Ett hydrofonsystem består av ett antal hydrofoner som är placerade på kända platser. Dessa hydrofoner kan vara placerade i en linje på havsbotten, förtöjda i en vertikal linje i vattenpelaren eller bogserade i en horisontell linje bakom t.ex. en båt eller ett fartyg. Ljud som anländer till nätverket från en avlägsen källa, t.ex. en ubåt, kommer att nå varje hydrofon vid något olika tidpunkter, beroende på från vilken riktning ljudet kommer. Denna tidsskillnad kallas ankomsttidsskillnaden och kan omvandlas till en riktning. Med hjälp av denna information från alla hydrofoner i matrisen kan riktningen som ljudet kommer ifrån fastställas.
Även en enkel matris bestående av endast två hydrofoner kan ge en ungefärlig riktning som ett ljud kommer ifrån. Människor gör detta hela tiden i luften med en ”mottagararray” som består av två öron. Ljud som kommer från en källa, t.ex. en person som talar, når varje öra vid något olika tidpunkter, beroende på riktningen som ljudet kommer ifrån, vilket gör det möjligt för lyssnaren att tala om riktningen till talaren.
Ett hydrofonarrangemang kan bogseras bakom ett fartyg eller placeras på havsbottnen. I den här bilden överförs ljudet från fartyget och reflekteras av den nedsänkta ubåten. Det reflekterade ljudet når först hydrofon A, sedan hydrofon B och slutligen hydrofon C. Skillnaden i ankomsttid mellan hydrofonerna i matrisen används för att bestämma riktningen till ubåten. Copyright University of Rhode Island.
När lyssnaren vill upptäcka ett enda specifikt ljud är hydrofonarrayer mycket bättre än enskilda hydrofoner. Detta beror på att matrisen kan filtrera bort buller som kommer från alla håll och fokusera på ljud som kommer från en specifik riktning. Det ökade förhållandet mellan signal och brus gör att ljud som normalt inte skulle kunna upptäckas av en enskild hydrofon kan höras. Om en hydrofonarray används för att ta emot en specifik ljudkälla kan källan också vara tystare och ändå upptäckas. Till exempel kan projektorn i ett undervattenskommunikationssystem vara tystare om mottagaren är en array som är riktad mot källan.
Hydrofonarrayer används för att lokalisera ubåtar, spåra marina däggdjur och till och med för att studera globala klimatförändringar genom att upptäcka temperaturskillnader. Exempel på hydrofonmatriser är Sound Surveillance System (SOSUS), som är en uppsättning fasta hydrofonmatriser på havsbotten, och den amerikanska flottans bogserade matris som kallas Surveillance Towed Array Sensor System (SURTASS).
Tilläggslänkar om DOSITS
- Hur används ljud för att mäta globala klimatförändringar?
- Hur används ljud för att mäta temperaturen i havet?
- Hur används ljud för att studera marina däggdjurs utbredning?