聲呐的靈敏度和作用距離,在更大的程度上受到混響的限製。水中的異物、水密度的不均勻性、水一空氣的分界麵和大洋底對脈衝的散射形成混響。在這種情況下,簡單地提高脈衝的功率於事絲毫無補。因為混響效應也以同樣的比例增強。如果降低脈衝持續時間,就能降低混響效應,因為脈衝傳遞的能量,與功率和持續時間的乘積成正比。因此,我們可以再一次肯定,利用盡可能短的脈衝是合理的。
主要的混響源是海底。考慮到這一事實,研製出了一種新型的聲呐——有機械控製聲束裝置的聲呐。這種聲束可以向水平麵和垂直麵的任何方向發射。最早的這種類型的聲呐之一,能發射水平束寬為10°、垂直束寬隻有2°的聲束。它的工作頻率是6.1萬赫,而脈衝持續時間略大於1毫秒鍾。
從在聲束區遊動的魚群反射回來的信號,同海底散射的信號同時到達接收機。因為海底散射信號的強度比有效信號高出許多,因此,有效信號實際上完全看不見。使用上述類型的窄聲束(在水平麵小於20°)的聲呐,可以大大降低混響效應,並能發現在深度100~180米的海底附近遊動的魚群。
但是,減少聲束寬度會降低水下空問探測的速度和效率。要提高速度和效率,可以使用電子掃描係統。同其他裝置相比,這種係統能提供更清晰、更詳細的水下景色圖像。最近20年來正在緊張地研製這種聲呐。
這一章開頭所說的一種回聲測深儀,不僅用於尋找魚群,而且還用於測量海深,並把海的深度繪在地圖上。回聲測深儀同過去一樣,現在是研究海底地形的基本工具。為了加速地形測繪,回聲測深儀通常都裝在水下“魚雷”上。獲得的信息轉換成數字形式,並自動進行整理。在整理數據時還考慮到同船隻上下運動以及漲落潮有關的修正值。在測量遠離大陸架的大深度時,等候反射信號的時間是很長的,因此,在這個時間間隔內,通常還順序發出若幹個信號。
因為回聲測深儀繪出的隻是直接位於船下的海底斷麵圖,因此,無論我們發出多少脈衝,仍然得不到海底表麵的圖像。20世紀40年代末,英國製成了一種能夠側掃的聲呐,聲束的寬度沿垂直麵為50°,沿水平麵2°聲呐的聲束射向船的一側,同船的運動方向垂直。這種聲呐可跟著船的運動獲得海底圖。在記錄上,可以毫不困難地區分沙子和礫石(因為它們對脈衝的反射不相同)並且能“看見”各種隆起物(如岩礁),因為它們投射出“聲陰影”。
側掃聲呐為了提高分辨能力,通常都使用高頻(5萬赫),這就使它們的有效半徑限製在1000~1500米之內。船上裝兩個這種聲呐,可以同時觀察和繪出寬度為2000米的地帶。如果犧牲分辨能力,建造用低頻(例如英國“光榮號”聲呐的工作頻率為6000~7000赫)工作的聲呐,側掃聲呐能觀察到寬達15千米的海底地帶。
這種聲呐必須有大型換能器。換能器需要消耗相當大的能量,通常裝在價值昂貴、有電子自動控製的水下“魚雷”上。雖然如此,使用這種聲呐還是合算的,因為它們能節約大量時間。
由於找尋石油和天然氣的需要,分辨能力高而有效半徑小的聲呐裝置在海底鑽井工作中得到應用。使用它們可以清楚地看到管道和管道投射的“陰影”。石油和天然氣勘探鑽井工作的主要地點是沿岸水域,經常受到漲落潮的影響。沙子在潮水作用下常常移動,並從管道和鑽井台的支柱下衝刷出來。檢查支柱和管道對潛水員來說,是一項困難而危險的工作。使用側掃聲呐或者用於觀察沙子運動的專門聲呐裝置,可以大大簡化和加速這一工作。
在分析回聲測深儀取回的資料時,常常會碰上“假”海底的問題。問題在於在堅硬岩石形成的凹地中,常常聚集著淤泥。回聲測深儀的信號,既可以從淤泥表麵(“假”海底)反射回來,也可以從堅硬的岩石(真海底)反射回來。操作人員要善於區別這些信號。因此,在描繪海底表麵時,聲音的高度穿透性能就幫了忙。這種性能在研究海底的內部構造時,特別是在用低頻聲工作時是很重要的。