kaynağına olan uzaklığın karesi ile ters

orantılıdır. 2

Ses gücü WIAlan m

⎡ ⎤= ⎢ ⎥⎣ ⎦

Ses Basınç Düzeyi ve Ses Şiddeti Düzeyi: İlgili değerin referans değerlere bölünmesiyle

bulunur.

Ses Basınç Düzeyi ( ) ( )SPL 20log dBref

PP

=

Ses Şiddeti Düzeyi ( ) ( )SIL 10log dBref

II

=

refP : Hava için: 20 μPa, Su için 1 μPa

refI : 1*10-12 W/m2

Desibel (dB): İnsan kulağı çok düşük ve çok yüksek şiddette sesleri duyabilme yeteneğine

sahiptir. İnsan kulağının algılayabileceği en düşük ses şiddeti, ‘eşik şiddet’ olarak bilinir.

Kulağa zarar vermeden işitilebilen en yüksek sesin şiddeti ise, eşik şiddetinin yaklaşık 1

3

milyon katı kadardır. İnsan kulağının şiddet algı aralığı bu kadar geniş olduğundan, şiddet

ölçümü için kullanılan ölçek de 10'un katları, yani logaritmik olarak düzenlenmiştir. Buna

‘desibel ölçeği’ denmektedir. Sıfır desibel mutlak sessizliği değil; işitilemeyecek kadar düşük

ses şiddetini (ortalama 1221.10 W

m− ) gösterir.

2.4 Ses Çeşitleri

Frekansı 20 Hz altındaki sesler subsonik,

20-15000 Hz arası sesler sonik,

15000 Hz’den büyük sesler ise süpersoniktir.

2.5 Yansıma (Reflection)

Ses enerjisinin deniz tabanına, yüzeye, bir gemi veya denizaltıya çarparak sıçraması veya

atlaması yansıma olarak adlandırılır. Yansıyan enerji daima eşit açılı yansıma kanununa göre

hareket eder. Ses enerjisi bir cisme hangi açıyla çarparsa cisim tarafından aynı açı ile

yansıtılır.

Şekil 2-2 : Sesin yansıması

2.6 Bükülme (Refraction)

Sıcaklık, basınç ve tuzluluktaki değişim miktarları ses hızının değişiklik göstermesine neden

olur. Bu parametrelerin değişimlerinden dolayı ses ışınları bükülerek yansır. Ses hızındaki

değişim miktarı ses ışınlarının bükülmesine ve ses hızının daha düşük olduğu bölgelere

hareket etmesine neden olur.

4

Şekil 2-3 : Sesin bükülmesi

2.7 Snell Kanunu

Bir ses ışınının kırılma miktarı Snell kanunu ile tespit edilebilir. Ses ışını, ses hızının farklı

olduğu iki tabakanın kesişme noktasına ulaştığında

1 2

1 2cos cosV V

A A=

Formülü kullanılarak ses ışınının değişim yönü ve miktarı hesaplanabilir. Burada V ses hızını,

A ise açıyı ifade etmektedir.

Şekil 2-4 : Snell kanununun tek ve çok katmana uygulanışı

5

3 SU ALTI ORTAMI

Denizaltı savunma harbinde ve oşinografide su altı ortamının yapısının bilinmesi oldukça

önemlidir. Çünkü ortamın yapısındaki değişiklikler sesin kırılma ve yansıma şekil ve

oranlarını değiştirir. Ortamla ilgili en önemli parametre ses hızı profilidir ve bilinmesi

oldukça önemlidir.

3.1 Ses Hızını Etkileyen Faktörler

Sıvı ortam havaya göre daha büyük bir yoğunluğa sahiptir. Ses hızı havada ~330 m/s’dir, suda

ise ~1500 m/s’dir. Su altındaki ses hızı, sıcaklık, tuzluluk ve basıncın bir fonksiyonudur. Bu 3

parametre mevsim, coğrafi yer ve zamana bağlı olarak değişir.

3.1.1 Tuzluluk

Genelde binde 32-38 arasında değişen bir değere sahiptir. Ortalaması 35’tir. (Karadeniz’de

ortalama 18, Marmara’da 22, Ege’de 38+) Tuzluluk derine inildikçe çok fazla değişmez.

Ancak bir tatlı su kaynağı, nehir ağzı, eriyen buzlar veya ağır yağışlar tuzluluk değerini

düşürebilir. Gerçekleşecek bir değişim ses hızını küçük bir oranda değiştirir. Binde birlik bir

artım, ses hızını 1,3 m/san arttırır.

3.1.2 Basınç

Çoğu zaman basınç değişiminin etkisi tuzluluğa göre daha baskındır. Direkt su derinliği ile

bağlantılıdır. Dikey yönde ilerlerken sabit bir şekilde artar ve kolaylıkla hesaplanabilir.

Derinliğin 1 metrelik artışı, basıncın etkisi ile ses hızını 0,017 m/san arttırır. 1000 metreden

sonra en etkin parametredir.

3.1.3 Sıcaklık

Ses hızına en çok etki eden faktördür. Çoğunlukla derine indikçe azalır. 1 santigrat derecelik

sıcaklık artışı ses hızının 3 m/san artmasına neden olur. Sıcaklık etkisi 1000 metreye kadar

önemlidir, bunun altında ise neredeyse sabit bir değer alır ve artık basınç değişimin baskın

etkisi görülmeye başlanır.

6

Şekil 3-1 : Basınç, tuzluluk, sıcaklık ve ses hızının jenerik değişimi

3.2 Ses Hızının Formülü

Literatürde ampirik olarak ses hızının hesaplanmasını sağlayan pek çok formül mevcuttur. En

basit formül (Medwin, 1975) 6 terim içerirken, en karmaşık formül ise (Wilson, 1960) 23

terim içermektedir. Her formülün kendine has sıcaklık, tuzluluk ve derinlik aralığı mevcuttur.

Tablo 3-1 : Çeşitli ses hızı formüllerinin aralık ve parametreleri

Referans

Sıcaklık

aralığı (°C)

Tuzluluk

aralığı

(ppt)

Basınç/Derinlik

aralığı

Standart

hata

(m/s)

Terim sayısı

Wilson (1960) -4-30 0-37 1-1000 kg/cm2 0.30 23 terim

Leroy {1969} -2-34 20-42 0-8000 m 0.2 13 terim

Frye and Pugh (1971) -3-30 33.1-36.6 1,033-984,3 kg/cm2 0.10 12 terim

Del Grosso( 1974) 0-35 29-43 0-1000 kg/cm2 0.05 19 terim

Medwin (1975) 0-35 0-45 0-1000 m ~0.2 6 terim (basit formül!)

Chen and Millero

(1977)

0-40 5-40 0-1000 bar 0.19 15 terim (düşük

basınç ve yüksek

sıcaklıkta düzeltme

gerektirir (Millero

and Li, 1994)]

Loven(1978) 0-30 30-37 0-10.000 dbar 0.063 13 terim

Coppens(1981) -2-35 0-42 0-4000 m 0.1 8 terim

Mackenzie (1981} -2-30 25-40 0-8000 m 0.07 9 terim

7

Diğerleriyle karşılaştırıldığında en uygun gözüken Mackenzie’nin (1981) formülü şöyledir:

( ) -2-2 2 -4 3

-7 2 -2 -13 3

C D,S,T 1448.96 + 4.591T - 5.304 x 10 T + 2.374 x 10 T + 1.340 (S-35) + 1.630 x 10 D

+ 1.675 x 10 D - 1.025 x 10 T(S - 35) - 7.139 x 10 TD

=

Formülde T santigrat cinsinden sıcaklığı, S binde bir cinsinden tuzluluğu, D ise metre

cinsinden derinliği ifade etmektedir. Yukarıdaki formül kullanılarak ses hızını hesaplamak

için aşağıdaki blok kullanılabilir:

Sıcaklık (c) Tuzluluk (ppt) Derinlik (m) Ses hızı (m/s)

15 22 30 1491,76012546

3.3 Su Altındaki Katmanlar

Şekil 3-2 görülebileceği gibi okyanus üç ana katmandan oluşur. Karışım tabakası, Ana

termoklin ve Derin tabaka. Üç katmanlı tabaka, yoğunluğa bağlı bir konseptin ürünüdür.

(DSH’ın (Deniz Altı Savunma Harbi) ilgi alanı daha çok okyanustaki ses hızı gradyanlarıdır.)

Şekil 3-2 : Su altındaki katmanlar

3.3.1 Karışım tabakası (Mixed layer)

Karışım tabakası diğer bölgelere göre daha sıcak ve izotermal bir su kütlesinin bulunduğu

katmandır. Bu katmanın karışık olmasını birincil olarak rüzgar ve buna bağlı olarak dalga

8

hareketleri sağlar. Bu tabakanın bitiş noktası karışım tabakası derinliği olarak adlandırılır.

Orta-enlemlerde karışım tabakasının derinliği 1500 feete kadar çıkabilir. Ekvatora yakın

enlemlerde radyasyon yoluyla ısınma daha yüksek olsa da, deniz durumu ve buna bağlı olarak

da dalga hareketinin daha az olması nedeniyle bu tabaka daha sığdır. Karışım tabakası,

mevsimsel ve günlük hava ve deniz sıcaklığı değişimlerinden en fazla etkilenendir. Çünkü

yüzey dalgaları, radyasyonel ısınma/soğumaya maruz kalan tek tabakadır. Tabaka boyunca

sıcaklık sabittir. Basınç nedeniyle ses hızı küçük açılı bir pozitif gradyana sahiptir.

3.3.2 Ana termoklin (Main thermocline)

Okyanusta ana termoklinin başlangıç noktası karışım tabakası derinliğidir. 1000-1500 feet

kadar derinliğe sahiptir. Bu tabakada su sıcaklığı büyük bir düşüşe maruz kalır. Bunun

sonucunda da negatif bir sıcaklık gradyanı oluşur.

3.3.3 Derin tabaka (Deep layer)

Derin tabaka suyun en alt ve en soğuk tabakasıdır. Orta-enlemlerde ~3000 feetin altındadır.

Su sıcaklığı neredeyse sabittir. Bu tabakada ses hızının değişimi büyük oranda basınç farkı

nedeniyledir. Genelde derin tabakada, derinlik arttıkça ses hızı artar.

Not: Termoklin ile Derin tabaka arasında, Ses kanalı adı verilen, ses hızının minimum olduğu

bir derinlik/tabaka vardır. Bu tabaka boyunca düşük frekanslı ses dalgaları binlerce kilometre

boyunca dağılmadan ilerleyebilir. Ancak kutuplarda su sıcaklığının minimum olduğu bölge

yüzey olduğu için, en düşük ses hızı yüzeydedir.

9

Şekil 3-3 : Jenerik ses hızı profili ve katmanlar

Şekil 3-4’de Kuzey ve Güney Atlantik okyanusundaki ses hızı profili görülmektedir. 30.50

derece batı boylamı esas alınarak yapılan ölçümlerin sonucunda oluşturulan grafikteki kesikli

noktalar “Derin ses kanalı”nı göstermektedir. Dikkat edileceği üzere derin ses kanalı

kutuplarda sığlaşmaktadır. Ses hızı etkisinin yanında, okyanus yutucudur ve akustik frekansın

artmasıyla birlikte ses sinyalinin zayıflamasına neden olur. Kıta sahanlığında kalan ve sığ

bölgelerde suyun derinliği az olduğu için numaralı formüldeki derinlik katsayısı pek önem

taşımaz.

Şekil 3-4 : 30.50º Batı boylamındaki ses hızı profili

10

Şekil 3-5 : Derin ses kanalı derinliği (m) haritası

Şekil 3-6’da görüldüğü gibi Kış mevsiminde ses hızı profilinde büyük değişmeler olmaz.

Oysa yaz aylarında yüzey sıcaklığının yüksek olması nedeniyle ses hızı daha büyük değerler

alır.

Şekil 3-6 : Sığ sular için jenerik yaz-kış mevsimi ses hızı profili

11

Şekil 3-7 : 50 m derinlikteki yıllık ortalama ses hızı, Ege Denizi

3.4 Ses Hızı Ölçümü

Ampirik hesaplamaların yanında direkt ölçüm için Batitermograflar ve Ses Hız Ölçerleri

kullanılır.

Batitermograflar, sonoboy benzeri cihazlardır. Genelde gemilerden yapılan ölçümlerde

kullanılır. 1000-1500 metre derinliğe kadar her 1,5-5 metrede bir sensörü ile -2 ile 35

santigrat derece arasındaki suyun sıcaklığını ölçer. Derinlik bilgisine de sahip olduğumuz

için, bu ölçüm sonuçları ampirik formüllere konarak hız profili elde edilir.

İkinci ölçüm cihazı olan hız ölçerleri ise daha hassas ölçüm sonucu verirler. Çünkü hızın

direkt ölçülmesini sağlarlar.

Şekil 3-8 : Batitermograf ile ses hızı ölçümü

Not : Ses hızı 1420–1560 m/s arasında değişse de, hesaplama kolaylığı için (aksine bir şey

söylenmediği sürece) standart değer olan 1500 m/s kullanılır.

12

3.5 Sesin Yayılması

Ses dalgalarının kaynaktan çıktıktan sonra gittiği yola yayılım yolu denir. Su altında sesin

yayılım yönü ses hızı gradyanı ile belirlenir. Bu gradyandaki değişimler kırılma ve

yansımalara yol açar ve sesin düz bir dalga halinde hareket etmesini engeller. Bunun

sonucunda hareket yolları ayrılır veya birleşir. Ses tembeldir ve daima en düşük ses hızının

olduğu bölgeye gitmek ister.

3.5.1 Sıcaklık gradyanı

Sıcaklık gradyanı yayılma yollarında en baskın olandır. Üç tipi vardır. İzotermal , negatif

sıcaklık ve pozitif sıcaklık gradyan.

3.5.1.1 İzotermal gradyan

Deniz ortamında derinlik arttıkça sıcaklığın sabit olduğu durumda gerçekleşir. Bu durumda

ses sinyalleri kırılmadan uzun menzillere ulaşabilir.

Şekil 3-9 : İzotermal sıcaklık gradyanında yayılım

3.5.1.2 Negatif gradyan

Derine inildikçe suyun sıcaklığının azalması ile oluşur. Deniz yüzeyinin alt kısmı genelde

negatif gradyana sahiptir. Ses hızının daha düşük olduğu bölgeye gitmek isteyen sinyaller bu

sefer de derin umka doğru kırılırlar. Gradyenin büyüklüğü ses sinyalinin bükülme oranını ve

böylece menzilini de belirler.

13

Şekil 3-10 : Negatif sıcaklık-hız gradyanında yayılım

3.5.1.3 Pozitif gradyan

Derine inildikçe suyun sıcaklığı artması ile oluşur. Daha tembel bir şarta geçmek isteyen ses

sinyalleri sesin hızının daha yavaş olduğu bölgeye gitmek ister. Bu nedenle yüzeye (satha)

doğru kırılırlar. Negatif gradyana göre ses dalgalarının daha uzun menzillere gitmesini sağlar.

Çünkü yüzeyden yansıyan sinyal tekrar dibe doğru devam edecektir.

Şekil 3-11 : Pozitif sıcaklık-hız gradyanında yayılım

3.6 Gölge Bölgesi (Shadow Zone)

Düzensiz kırılma ve yansımalar nedeniyle, kaynaktan yatay olarak belli bir uzaklıktan sonra

ses şiddeti ihmal edilebilir düzeyde olur. Şekil 3-12’te de görülebilen bu bölüme gölge

bölgesi adı verilir. Düşmandan sakınma yapmak isteyen denizaltı gemileri tespit edilmeyi

önlemek için bu bölgede saklanırlar.

14

Şekil 3-12 : Jenerik ses hızı ve gölge bölgesi profili

4 İLETİM KAYBI (TRANSMISSION LOSS)

Kaynaktan çıkan ses alıcıya ulaşana kadar birçok etmene bağlı olarak kayıplara uğrar, dış

etkenlerden etkilenir ve enerjisinin bir bölümünü suda kaybeder.Bu enerji kaybı iletim kaybı

olarak adlandırılır ve sesin gittiği yola ve frekansa bağlıdır. İletim kaybının iki başlıca nedeni

sesin dağılması (spreading) ve zayıflaması (attenuation)’dır. Analitik olarak hesaplanabileceği

gibi PROPLOSS eğrilerinden de okunabilir.

4.1 Sesin Dağılması (Spreading)

Yayılmanın şekline bağlı olarak ses çok geniş bir alana yayılabilir. Sesin hangi ortamlarda

nasıl bir yayılım gösterdiği kesin olarak söylenememekle birlikte, 1000 mt.den daha uzun

mesafelerde “silindirik” yayılım, 1000 mt.den daha kısa mesafelerde “küresel” yayılım

gösterdiği kabul edilir.

İletim kayıpları geometrik bir tesirdir ve sinyal kaynaktan uzaklaştıkça düzenli olarak

zayıflamasını ifade eder. 10 kHz altındaki frekansların iletim kaybı yüksek frekanslara göre

daha fazladır.

15

4.1.1 Küresel dağılma (Spherical spreading)

Genelde derin sularda ve ses kaynağının 1000 metrelik mesafesi içinde meydana gelir. Ses

ışınları kaynaktan üniform olarak her yöne yayılır. Daha uzak mesafelerde kırılma ve yansıma

tesirleri, ses dalgasının daha farklı bir şekilde yayılmasına neden olur. Küresel yayılma

esnasında ses yoğunluğu mesafenin her katı için 6 dB düşer.

R menzil olmak üzere formülü ( )TL dB 20logküresel

R= ’dir.

4.1.2 Silindirik dağılma (Cylindrical spreading)

1000 metreden daha uzak mesafelerde ses dalgaları yatay olarak ilerleme gösterir. Bu yayılma

silindirik olarak adlandırılır. Silindirik yayılma sırasında ses yoğunluğu mesafenin her katı

için 3 dB düşer.

R menzil olmak üzere formülü ( )TL dB 10log 30silidirik

R dB= + ’dir.

Şekil 4-1 : Küresel ve silindirik yayılma

4.2 Sesin Zayıflaması (Attenuation)

Ses ortam boyunca ilerlerken enerjisinin dağılması, zayıflama olarak adlandırılır. İki çeşittir:

Emilme kaybı ve Saçılma/yankılanma kaybı

4.2.1 Emilme kaybı (Absorption loss)

Sudaki partiküller arasında viskozite mevcuttur. Bu nedenle hareket halinde bulunan ses

enerjisinin bir kısmı sürtünmeden dolayı ısıya dönüşür. Bu durum emilme kaybı olarak

adlandırılır. Emilme miktarı birincil olarak suyun sıcaklığına ve sesin frekansına bağlı olarak

değişir. Frekans arttıkça emilme kaybı artar, sıcaklık yükseldikçe bu kayıp azalır. Ancak

frekans farklılığı en büyük etkiye sahiptir. Düşük frekanslarda (5-40 Hz) ve yüksek

16

frekanslarda (>1000 Hz) emilme kaybı frekansın karesiyle doğru orantılıdır. Orta frekanslarda

ise frekansa ek olarak sıcaklığın da etkisi görülür.

Deneysel çalışmalar sonucunda emilme hesabı için pek çok formül geliştirilmiştir. Literatürde

en çok bilinen formül Thorp’un (1967) 50 kHz altı sesler için geliştirdiği formüldür.

( )TL dB *emilme

Rα= ’dir.

2 2

2 2

0.1 401,09361 4100

f ff f

α⎡ ⎤

= +⎢ ⎥+ +⎣ ⎦

α (dB/km) emilme katsayısı, f (kHz) frekans, R ise (metre) menzildir.

4.2.2 Saçılım ve yankılanma kaybı (Scattering and reverberation)

Ses dalgası suda yayılırken akustik enerjinin bir kısmı ortamdaki süreksizlikler nedeniyle

(örneğin: balıklar, hava kabarcıkları, yağ damlacıkları, planktonlar ve suyun alt/üst sınırları)

saçılır. Bunlar içerisinde hava kabarcıkları en dağıtıcı olanlardır. Saçılma sırasında ses sinyali

enerjisinin bir bölümünü kaybeder. Yukarıda bahsedilen maddeler nedeniyle ses yansırken

çevreye dağılan sinyaller saçılım (scattering) yaparlar. Süreksizliklerle etkileşim sonrasında

ses sinyalinin bir kısmı ise alıcıya geri dönerek yankılanma (reverberation) yaparlar.

Aktif sonar aramasında yankılanmanın etkisi büyüktür, ancak pasif aramalarda etkisi

düşüktür. Örneğin gemi aktif sonarıyla arama yaparken ses sinyalinin hedef dışında bir şeye

çarptıktan sonra sonara geri dönmesi yankılanma yaratır. Gürültü olarak adlandırılabilecek bu

olay zaman zaman hedefin maskelenmesine neden olabilir. Yankılanma, televizyon izlerken

ekranda beliren karlanma olarak düşünülebilir.

Saçılım ve yankılanmanın üç çeşidi vardır. Yüzey, hacim ve dip kaynaklı. Üçü de saçıcının

(scatterer) boyutuna ve sesin frekansına bağımlıdır. Yani sesin dalga boyu

saçılma/yankılanma düzeyini belirler. Sesin frekansı arttıkça, dalga boyu azalır ve

süreksizliklerden daha çok etkilenir.

17

Şekil 4-2 : Saçılım/Yankılanmaya neden olan etmenler

4.2.2.1 Yüzey saçılımı/yankılanması (Surface scattering/reverberation)

Sesin su yüzeyine çarpması sonrası meydana gelir. Deniz durumu arttıkça saçılım/yankılanma

da artar. Yüzeyden her sekme için seviye 1-10 dB arası fark oluşturur. Frekans ve dalga boyu

da düzeyini etkiler.

Şekil 4-3 : Yüzey saçılımı/yankılanması

4.2.2.2 Hacim saçılımı/yankılanması (Volume scattering/reverberation)

Su içerisindeki balık, deniz memelileri, hava kabarcıkları ve değişik sıcaklıktaki su kütleleri

gibi yansıtıcılar nedeniyle oluşur. Örneğin yüzme kesesi bulunan canlılar 3.5 kHz’lik

yankılarıyla hacim saçılmasına neden olabilir.Hacim saçılmasının en yoğun olduğu bölge

“derin saçılım tabakası”dır. (Deep scattering layer, DSL) Deniz canlılarının en çok bulunduğu

bu tabakanın derinliği coğrafi mevki ve günün saatine göre değişir. Örneğin deniz canlıları

gündüzleri gündüz derinde iken, geceleri yüze ye daha yakın olurlar.

18

Şekil 4-4 : Hacim saçılımı/yankılanması

4.2.2.3 Dip saçılımı/yankılanması (Bottom scattering/reverberation)

Ses dalgalarının dibe çarpması nedeniyle oluşur. Zira deniz dipleri mükemmel yansıtıcılar

değildir. Saçılma/yankılanma miktarı dip tabiatına ve sesin frekansına bağlıdır. Genelde

yumuşak ve çamurlu dipler (emilme nedeniyle), sert ve pürüzsüz diplere göre daha az

saçılmaya neden olurlar. Her dipten sekme 3—30 dB arası kayba neden olur.

Şekil 4-5 : Dip saçılımı/yankılanması

Saçılım ve yankılanma için denklemlerin oluşturulması mümkündür. Ancak özelikle farklı

okyanus ortamlarında bu özellikler büyük farklılıklara sahip olabilir bu nedenle anomali, A

sembolü ile gösterilir ve ayrıca hesaplanarak denklemlere eklenir.

19

4.3 Toplam Yayılma Kaybı (Total Transmission Loss)

Yayılma, dağılma, emilme ve yansımanın sebep olduğu kayıpların toplamıdır. Bunları

denkleme yerleştirirsek şunu elde ederiz:

Küresel yayılma için (mesafe <1000 m)

20 logtoplamTL r r Aα= + +

Silindirik yayılma için (mesafe >1000 m)

10log( 1000) 30toplamTL r r Aα= − + + +

Şekil 4-6 : Toplam yayılma kaybının frekans ve menzile bağlı değişimi

5 SESİN YAYILMA YOLLARI

Ses enerjisi hareket ederken birçok farklı yol izleyebilir. Örneğin: Direkt yayılma, Satıh

kanalı, Dip sıçraması, Toplanma bölgesi, Ses kanalı.

20

Bir kaynaktan yayılan ses dalgasının kat ettiği yol ve yayılımı okyanusun ortam şartlarına ve

ses hızı profiline bağımlıdır. Su derinliğine, deniz dibi tipine, verici ve alıcının derinliğine

bağlı olarak bir veya birden fazla yayılım yolu oluşabilir. Çeşitli ses gradyanlarına ve

derinliğe göre sesin su altındaki temel yayılım tipleri aşağıda incelenmiştir.

5.1 Direkt Yayılma (Direct Path Propagation)

Sesin kaynaktan alıcıya yansıma yapmadan, sadece kırılma kaparak ulaştığı durumda

geçerlidir. Kaynak ile alıcı arasında yaklaşık iki deniz mili veya daha az mesafe varsa

meydana gelir. Yani denize yayılan bir gürültü iki deniz mili boyunca herhangi bir kırılma ve

bükülmeye uğramaz. Yayılım direkttir.

Şekil 5-1 : Sesin direkt yayılması

5.2 Satıh Kanalı (Surface Duct Propagation)

Denizin birçok bölgesinde satıhta karışmış bir izotermal tabaka mevcuttur. Sıcaklık sabit olsa

da, basınç tesirinden dolayı ses hızı pozitif gradyan etkisine sahip olur. Yeni en üst katmanda

pozitif gradyan ve altında negatif gradyan bulunduğunda, satıh yansımalarından dolayı sesin

yukarı ve aşağıya doğru kırılması sesin satıha yakın bir bölgede kalmasını sağlar. Bu yayılma

şekli satıh kanalı olarak adlandırılır. Ancak deniz yüzeyindeki hareketler (Deniz durumu vb.)

ses yayılımında bozulmalara neden olabilir. Bu kanallar, hedefleri çok uzun mesafelerden

tespit imkanı sağladıklarından, yüksek frekanslı sonar aramalarında çok önemlidirler. Düşük

frekanslarda ses kanalının dışına bir sızıntı olacaktır.

21

Şekil 5-2 : Sesin satıh kanalında yayılması

5.3 Dip Sıçraması (Bottom Bounce)

Derin sularda sesin dipten sekerek çok uzun bir menzile yayılması yoluyla ilerlemesidir.

Deniz tabanından yansıyarak meydana gelen ses yayılımları sonik kayıpların en fazla olduğu

yayılım şekli olmaları itibarı ile Dip sıçraması oluşması için sualtı ses kaynağından yapılan

transmisyonların kritik açıdan daha büyük bir açı ile yapılmaları gerekmektedir. Dipten

yansıma sesin yoğunluğunu azaltır ve ikinci veya üçüncü sekişinde artık kullanılmaz hale

getirir

Düzgün bir deniz tabanı, Dip sıçraması için mesafe ve kerteriz tahmininde en yüksek

doğruluğa imkân sağlar. Aktif tespit için dipten sekme yayılımı ile daha az gölge bölgesi ve

daha uzun menzil (derinliğe bağlı olarak) elde edilebilir. Sonar ve hedef arasında birden fazla

dipten seken ışın oluşur. Derinliğin 6000 mt. olduğu sularda Transdüserden çıkış açıları 15°-

42° derece olan yayılımlar 5–25 mil mesafelerde satha çarpar. 20 dereceden daha büyük

açılarla aşağı doğru yayılan ışınlar su şartlarına tabi değildir. Dip sıçraması yayılımını

etkileyen ana faktörler su derinliği, geliş açısı, frekans, dip yapısı ve dipteki düzensizliklerdir.

22

Şekil 5-3 : Dip sıçraması şeklinde yayılma

5.4 Toplanma Bölgesi (Convergence Zone)

Toplanma bölgeleri, derin sularda oluşan bir yayılım şeklidir ve oluşabilmesi için deniz

derinliğinin yaklaşık 2000–3000 metre olması gerekir. Satıhta bir negatif gradyan ve onun

altında (eşit açılı olmayan) pozitif gradyanın bulunması gerekir. Limit derinlik değeri ise, ses

hızının derinlerde satıhtaki maksimum ses hızına ulaştığı derinliktir. Toplanma bölgesinin

oluşması için gerekli diğer bir şart deniz tabanı ile limit derinlik arasında, derinlik fazlası

dediğimiz, en az 300 kulaçlık (~550 m)’lik bir artık derinliğin bulunması gerekir. Bu derinlik

fazlalılığının oluşmaması halinde ses ışınları dibe çarpıp bu yayılışın bozulmasına neden olur.

Bu şartlar oluştuğunda kaynağını terk eden ses ışınları yukarıdaki negatif gradyanın etkisi ile

aşağı doğru kırılır ve oluşan ses kanalı eksenini geçtikten sonra pozitif gradyanın etkisiyle

satıhtaki maksimum hız değerine ulaştığı derinlikte (kritik derinlik) yatay hale gelerek tekrar

satha kırılır. Bu şekilde derinlerden kırılarak gelen ışınların, satıh veya satha yakın yerlerde

yoğun halde bulundukları bölgeler oluşur. Uygun koşullarda iki, üç defa toplanma bölgeleri

oluşabilir. Toplanma bölgesi menzilleri ses hızı profiline bağlı olarak yaklaşık 18–36 deniz

mili arasında değişir ve genişliğinde pratik olarak menzilin %5–10 arasında olur. Satıh

sıcaklığı ne kadar fazla olursa (dolayısıyla ses hızı değeri de), kritik derinlikte o kadar fazla

olacağından menzil daha büyük olacaktır. Ancak satıh sıcaklığındaki artıştan dolayı kritik

derinlik, deniz derinliğine kadar artabileceği için toplanma bölgeleri kışın meydana geldiği

yerlerde yaz aylarında oluşmayabilir.

23

Şekil 5-4 : Toplanma bölgesi tipinde yayılım

5.5 Ses Kanalları (Sound Channel)

Derine inildikçe ses hızının yerel bir minimum noktaya düştüğü ve ardından arttığı eksende

bir ses kanalı oluşur. Yani bir ses kanalının oluşması için pozitif bir ses hızı gradyanı üstünde

negatif bir gradyan bulunmalıdır. Ses kanalının alt sınırı, ses hızının aşağı indikçe aldığı

maksimum noktadır. Üst sınırı ise, yukarı çıkıldığında alt sınırdaki hıza ulaşılan noktadır.

Minimum ses hızının üst kısmındaki sesler aşağı doğru kırılacak, alt kısmındaki sesler ise

yukarı doğru kırılacaktır. Ses kanalının kullanılabilir olması, kanal kalınlığına (üst-alt sınır

arası mesafe) ve frekansa bağlıdır.

24

Şekil 5-5 : Ses kanalı ile ilgili temel değerler

5.5.1 Sığ ses kanalı (Shallow sound channel)

Ana termoklinde oluşur. (bkz: madde 3.3.2) Okyanusta sıkça sığ ses kanalları oluşsa da

çoğunlukla geçicidirler zira anaforlara sıkça maruz kalırlar.

Şekil 5-6 : Sığ ses kanalının gösterimi

5.5.2 Derin ses kanalı (Deep sound channel)

Derin ses kanalı derin okyanusta sabit olarak bulunur. Ses hızının global olarak minimum

olduğu bu eksen genelde 2000-4000 feet arasındadır. (Akdeniz’de 500-1000 feet) Bu nedenle

(kutuplar hariç) ulaşmak için çok derindedir. Bu ses yayılımında iyi bir tespit için hem

25

sensörün hem de hedefin kanal içinde olması gerektiğinden, derin ses kanalları taktiksel

olarak günümüz gemi sonarlarında pek kullanışlı değildir.

Şekil 5-7 : Derin ses kanalı

Şekil 5-8 : Ses yayılım tiplerinin ayrı ayrı gösterimi

26

Şekil 5-9 : Ses yayılım tiplerinin birlikte gösterimi

6 GÜRÜLTÜ VE ÇEŞİTLERİ (NOISE)

Düzenli bir ses meydana getiremeyen, çok sayıdaki kaynaktan çıkarak birbirine karışan ve

hedeften gelen sinyalleri maskelemeye çalışan sesler gürültü olarak tanımlanmaktadır. Arama

işlemleri sırasında sonarların performansını etkileyen en büyük etken gürültüdür. Ortam

gürültüsü, ses kaynağından yayınlanan enerjinin deniz suyu içerisindeki yayılımını, alıcı

sensörün sinyal işleme hassasiyetini ve analizi istenen sinyalin değerlendirilmesini etkileyen

en önemli faktördür. Deniz içerisindeki gürültü sabit olmayıp, ses kaynağı ile sesin içinde

yayıldığı ortamın özelliklerine bağlı olarak değişir.

Gürültü seviyesini etkileyen faktörler olarak ses kaynağının çıkış gücü, sinyal frekansı, sinyal

bim açısı, deniz durumu, dip yapısı, biyolojik yaşam, bölgedeki sismik aktivite ve su

moleküllerinin kimyasal reaksiyonunu sayabiliriz. Akıntı, türbülans, sismik olaylar, dalga

durumu, rüzgar, yağış ve deniz trafiği gibi faktörler alıcıda gözlenen gürültüyü oluşturan

faktörlerdendir. Ortam gürültüsü spektrumu, deniz içerisinde faaliyet gösteren sonar, iskandil,

sualtı haberleşme cihazlarının gürültüleri ile deniz çalışmalarının gerçekleştirildiği

platformlardan kaynaklanan gürültüler hariç diğer tüm gürültüleri kapsamaktadır.

Gürültü kaynaklarını aşağıdaki gibi sınıflandırabiliriz.

1. Kendi gürültümüz

2. Çevre gürültüsü

27

İstenmeyen gürültüler toplamına; gürültü seviyesi (NL=Noise Level) denir ve çevre

gürültümüz ile kendi gürültümüzün toplamından oluşur.

Gürültü seviyesi (NL) = Kendi gürültümüz (SN) + Çevre gürültüsü (AN)

6.1 Kendi gürültümüz (Self noise)

Platform veya sonardan kaynaklanan gürültüdür. Hedeften gelen ekoyu maskeleyen ve

istenmeyen bir gürültüdür. Su üstü gemileri, denizaltı gemileri, uçak ve helikopterler

tarafından oluşturulur. Düşük gürültüye göre tasarlandıklarından, içlerinde kendi

gürültümüzden en az etkilenenler denizaltılardır. Bunun yanında sonoboylar en düşük

gürültüyü çevreye yayan gruptadır. Kendi gürültümüz temel olarak 3 çeşittir. Makine

gürültüsü, Pervane gürültüsü ve Hidrodinamik gürültü.

Şekil 6-1: Kendi gürültümüze neden olan etmenler

6.1.1 Makine gürültüsü (Machinery Noise)

Gemi vb. platformların tahrik motorları, dişliler, pervane şaftları, jeneratörler, kompresörler

ve yardımcı makineler tarafından üretilen gürültüdür. Örneğin makinaların dönen

kısımlarındaki dinamik dengesizlik makinenin içinde titreşime sebep olur ve bu titreşimler

önce tekneye sonra da akustik enerji olarak suya iletilir. Birçok frekansta gerçekleşebilen bu

gürültü büyük oranda cihazın devir sayısıyla orantılıdır. Makine gürültüsü düşük frekanslarda

baskındır. Cihaz ve gemi arasına konacak yalıtıcılar ile büyük oranda bu gürültü azaltılabilir.

28

Şekil 6-2: Bir geminin makine dairesinden görünüm

6.1.2 Pervane gürültüsü (Propeller noise)

Geminin, denizaltının, torpidonun pervanesi tarafından üretilir. Temel nedeni kavitasyondur*.

Kavitasyon sonucu kabarcıkların oluşması yüksek frekansta bir gürültü yaratır. 8–9 knot’ tan

sonra gemilerde kavitasyon başlar. Yüksek hızlarda ise pervaneler daha fazla kavitasyon

yapalar. Kavitasyon suüstü platformlarında (denizaltı gemilerine göre) daha baskın bir gürültü

tipidir. Çünkü derine inildikçe hidrostatik basınç artmakta ve kavitasyon gürültüsü

azalmaktadır. Ölçülebilir. Yaklaşık 10-15 dBA’lik bir gürültüye neden olur.

[*Kavitasyon: Kavitasyon; katı bir cismin arkasında düşük basınç meydana getirecek kadar

yüksek bir süratle sıvı ortam içindeki hareketi sırasında düşük basınçta erimiş gazların sıvıdan

ayrılmasıyla meydana gelir. Bu serbest gazlar sonsuz sayıda küçük hava kabarcıklarıdır. Bu

kabarcıklara kavite denir. Hava kabarcıkları meydana geldikten ve gemi üzerinden geçip

gittikten sonra kabarcıklar satha doğru yükselmeye başlarlar. Hava kabarcıklarının yukarı

çıktıkça genişlemesi sonunda patlayarak veya sönerek meydana getirdikleri gürültülerin

toplamına kavitasyon denir. ]

29

Şekil 6-3- Örnek bir gemi pervanesi

Şekil 6-4- Kavitasyon ve kabarcık oluşumu

6.1.3 Hidrodinamik gürültü

Kaideye monteli sonar hidrofonlarının, desteklerinin ve paltformun akışa maruz kalması

sonucu oluşan gürültüdür. Yüksek hızda seyir sırasında oluşur. ve geminin sürati arttıkça

seviyesi artar. Yüksek süratlerde bu gürültü, hedef sinyalini dahi maskeler. Su üstü

gemilerinde deniz durumu da önemli bir etkendir. Ayrıca geminin dış gövdesine yapışan

canlılar nedeniyle de oluşur.

Şekil 6-5 : Laminer ve türbülanslı akış

30

6.2 Çevre gürültüsü (Ambient noise)

Çevre gürültüsü, kendi gürültümüz ile bazı özel gürültü kaynağı gemilerin yaydıkları

gürültüler dışında kalan denizin kendi fon gürültüsüdür. Çevre gürültüsü, içinde bulunulan

ortamın özelliklerine bağlı olarak değişir. Bu gürültüler, genellikle suyun türbülansından ve

de deniz canlılarının hareketlerinden meydana gelir. Bu gürültüler, alçak frekanslarda

meydana gelmektedir.

Çevre gürültüsünü oluşturan gürültü kaynakları;

1. Satıh gürültüsü,

2. Biyolojik gürültüler,

3. Deniz trafiği gürültüsü,

4. Isıl gürültüler,

5. Deniz suyu türbülansı,

6. Sismik Gürültüler.

Çevre gürültüsü sonarın menzili azaltır, sonar ekranındaki ekoyu ayırt etmeyi zorlaştırır.

Denizaltı da bu sebepten deniz trafiğinin yoğun olduğu yeri kullanır ve bu sayede saklanır.

Wenz eğrileri kullanılarak tahmin edilebilir.

31

Şekil 6-6 : Çevre gürültüsü hesaplama eğrileri

7 SU ALTI AKUSTİĞİ UYGULAMALARI

Su altı akustiğinin en önemli uygulamaları, sonar, su altı iletişimi, sismik araştırmalar,

hava/iklim gözlemi, oşinografi, deniz biyolojisi ve parçacık fiziğidir.

7.1 Sonar

Sound Navigation and Ranging’in kısaltması olan SONAR, ses dalgalarını kullanarak cismin

boyut, uzaklık ve diğer verilerini elde etme tekniğidir. Denizaltı savunma harbinde ve balık

sürülerinin tespitinde sıklıkla kullanılır. Aktif ve pasif olmak üzere iki çeşittir. Aktif

sonarlarda hem alıcı hem de verici mevcutken, pasif sonarlar sadece dinleme yapan alıcılara

sahiptir.

32

7.1.1 Sonar denklemleri

Sonar performanslarının tahmin edilmesine mantıksal bir zemin hazırlamak üzere

düzenlenmiş, ortam, hedef ve cihaz özelliklerini birbiri ile bağdaştıran ve sualtı akustiği

uygulamalarında çalışanlara tasarım bakımından altyapı oluşturan denklemlerdir.

Sonar için de radarlardaki gibi Sinyal/Gürültü Oranı (SNR= Signal to Noise Ratio) önemlidir.

SNR’nin Yakalama Eşiği’nden (DT=Detection Threshold) büyük veya eşit olması durumunda

operatör hedef sinyali %50 oranında tespit edebilir. Temel sonar denklemleri şöyledir:

( ) ( ) ( )( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )

SNR Sinyal S Gürültü N Yakalama Eşiği DTSinyal S Kaynak Düzeyi SL Yayılım Kaybi TLGürültü N Gürültü Düzeyi NL Yönlülük İndeksi DI

= − ≥= −

= −

7.1.2 Sonar denklemi parametreleri

Cihazın Kaynak Seviyesi (SL) (Source Level)

Transdüserin akustik ekseninde ve transdüserden 1 metre mesafede 1 μPa referans değerinde

oluşan ses basınç seviyesinde kaynak seviyesi denir. Kaynak seviyesi terimi hem kendi

cihazımız hem de hedef gemilerin cihazları için kullanılır. Pasif Sonar denkleminde sadece

hedefin kaynak seviyesi mevcut iken Aktif Sonar denkleminde bunun tan tersi yani sadece

kendi gemimizin kaynak seviyesi mevcuttur.

Kendi Gürültü Seviyemiz (NL) (Noise Level)

Sonar transmisyonlarını maskelemeye çalışan gemimizin kendi bünyesinde çalışan aksam

nedeniyle ortaya çıkan gürültüdür. Önceden ölçülmesi mümkündür. 6.1 maddesinde detaylı

olarak açıklanmıştır.

Alış Yönlendirme İndeksi (DI) (Directivity Index)

Aynı akustik güce sahip yönlendirilmiş türde bir kaynak her yöne transmisyon yapan kaynağa

göre herhangi bir menzilde daha fazla akustik şiddet meydana getirir. İşte bu akustik

şiddetlerin birbirlerine oranı, sahip olunan akustik gücü yönlendirilmiş kaynağın ne kadar

arzu edilen yöne yoğunlaştırılabildiğini gösterir. Bu oran yönlendirme, yönlendirmenin

desibel eşiti ise yönlendirme indeksidir. Frekansla yönlendirme indeksi arasında doğru bir

orantı vardır. Bu orana yönlendirme ( D ) desibel eşitine Yönlendirme İndeksi denir.

33

DI = 10 log D

Transmisyon Kayıpları (TL) (Transmission Loss)

Kaynağın 1 metre mesafedeki akustik yoğunluğunun ulaşacağı menzildeki akustik yoğunluğa

desibel olarak oranına Transmisyon Kaybı denir. Transmisyon kayıpları sesin yayılımından

ve ortamda emilmesinden dolayı uğradığı kayıplardır. 4 numaralı maddede detaylı olarak

açıklanmıştır.

Ortam Gürültü Seviyesi (AN) (Ambient Noıse)

Dalgaların gelgitleri ve hidrostatik etkileri, deniz suyunda oluşan türbülans, rüzgâr, deniz

trafiği ve biyolojik organizmalar gibi nedenlerden dolayı oluşan ve sonar transmisyonlarını

maskeleyen gürültü seviyesidir. 6.2 numaralı maddede detaylı olarak açıklanmıştır.

Hedef Kuvveti (TS) (Target Strength)

Hedeften dönen akustik enerjinin alıcıdan 1 metre mesafedeki değerinin direk olarak hedefe

gelen enerjiye logaritmik oranıdır.

Hedef Kaynak Seviyesi (SL) (Source Level)

Yayın yapan bir kaynağın akustik merkezinden 1 metre mesafedeki ses basınç seviyesidir.

Kaynağın elektriksel gücü ve yayın yapan projektörün tasarım özelliği ile ilgilidir.

7.1.3 Aktif sonar denklemleri

Alıcı ve vericiye sahip olan aktif sonarın denklemleri de 2 çeşittir.

• Çevre gürültüsü sınırlı

SL - 2TL + TS - NL + DI ≥ DT

• Yankılanma (Reverberation) sınırlı

(Yankılanma > Çevre gürültüsü)

SL - 2TL + TS - RL ≥ DT

34

Şekil 7-1 : Aktif sonar dinlemesi

7.1.4 Pasif sonar denklemleri

Pasif sonar denklemi ise aşağıdaki gibidir:

SL – TL – NL + DI ≥ DT

Şekil 7-2 : Pasif sonar dinlemesi

7.2 Sonoboy

Birincil görevi denizaltıları saptamak, yerini belirlemek ve tanımlamak amaçlı Denizaltı

Savunma Harbi’nin önemli silahlarından biri de sonoboylardır. Sonoboylar temel olarak

denizaltının yerini, rotasını ve hızını genel veya hassas olarak tespit amacıyla kullanılan bir

cihazdır. Su üstü veya su altı platformların pervane, makine, akış kaynaklı gürültülerini sonar

35

prensibiyle dinleyerek karakol uçak/helikopterlerine iletirler. Taktik amaca uygun olarak

frekans, derinlik ve çalışma süresi ayarlanır ve uçak/helikopter/gemiden denize atılır. Arama

şekline bağlı olarak genelde birden fazla adet atılan sonoboylar temel olarak aktif, pasif ve

özel amaçlı olarak üç çeşittir.

Aktif sonoboylar 7.1.3 maddesinde belirtilen ilkelere göre çalışarak çevreye aktif ping atarlar

ve gelen ekoları anteni vasıtasıyla su üstüne iletirler. Pasif sonoboylar ise hidrofonlarının

denizde algıladığı gürültüleri su üstündeki ilgili platformlara aktarırlar. Özel tipte olanlara

örnek olarak su sıcaklığı ölçmeye yarayan bathy’leri gösterebiliriz.

Şekil 7-3: A,G ve F tipi sonoboylar

36

8 KAYNAKLAR

L.M. Brekhovskikh, J. P. Lysanov, 2003, Fundamentals of Ocean Acoustics, AIP Pres

P. C. Etter, 2003, Underwater Acoustic Modeling and Simulation, Spon Pres

L. Kinsler, 2000, A.R.Frey, A.B.Coppens, J.V.Sanders, Fundamentals of Acoustics, John

Wiley & Sons

W.A. Kuperman - Underwater Acoustics

H. Kuttruff, 2006, Acoustics, An Introduction, Taylor & Francis

C. M. Payne, 2007, Principles of Naval Weapon Systems, Naval Institute Press

T. D. Rossing, 2007, Springer Handbook of Acoustics, Springer

Url-1 <http://en.wikipedia.org/wiki/Underwater_acoustics>

Url-2 <http://en.wikipedia.org/wiki/Sonar>

Url-3 <http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/sound/soucon.html>

Url-4 <http://metocph.nmci.navy.mil/KBay/soundprop.htm>

Url-5 <http://www.dosits.org/science/intro.htm>

Url-6 <http://www.fas.org/man/dod-101/navy/docs/es310/SNR_PROP/snr_prop.htm>

Url-7 <http://www.pmel.noaa.gov/vents/acoustics/tutorial/tutorial.html>