水下麥克風(fēng)：水聽(tīng)器，水下研究利器的原理和用途介紹

水下麥克風(fēng)

我們都知道麥克風(fēng)是什么。它是一種用于接收、放大或記錄各種媒體上的聲音的設(shè)備。但這是用來(lái)記錄普通聲音的，比如人說(shuō)話或狗叫。

假設(shè)我們想聽(tīng)到水中魚(yú)的“聲音"。如果我們僅把麥克風(fēng)放在水面上，除了

無(wú)關(guān)的噪音，我們什么也錄不到。

你需要的99%的聲音會(huì)留在水下——它們不會(huì)透過(guò)水面進(jìn)入空氣中。要讓麥克風(fēng)工作，我們必須把它放進(jìn)水里。但是，還有一個(gè)問(wèn)題：一個(gè)普通的麥克風(fēng)在水中會(huì)“受損"，結(jié)構(gòu)會(huì)被水浸泡，電路會(huì)失效，你會(huì)毀了你的設(shè)備。

因而，我們需要一個(gè)專門(mén)設(shè)計(jì)的麥克風(fēng)：水下麥克風(fēng)，或水聽(tīng)器，即水聲聲音接收器。

水聽(tīng)器的用途是什么?

水聽(tīng)器是如何工作的?

海洋和許多淡水水體中都充滿了聲音。在海水中，聲音的傳播速度比在空氣中快5倍：在水中，它的速度是1500米/秒，而在空氣中，它只有300米/秒。

海洋的聲音最好通過(guò)水聽(tīng)器聽(tīng)到。它能放大聲音，使聲音更清晰。水聽(tīng)器可以置于水中，也可以放置在海底，也可以固定在船體下部。在水聽(tīng)器的幫助下，你可以聽(tīng)到水的飛濺聲、海浪的飛濺聲、遠(yuǎn)處船只駛過(guò)時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)和螺旋槳的聲音，以及游動(dòng)的魚(yú)、鯨魚(yú)、海豚和海豹的聲音。所以，這就是水聽(tīng)器在水聲學(xué)中的用途：記錄水下信號(hào)和噪聲，用于測(cè)量，也作為水下定向接收水聽(tīng)器陣的組成部分。

水聽(tīng)器頻率范圍

根據(jù)不同的用途，水聽(tīng)器有不同的設(shè)計(jì)和技術(shù)特點(diǎn)。它們的頻率范圍一般從0.1 Hz(用于感知和測(cè)量在水中傳播數(shù)百甚至數(shù)千公里的次聲波)到500 kHz(用于高精度聲波定位)。它們可以在1000m或更深的深度工作，承受超過(guò)10Mpa的靜壓。

 聲波對(duì)水聽(tīng)器傳感元件材料施加的機(jī)械作用或壓力導(dǎo)致材料表面電荷的發(fā)生，因此，材料中電荷分布的變化，導(dǎo)致電壓變化。

水聽(tīng)器的基本特性之一是靈敏度，即電壓與聲壓之比。傳感元件密封在一種特殊的透聲合成橡膠(例如，氯丁橡膠)中。機(jī)身采用鋁青銅合金等耐腐蝕、耐海水污染的堅(jiān)固金屬。水聽(tīng)器與電纜的密封連接是非常重要的。帶前置放大器的水聽(tīng)器用于提高靈敏度(以及消除電纜的分流效應(yīng))，它們安裝在與接收器相同的耐壓殼中，并一起下放到水中。

基于電動(dòng)力、壓電和磁致伸縮效應(yīng)的水聽(tīng)器是最常見(jiàn)的。電動(dòng)水聽(tīng)器在操作上與電動(dòng)空氣傳聲器沒(méi)有區(qū)別，除了與水隔離相關(guān)的設(shè)計(jì)特征。

壓電水聽(tīng)器利用一些晶體的直接壓電效應(yīng)，當(dāng)晶體的可變變形引起可變表面電荷的出現(xiàn)，相應(yīng)的，在電極板上產(chǎn)生可變的電動(dòng)勢(shì)。

水聽(tīng)器陣列

兩個(gè)水聽(tīng)器比一個(gè)好，更多的水聽(tīng)器更好！如果你把幾個(gè)水聽(tīng)器放在海底排成一行，與潛艇航行路徑相交，或采用多水聽(tīng)器組成的反潛拖纜，或把它們以潛標(biāo)形式垂直固定在水體中，您可以使用聲音到達(dá)時(shí)間的差異，這意味著來(lái)自遠(yuǎn)處的聲音會(huì)在稍微不同的時(shí)間到達(dá)每個(gè)水聽(tīng)器，這可以用來(lái)計(jì)算聲音的方向(因此可以更精確地計(jì)算源的位置)。這允許探測(cè)和跟蹤海洋哺乳動(dòng)物和水下物體，如潛艇，定位船只和測(cè)量他們的噪聲特征，甚至研究氣候變化!

更多關(guān)于監(jiān)測(cè)海洋噪聲水平的方法，可參見(jiàn)我們的其他文章。