SONAR は、音波を使用して周囲の環境にあるオブジェクトをマッピングまたは特定する技術です。前提は非常に単純です。まず、オブジェクトの方向に音波のクラスターを放出します。いくつかの波は跳ね返りますが、残りの波はエミッターの方向に反射されます。
SONAR は、音波を使用して周囲の環境にあるオブジェクトをマッピングまたは特定する技術です。前提は非常に単純です。まず、オブジェクトの方向に音波のクラスターを放出します。いくつかの波は跳ね返りますが、残りの波はエミッターの方向に反射されます。
チューブの一端を巨大な海に差し込んでもう一端に耳をつけたら、間違いなくアビのように見えます。しかし、船のうめき声や遠く離れた大海原の動物たちの歌声もかすかに聞こえてきます。レオナルド・ダ・ヴィンチは、この独創的な実験を (裁かれることを恐れずに) 実行した最初の人物であり、この気まぐれな現象を発見しました。彼は、私たちが現在 SONAR と呼んでいるものを首尾よく実装しました。
サウンド ナビゲーションと測距 (SONAR)
SONAR は、音波を使用して周囲の環境にあるオブジェクトをマッピングまたは特定する技術です。この技術は、人間が近年開発した贅沢なものではありません。何百万年もの間、コウモリやクジラなどの動物によって使用されてきました.
太陽が沈む中、コウモリが飛んでいます。 (写真提供:satit_srihin / Shutterstock)
前提は非常に単純です。まず、オブジェクトの方向に音波のクラスターを放出します。いくつかの波が跳ね返りますが、残りの波はエミッターの方向に反射されます。音速と波が取得されるまでに経過した時間に関する知識があれば、巧みな受信機は、送信機からオブジェクトまでの距離を計算できます。
ソナーは屋外でも実装できますが、水中でより効果的であることが知られています。これは、音波が水中でより長い距離を移動する傾向があるためです。ソナーの驚くべき範囲のおかげで、クジラは 50 フィート離れたピンポン球サイズの物体の形状と動きを識別することができます。彼らは、仲間を探したり追跡したりするために、視力よりもソナーに頼ることが知られています.
クジラの群れ。 (写真提供:Catmando/Shutterstock)
アクティブおよびパッシブ SONAR
最終的に、人間は指数関数的に優れた範囲と解像度を持つソナー マシンを開発しました。それらの中で最も単純なものは、声帯と耳の組み合わせシステムで構成されています。山の頂上や峡谷で大声で叫び、最終的に反響を聞くときに実装するのはソナーです。しかし、軍が開発した LFA ソナーは、何千マイルも移動する音波を放出します。その広い範囲により、わずか 4 つの見晴らしの良い場所から音波を放射するだけで、地球の海のほぼ 80% をカバーすることができます!
光とレーダーの非常に優れた速度にもかかわらず、NOAA が海図の作成、海底マッピングの実行、難破船の位置特定、水中の危険の予測に使用しているのはソナーです。実際、Sonar の特許は、タイタニック号の悲劇的な破綻につながった出来事を目撃した後に認可されました。その主な目的は、水中での衝突を避けるために海面下に潜んでいる物体を特定することでした。
船舶が SONAR を使用して海底をマッピングする方法を表したもの。
その後、第一次世界大戦は、水中監視および戦闘潜水艦への道を開いた大きな進歩をもたらしました。水中監視は、パッシブと呼ばれるものを実装します ソナー — 他の送信機が発する音波を聞く必要があるため、独自の送信機を必要としない技術。これは、クジラや敵の船が発する音を聞くことを意味します。ツールは、ツールに向かって移動する音波を検出するだけです。ただし、マシンは、他のパッシブ リスニング デバイスの助けがなければ、これらの送信機の位置を特定できません。それらは連携して、存在を感じさせずに送信機の位置を密かに三角測量します。
潜水艦は音波を送信し、エコーの受信間の経過時間を測定することで、近くにある物体を検出します。
一方、戦闘用潜水艦は active を実装します。 ソナー — 受信機と送信機を利用する技術。これは、ソナーと最もよく関連付けられる手法です。潜水艦は音波を送信し、エコーを受信するまでの経過時間を測定することで、近くにある物体を検出します。物体の存在を単に検出するだけでなく、高度に洗練されたツールが徐々に登場したことで、形状、サイズ、方向を精巧に詳細に識別することも可能になりました.
解像度と減衰の間の妥協
送信機は、ほとんどが圧電材料であり、電流を受けるとぐらつき、歪む材料です。これらの歪みからの音の生成は、スピーカーの振動板の振動に似ています。逆に、圧電材料は歪みを受けると電流を生成します。この特性により、圧電材料を受信機として同時に使用することを確信しました.
ただし、反射波は物体によって散乱された波であるため、元の入射音波に比べて強度が低下していると合理的に結論付けることができます。受信波の強度が低いと、画像がぼやけたり、適切に明るくなかったりします。したがって、画像の品質は、マシンの機能だけでなく、メカニズムが実装されているオブジェクトと地形の側面にも依存します。
たとえば、よりゴツゴツした、または不規則な表面で覆われた物体は、規則的または滑らかな表面で覆われた物体よりも多くの音波を吸収します。音波の伝播は、水の温度とそれが助長する不純物によっても影響を受ける可能性があります。一方、解像度と範囲は、音波の周波数に密接に関連する特性です。
水中では、音は光や電波よりも長い距離を伝わります。 (写真提供:Seaphotoart / Shutterstock)
20kHz 未満の低周波音波は解像度が低くなりますが、その間の障害物によって減衰される可能性が非常に低いため、より高い範囲を誇っています。反対に、周波数が 100kHz を超える高周波音波は驚異的な解像度を生成しますが、減衰が大きくなりがちです。必要なディテールのサイズに比例して最適な周波数を慎重に選択する必要があるなど、妥協点が生まれます。
ソナーは、監視や戦闘用潜水艦だけに使用されるわけではありません。また、超音波検査として知られているプロセスである嚢胞や癌細胞を検出するために医師によって使用されます。医師は、体内で散乱して跳ね返る音波を患者に浸透させ、X 線よりもはるかに詳細に筋肉や臓器を検出できるようにします。
ダークナイトの終わりに向かって 、バットマンは必死になって、フォックスのソナーの概念をゴッサムのすべてのスマートフォンに適用して、ジョーカーの位置を特定しました.
また、漁網の先端にはソナー装置が取り付けられており、漁師は網にかかった魚の概算を知ることができます。バットマンでさえ、回避するジョーカーを捕まえるために、非倫理的ではありますが、ソナーを使用することに抵抗できませんでした。シーンのソナーの非現実的または大げさな実装にもかかわらず、技術がいかに重要であるかを理解しています。
