水中音響

水中音響学（水中音響学とも呼ばれる）は、水中での音の伝播と、音を構成する機械的波と水、その内容物、境界との相互作用を研究する学問です。水は、海、湖、川、またはタンクにあります。水中音響に関連する一般的な周波数は、10 Hzから1 MHzです。10 Hz未満の周波数での海洋での音の伝播は、通常、海底深くまで浸透しなければ不可能ですが、1 MHzを超える周波数は、非常に速く吸収されるため、ほとんど使用されません。

水中音響は、ソナー技術を使用して、水中の物理的および生物学的特性の監視に最も一般的に使用されています。水中音響は、水域の深さ（水深）だけでなく、水中の植物^{[1]や動物の有無、豊富さ、分布、サイズ、行動を検出するために使用できます。水中音響センシングには、「}受動音響」（音を聞く）または音を出して反響を聞く能動音響が含まれます。そのため、このデバイスの一般的な名前はエコーサウンダーまたはエコーサウンダーです。

船舶の騒音にはさまざまな原因があります。これらは、プロペラによる騒音、機械による騒音、船体の水中移動による騒音に分けられます。これら 3 つの異なるカテゴリの相対的な重要性は、船舶の種類などによって異なります。

完全に水没した揚力面から発生する水中音響ノイズの主な原因の 1 つは、表面の後縁付近の不安定な剥離乱流です。この乱流により、表面に圧力変動が生じ、近くの航跡に不安定な振動流が生じます。表面と海洋の相対運動により、表面を取り囲む乱流境界層 (TBL) が形成されます。この TBL 内の変動する速度場と圧力場によってノイズが発生します。

水中音響学の分野は、ソナー、変換、信号処理、音響海洋学、生物音響学、物理音響学など、他の多くの音響研究分野と密接に関連しています。

水中の音は、おそらく何百万年もの間、海洋動物によって利用されてきた。水中音響の科学は、1490年にレオナルド・ダ・ヴィンチが次のように書いたときに始まった。^[2]

「船を止めて、長い管の先端を水の中に入れ、その先端を耳に当てると、遠くの船の音が聞こえるでしょう。」

1687年、アイザック・ニュートンは『自然哲学の数学的原理』を著し、音に関する最初の数学的取り扱いを盛り込んだ。水中音響の発展における次の大きな一歩は、スイスの物理学者ダニエル・コラドンとフランスの数学者シャルル・シュトゥルムによってなされた。1826年、レマン湖で彼らは水中聴音器を使用して、閃光と水中船の鐘の音との間の経過時間を測定した。^[3]彼らは17キロメートル(km)の距離で毎秒1435メートルの音速を測定し、水中での音速の最初の定量的測定を行った。^[4]彼らが得た結果は、現在受け入れられている値の約2%以内であった。1877年、レイリー卿は音響理論を著し、現代の音響理論を確立した。

1912年のタイタニック号の沈没と第一次世界大戦の勃発は、水中音響学における次の進歩の波のきっかけとなった。氷山やＵボートを探知するシステムが開発された。1912年から1914年にかけて、ヨーロッパと米国で数多くのエコーロケーションの特許が認められ、1914年にはレジナルド・A・フェッセンデンのエコーレンジャーが誕生した。この時期、フランスではポール・ランジュバン、イギリスではAB・ウッドとその仲間たちが先駆的な研究を行った。^[5]アクティブASDICとパッシブソナー（音響航法と測距）の開発は、潜水艦の初の大規模配備によって戦時中に急速に進んだ。水中音響学におけるその他の進歩としては、音響機雷の開発が挙げられる。

1919年に、水中音響に関する最初の科学論文が出版され、^{[6]海中の温度と塩分濃度の勾配によって生じる音波の屈折を理論的に説明しました。論文の範囲予測は、}伝播損失測定によって実験的に検証されました。

その後の 20 年間で、水中音響のさまざまな応用が開発されました。1920年代には、深度計または深度測定器が商業的に開発されました。当初は、トランスデューサーには天然素材が使用されていましたが、1930 年代までには、合成素材で作られた圧電 トランスデューサーを組み込んだソナー システムが、受動聴取システムや能動エコー測距システムに使用されていました。これらのシステムは、第二次世界大戦中に潜水艦と対潜水艦の両方で効果的に使用されました。水中音響には多くの進歩があり、後に 1946 年に出版されたシリーズ「海中の音響の物理学」にまとめられています。

第二次世界大戦後、ソナーシステムの開発は主に冷戦によって推進され、コンピューターベースの技術の助けを借りて、水中音響の理論的および実践的理解が進歩しました。

水中を伝わる音波は、水の圧縮と希薄化が交互に繰り返されることにより構成されます。これらの圧縮と希薄化は、人間の耳やハイドロフォンなどの受信機によって圧力の変化として検出されます。これらの波は、人工的に生成されたものでも、自然に生成されたものでもかまいません。

音速（つまり、波面の縦方向の動き）は 、波の周波数と波長と次のように関係します。 ${\displaystyle c\,}$ ${\displaystyle f\,}$ ${\displaystyle \lambda \,}$${\displaystyle c=f\cdot \lambda }$

これは、音による媒体内の分子の運動を指す粒子速度とは異なり、平面波圧力と流体の密度および音速を によって関連付けます。 ${\displaystyle u\,}$${\displaystyle p\,}$${\displaystyle \rho \,}$${\displaystyle c\,}$${\displaystyle p=c\cdot u\cdot \rho }$

上記の式から得られるとの積は、特性音響インピーダンスと呼ばれます。単位面積を横切る音響パワー (1 秒あたりのエネルギー) は波の強度と呼ばれ、平面波の場合、平均強度は で与えられます。ここで、 は二乗平均平方根音圧 です。${\displaystyle c}$${\displaystyle \rho \,}$${\displaystyle I=q^{2}/(\rho c)\,}$${\displaystyle q\,}$

「音速」という用語が使用されることもありますが、この量はスカラー値であるため、これは誤りです。

空気と水の間の大きなインピーダンス差（比率は約 3600）と表面粗さの規模により、海面は 1 kHz 未満の周波数でほぼ完全な音の反射体として機能します。水中の音速は空気中の音速の 4.4 倍を超え、密度比は約 820 です。

低周波音の吸収は弱い。^[7] （オンライン計算機については、技術ガイド - 海水中の音の吸収の計算を参照）。淡水中の音の減衰、および海水中の高周波（100 kHz以上）における音の減衰の主な原因は粘性である。海水中の低周波における重要な追加の寄与は、ホウ酸（約10 kHzまで）^[7]および硫酸マグネシウム（約10 kHz-100 kHz）のイオン緩和に関連している。^[8]

音は流体境界での損失によって吸収される可能性があります。海面近くでは泡層または氷の中で損失が発生する可能性があり、海底では音が堆積物に浸透して吸収される可能性があります。

水面と水底はともに反射と散乱の境界です。

多くの目的において、海と空気の表面は完全な反射体であると考えられる。インピーダンスの差が非常に大きいため、この境界を越えるエネルギーはほとんどない。海面から反射された音響圧力波は位相が反転し、これは「π位相変化」または「180度位相変化」として表現されることが多い。これは数学的には、海面の反射係数をプラス1ではなくマイナス1とすることで表される。^[9]

高周波（約1kHz以上）や海が荒れているときは、入射音の一部が散乱するため、反射係数の大きさを1未満にすることでこれを考慮します。たとえば、垂直入射に近い場合、反射係数は となり、hはrms波高です。 ^[10]${\displaystyle R=-e^{-2k^{2}h^{2}\sin ^{2}A}}$

さらに複雑なのは、風で発生した泡や海面近くにいる魚の存在です。^[11] 泡はプルームを形成し、入射音や散乱音の一部を吸収し、泡自体も音の一部を散乱させることがあります。^[12]

水と底の間の音響インピーダンスの不整合は、一般的に表面よりもはるかに小さく、より複雑です。これは底の材料の種類と層の深さに依存します。この場合の底での音の伝播を予測するための理論は、例えばBiot ^[13]やBuckingham ^{[14]によって開発されています。}

音響波長に比べて大きな寸法を持つターゲットにおける音の反射は、ターゲットのサイズと形状、およびターゲットの水に対するインピーダンスに依存します。さまざまな単純な形状のターゲット強度を音の入射角の関数として表す公式が開発されています。より複雑な形状は、これらの単純なものを組み合わせることで近似できます。^[2]

水中での音響伝播は、多くの要因に依存します。音の伝播方向は、水中の音速勾配によって決まります。これらの速度勾配は、屈折、反射、分散を通じて音波を変換します。海では、垂直勾配は一般に水平勾配よりもはるかに大きくなります。これに、深海の圧力増加により、深度が増すにつれて音速が増加する傾向が加わると、サーモクラインにおける音速勾配の逆転が起こり、最小音速に対応する深度で効率的な導波管が形成されます。音速プロファイルにより、「シャドウ ゾーン」と呼ばれる低音強度領域と、「コースティック」と呼ばれる高強度領域が発生する可能性があります。これらは、レイ トレーシング法 で見つけることができます。

海洋の赤道および温帯 緯度では、表面温度が圧力効果を逆転させるほど高く、音速の最小値は深さ数百メートルで発生します。この最小値の存在により、深海音響チャネルまたは SOFAR ( sound fixing andranging) チャネルと呼ばれる特別なチャネルが形成され、海面や海底と相互作用することなく、水中の音が数千キロメートルにわたって誘導伝播できるようになります。深海でのもう 1 つの現象は、収束ゾーンと呼ばれる音の焦点領域の形成です。この場合、音は表面近くの音源から下向きに屈折し、その後再び上向きに戻ります。これが発生する音源からの水平距離は、正および負の音速勾配によって異なります。表面ダクトは、たとえば表面温度が低いために上向きの屈折がある場合、深海とやや浅い水の両方で発生することもあります。伝播は、表面での音の繰り返しによるものです。

一般に、音が水中を伝播するにつれ、距離が長くなるにつれて音の強度が低下しますが、場合によっては、集束によってゲインが得られることもあります。 伝播損失（伝送損失と呼ばれることもあります）は、2 点間（通常は音源と遠くの受信機）の音の強度の低下を定量的に表したものです。が音源の音響中心から 1 m の点を基準とした遠距離場強度で、が受信機での強度である場合、伝播損失は^[2]で与えられます。この式では、 は受信機での真の音響強度（ベクトル量）ではなく、音場の等価平面波強度 (EPWI) に等しいスカラーです。EPWI は、真の音響場と同じ RMS 圧力の平面波の強度の大きさとして定義されます。短距離では、伝播損失は拡散によって支配されますが、長距離では吸収損失や散乱損失によって支配されます。 ${\displaystyle I_{s}}$${\displaystyle I_{r}}$ ${\displaystyle {\mathit {PL}}=10\log(I_{s}/I_{r})}$${\displaystyle I_{r}}$

強度の代わりに圧力で定義することも可能で、^[15]では となります。ここで は プロジェクターの遠距離場におけるRMS音圧で、標準距離1mにスケール化されており、 は 受信機位置におけるRMS圧力です。 ${\displaystyle {\mathit {PL}}=20\log(p_{s}/p_{r})}$${\displaystyle p_{s}}$${\displaystyle p_{r}}$

これら2つの定義は、受信機の特性インピーダンスが音源の特性インピーダンスと異なる可能性があるため、正確には等価ではありません。このため、強度定義を使用すると、圧力比に基づく定義とは異なるソナー方程式が得られます。^[16] 音源と受信機の両方が水中にある場合、その差は小さくなります。

水中を伝わる音は、適切な境界条件をともなう波動方程式で記述される。伝搬計算を簡素化するために、いくつかのモデルが開発されてきた。これらのモデルには、音線理論、通常モード解、および波動方程式の放物線方程式簡略化が含まれる。^[17]それぞれの解法は、一般的には限られた周波数と範囲の範囲内で有効かつ計算効率が高く、他の制限も含まれる場合がある。音線理論は短距離と高周波数でより適しており、他の解法は長距離と低周波数でより適切に機能する。^{[18] [19] [20]}さまざまな経験式や解析式も、測定から導き出されており、近似値として有用である。^[21]

過渡音は、元の過渡信号よりもはるかに長い持続時間を持つ減衰する背景音を生じます。残響と呼ばれるこの背景音の原因は、粗い境界からの散乱と魚や他の生物からの散乱によるものです。音響信号が容易に検出されるためには、残響レベルと背景ノイズ レベルの両方を超えている必要があります。

水中の物体が水中受信機に対して動いている場合、受信音の周波数は物体から放射（または反射）される音の周波数とは異なります。この周波数の変化はドップラーシフトとして知られています。アクティブソナーシステム、特に狭帯域ソナーシステムでは、送信機の周波数がわかっており、ソナーと物体の相対的な動きを計算できるため、このシフトは簡単に観察できます。放射ノイズ（トーン）の周波数もわかっている場合があり、その場合はパッシブソナーで同じ計算を行うことができます。アクティブシステムの場合、周波数の変化は1ノットあたり1kHzあたり0.69Hzですが、パッシブシステムの場合は伝播が一方向のみであるため、この半分です。シフトは、接近するターゲットの周波数の増加に対応します。

音響伝播モデルでは、一般的に受信音のレベルは一定であると予測されますが、実際には時間的および空間的な変動があります。これらは、小規模および大規模の環境現象が原因である可能性があります。これには、音速プロファイルの微細構造、前線帯、および内部波が含まれます。一般に、音源と受信機の間には複数の伝播経路があるため、これらの経路間の干渉パターンの小さな位相変化によって、音の強度が大きく変動する可能性があります。

水中、特に気泡のある水中では、圧力の変化による密度の変化は正確には直線的に比例しません。結果として、正弦波入力に対して、追加の高調波および低調波周波数が生成されます。2 つの正弦波を入力すると、和周波数と差周波数が生成されます。変換プロセスは、音源レベルが高いほど小さいレベルよりも大きくなります。非線形性のため、音速は圧力振幅に依存し、大きな変化は小さな変化よりも速く伝わります。したがって、正弦波形は徐々に、急激に上昇して緩やかに尾を引く鋸歯状波形になります。この現象はパラメトリック ソナーで利用されており、これを説明する理論が開発されています (例: Westerfield による)。

水中の音は、水中マイクに相当するハイドロフォンを使用して測定されます。ハイドロフォンは圧力変動を測定し、通常、平均二乗音圧の対数尺度である音圧レベル(SPL) に変換されます。

測定値は通常、次の 2 つの形式のいずれかで報告されます。

• RMS音圧（パスカル）（または音圧レベル（SPL）（dB 基準 1 μPa））
• スペクトル密度（単位帯域幅あたりの平均二乗圧力）（パスカル平方／ヘルツ単位、dB re 1 μPa ² /Hz）

水中の音圧のスケールは、空気中の音に使用されるスケールとは異なります。空気中の基準圧力は 1 μPa ではなく 20 μPa です。同じ SPL 数値の場合、平面波の強度 (単位面積あたりの電力、平均二乗音圧を音響インピーダンスで割った値に比例) は、空気中の方が水中よりも約 20 ² ×3600 = 1 440 000 倍高くなります。同様に、水中の SPL が 61.6 dB 高い場合、強度はほぼ同じになります。

2017 年規格 ISO 18405 では、水中音圧レベルの計算など、水中音響の分野で使用される用語と表現が定義されています。

大気圧下での淡水と海水の音速のおおよその値は、それぞれ1450 m/sと1500 m/s、密度は1000 kg/m 3と1030 kg/m ^{3です。 [22]} 水中の音速は、圧力、温度、塩分濃度の上昇とともに増加します。^{[23] [24]} 大気圧下での純水中の最大速度は約74℃で達成され、それ以降の高温の水では音速は遅くなり、最大値は圧力とともに増加します。^[25]

湖や海での音の吸収については多くの測定が行われてきました ^{[7] [8]} （オンライン計算機については技術ガイド「海水中の音の吸収の計算」を参照）。

音響信号の測定は、その振幅が最小しきい値を超える場合に可能になります。最小しきい値は、使用される信号処理と背景ノイズのレベルによって決まります。周囲ノイズとは、受信ノイズのうち、音源、受信機、プラットフォームの特性とは関係のない部分です。したがって、残響や牽引ノイズなどは除外されます。

海洋に存在する背景雑音、つまり周囲雑音には、さまざまな発生源があり、場所や周波数によって異なります。^[26]約 0.1 Hz から 10 Hz の最低周波数では、海洋の乱流と微小地震が背景雑音の主な原因です。^[27]一般的な雑音スペクトルレベルは、周波数の増加とともに、1 Hz で約 140 dB re 1 μPa ² /Hz から 100 kHz で約 30 dB re 1 μPa ² /Hz まで低下します。遠方の船舶交通は、約 100 Hz の周波数のほとんどの地域で主要な雑音源の 1 つですが^[28]、1 kHz から 30 kHz の間では風による表面雑音が主な発生源です。100 kHz を超える非常に高い周波数では、水分子の熱雑音が支配的になり始めます。100 kHz での熱雑音スペクトルレベルは、25 dB re 1 μPa ² /Hz です。熱雑音のスペクトル密度は10年ごとに20dB （オクターブごとに約6dB ）増加する。^[29]

一時的な音源も周囲騒音の原因となる。これには、地震や海底火山などの断続的な地質活動、^[30]地表の降雨、生物活動などが含まれる。生物活動の発生源には、鯨類（特にシロナガスクジラ、ナガスクジラ、マッコウクジラ）、^{[31] [32]}特定の種類の魚、テッポウエビなどがある。

雨は高いレベルの周囲騒音を発生させる可能性があります。しかし、海上では雨量の測定が困難なため、 雨量と周囲騒音レベルの数値的な関係を特定することは困難です。

海面、海底、体積残響については多くの測定が行われてきました。経験的モデルは、これらの測定から導かれることもあります。0.4～6.4 kHz の帯域でよく使われる表現は、Chapman と Harris によるものです。^[33]正弦波は、表面の動​​きによって周波数が広がることが分かっています。海底残響については、Lambert の法則が近似的に適用されることがよくあります。たとえば、Mackenzie を参照してください。^[34] 体積残響は通常、主に層で発生し、その深さは 1 日の時間帯によって変化します。たとえば、Marshall と Chapman を参照してください。^[35] 氷の下面が荒れていると、強い残響が生じることがあります。たとえば、Milne を参照してください。^[36]

底部損失は、さまざまな場所で多くの周波数について、例えば米国海洋物理調査所によって、グレージング角度の関数として測定されています。^[37] 損失は、底部の音速（勾配と層構造の影響を受ける）と粗さに依存します。特定の状況で予想される損失のグラフが作成されています。浅瀬では、底部損失が長距離伝播に支配的な影響を与えることがよくあります。低周波数では、音は堆積物を通って伝播し、その後水中に戻ることがあります。

空気伝播音と同様に、水中の音圧レベルは通常デシベル単位で報告されますが、水中の音圧レベルと空気中の音圧レベルを比較することを困難にする（そしてしばしば不適切になる）重要な違いがいくつかあります。これらの違いには以下が含まれます：^[38]

• 基準圧力の差：20μPaではなく1μPa （1マイクロパスカル、1パスカルの100万分の1） ^[15]
• 解釈の違い: 2 つの考え方があり、1 つは圧力を直接比較すべきであると主張し、もう 1 つはまず等価な平面波の強度に変換すべきであると主張します。
• 聴覚感度の違い：空気中の（ A特性）音との比較では、人間のダイバーや他の動物の聴覚感度の違いを考慮する必要がある。^[39]

正常な聴力を持つ人間のダイバーにとって、最低可聴音圧レベルは約67dB re 1μPaで、最も感度が高いのは1kHz付近の周波数です。^[40]これは、空気中の閾値よりも5.4dB、つまり3.5倍高い音の強度に相当します（上記の測定値を参照）。

水中の高レベルの音は、人間のダイバーにとって潜在的な危険を生じます。^[41] NATO海中研究センター のSOLMARプロジェクトでは、人間のダイバーの水中音への曝露に関するガイドラインが報告されています。^[42] 0.6～2.5kHzの周波数範囲で154dB re 1μPaを超える音圧レベルに曝露された人間のダイバーは、心拍数や呼吸頻度の変化を経験すると報告されています。低周波音に対するダイバーの嫌悪感は、音圧レベルと中心周波数に依存します。^[43]

イルカや他の歯のあるクジラは、特に5～50kHzの周波数範囲で鋭い聴覚感度を持つことで知られています。^{[39] [44]} いくつかの種は、この周波数範囲で1μPaあたり30～50dBの聴覚閾値を持っています。例えば、シャチの聴覚閾値は、 RMS音圧0.02mPa（周波数15kHz）で発生し、これは1μPaあたり26dBのSPL閾値に相当します。^[45]

水中の高レベルの音は海洋動物や両生類に潜在的な危険をもたらす。^[39]水中騒音への曝露の影響はサウスオールらによって検討されている。^[46]

魚類の聴覚感度については、ラディッチとフェイがレビューしている。^[47]ソルジャーフィッシュ の聴覚閾値は1.3 kHzで0.32 mPa（1 μPaに対して50 dB）であるのに対し、ロブスターの聴覚閾値は70 Hzで1.3 Pa（1 μPaに対して122 dB）である。^[45]水中騒音への曝露の影響については、ポッパーらがレビューしている。^[48]

いくつかの水鳥種は、1～4 kHzの範囲の水中音に反応することが観察されており^[49]、これは空中にいる鳥類の聴覚感度が最も高い周波数範囲に一致しています。ウミガモとウは、1～4 kHzの音に反応するように訓練されており、最低聴覚閾値（最高感度）は71 dB re 1 μPa ^[50]（ウ）で、105 dB re 1 μPa（ウミガメ）です。^[49]潜水種は、陸生種と比較して耳にいくつかの形態学的違いがあり、これは潜水鳥の耳が水中環境に適応していることを示唆しています^[51]

ソナーは、レーダーに相当する音響機器に付けられた名前です。音波パルスを使用して海を探査し、その反響を処理して海、その境界、水中の物体に関する情報を抽出します。パッシブソナーと呼ばれる別の用途では、水中の物体から放射される音を聞くことで同じことを行います。

水中音響テレメトリは、環境モニタリングのためのデータ収集、有人・無人の水中ビークルとの通信、ダイバーの音声の伝送などの用途で必要とされています。関連する用途として水中リモート コントロールがあり、音響テレメトリを使用して遠隔でスイッチを作動させたり、イベントをトリガーしたりします。水中リモート コントロールの代表的な例としては、音響リリースがあります。これは、海底に配備された機器パッケージやその他のペイロードを、配備終了時にリモート コマンドで水面に戻すために使用されるデバイスです。音響通信は、 特に水平の浅い水路で克服すべき大きな課題を伴う、活発な研究分野です^{[52] [53] 。無線}通信と比較すると、利用可能な帯域幅は数桁減少します。さらに、音速が低いため、マルチパス伝搬が数十または数百ミリ秒の時間遅延間隔にわたって伸び、ドップラー シフトや拡散も大きくなります。多くの場合、音響通信システムはノイズによって制限されるのではなく、受信機アルゴリズムの能力を超えた残響や時間変動によって制限されます。水中通信リンクの忠実度は、適応ビームフォーミングやダイバーシティ結合などの処理技術を可能にするハイドロフォンアレイの使用によって大幅に向上できます。

水中でのナビゲーションと追跡は、ダイバー、ROV、自律型水中ビークル（AUV）、有人潜水艇、潜水艦による探査や作業に共通して求められる要件です。すぐに吸収されてしまうほとんどの無線信号とは異なり、音は水中を遠くまで伝播し、その速度は正確に測定または推定することができます。^{[54]そのため、追跡対象と1つまたは複数の}基準局との間の距離を正確に測定したり、対象の位置を三角測量したりすることができ、時にはセンチメートル単位の精度で測定することができます。1960年代以降、これが水中音響測位システムの誕生のきっかけとなり、現在では広く使用されています。

地震探査では、低周波音（< 100 Hz）を使用して海底の深部を探査します。波長が長いため解像度は比較的低いものの、高周波は海底を通過する際に大幅に減衰するため、低周波音が好まれます。使用される音源には、エアガン、バイブロサイス、爆発物などがあります。

音響センサーは、風や降水によって発生する音を監視するために使用できます。たとえば、音響雨量計はNystuenによって説明されています。^[55]落雷も検出できます。^[56] 海洋気候の音響温度測定（ATOC）は、低周波音を使用して地球全体の海洋温度を測定します。

音響海洋学は、水中の音を利用して海、その境界、その内容を研究する学問です。

1912年のタイタニック号沈没事故をきっかけに、エコー測距システムの開発への関心が本格的に高まりました。理論上は、船の前方に音波を送ると、氷山の水面下で跳ね返るエコーが衝突の早期警告となるはずでした。同じ種類のビームを下向きに向けると、海底の深さを計算できました。^[57]

最初の実用的な深海音響測深機は、アメリカ海軍の物理学者ハーヴェイ・C・ヘイズによって発明された。初めて、船の航路に沿って海底の準連続プロファイルを作成することが可能になった。最初のプロファイルは、1922年6月22日から29日にかけてニューポートからジブラルタルへ航行した海軍駆逐艦USSスチュワートに乗艦していたヘイズによって作成された。その週に900回の深海測深が行われた。^[58]

ドイツの調査船メテオール号は、改良された音響測深機を使用して、1925年から1927年にかけて南大西洋を赤道から南極まで数回航行し、5マイルから20マイルごとに測深を行った。この作業により、大西洋中央海嶺の初めての詳細な地図が作成された。この地図は、海嶺が一部の科学者が想像していたような滑らかな台地ではなく、険しい山脈であることを示した。それ以来、海軍船と調査船は、海上でほぼ継続的に音響測深機を運用している。^[59]

音響海洋学への重要な貢献は以下の人々によってなされました:

• レオニード・ブレホフスキー
• ウォルター・ムンク
• ハーマン・メドウィン
• ジョン・L・シュピースバーガー
• CC リロイ
• デビッド・E・ウェストン
• D. ヴァン ホリデイ
• チャールズ・グリーンロー

海の特性を研究するための音響およびソナー技術の最も古く、最も広く利用されたのは、レインボーエコーサウンダーを使用して水深を測定することです。サウンダーは、1993 年までサンタバーバラ港の海底の何マイルもの地図を作成するために使用されていた装置です。

深度計は水深を測定します。船から電子的に音を送信し、海底から跳ね返る音波も受信します。紙の海図が深度計内を移動し、深度を記録するように調整されます。

技術の進歩により、20世紀後半に高解像度のソナーが開発され、水中の物体を検出するだけでなく、分類し、画像化することさえ可能になった。現在では船舶やロボット潜水艦に遠隔操作型無人探査機 (ROV) が搭載されているため、電子センサーがROVに取り付けられている。これらの装置にはカメラが取り付けられており、正確な画像が撮影される。海洋学者は鮮明で正確な画質の画像を得ることができる。また、ソナーから海域で音を反射させて「画像」を送信することもできる。多くの場合、音波は動物に反射し、動物行動のより深い研究に記録できる情報を提供する。^{[60] [61] [62]}

水中音は伝播特性に優れているため、微小プランクトンからシロナガスクジラまで、海洋生物の研究に役立つツールとして使用されています。 音響測深機は、海洋生物の個体数、分布、行動に関する情報を提供するのによく使用されます。音響測深機は水中音響とも呼ばれ、魚の位置、数、大きさ、バイオマスを調べるのにも使用されます。

音響テレメトリーは魚や海洋生物のモニタリングにも利用されている。音響送信機を魚に取り付け（場合によっては魚体内に取り付ける）、一連の受信機で音波によって伝えられる情報を聞き取る。これにより研究者は小中規模で個体の動きを追跡することができる。^[63]

ピストルシュリンプは、最高5,000 K（4,700 °C）に達する音響発光キャビテーションバブルを生成します^[64]

ニュートリノは他の物質と非常に弱い相互作用をする基本粒子である。このため、非常に大規模な検出装置が必要であり、この目的のために海洋が使用されることもある。特に、海水中の超高エネルギーニュートリノは音響的に検出できると考えられている。^[65]

その他のアプリケーションには次のものがあります:

• 降雨量測定
• 風速測定
• 地球温度測定
• 海洋と大気間のガス交換の監視
• 監視用牽引アレイセンサーシステム
• 水流速度測定用音響ドップラー流速計
• 音響カメラ
• 流音
• パッシブ音響モニタリング

• 生物音響学 – 生物学に関連する音の研究
• ケンブリッジ干渉計 – 1950 年代初頭に英国ケンブリッジの西に建設された電波望遠鏡干渉計フォールバックとしてウィキデータの説明を表示するページ
• エコーサウンダー – 水中に音波を送信し、戻ってくる時間を計測して水深を測定するリダイレクト先の簡単な説明を表示するページ
• 漁業音響
• 海洋探査 – 海洋表面の探査を説明する海洋学の一部
• 海洋追跡ネットワーク
• 屈折（音）  – 速度の変化による伝播方向の変化
• ソナー – 音響感知方式
• 水中音響測位システム – 音響信号を使用して水中車両またはダイバーを追跡およびナビゲーションするシステム
• 水中音響通信 – 水中を介してメッセージを送受信する無線技術
• 電子機器メーカーのアンダーウォーターオーディオ

• ギャリソン、トムS. (2012 年 8 月 1 日)。海洋学の基礎。Cengage Learning。ISBN 978-0-8400-6155-3。
• ロバート・クンツィヒ（2000年10月17日）。深層のマッピング: 海洋科学の驚くべき物語。 WWノートン＆カンパニー。ISBN 978-0-393-34535-3。
• スチュワート、ロバート H. ( 2009年 9 月)。海洋物理学入門。フロリダ大学出版局。ISBN 978-1-61610-045-2。

• 水中音響調査の品質保証:水中音響システム内および水中音響システム間の湖沼における魚類の個体数とバイオマス推定値の再現性 (文書への無料リンク)
• ルイジアナ州の個別の浅水河口生息地に関連する魚類のバイオマスとサイズ分布を評価するためのツールとしての水中音響学
• イカ資源の音響評価
• 河川におけるサケ科成魚（Oncorhynchus および Salmo 属）の遡上量を定量化するための水中音響学の使用の概要。Ransom、BH、SV Johnston、および TW Steig。1998 年。1998 年 3 月 30 日から 4 月 3 日までイギリスのハル大学で開催された河川漁業の管理と生態学に関する国際シンポジウムおよびワークショップで発表されました。
• 漁業とプランクトン資源の多周波数音響評価。Torkelson, TC、TC Austin、および PH Weibe。1998 年。米国音響学会第 135 回会議および国際音響学会第 16 回会議 (ワシントン州シアトル) で発表。
• 音響の解明資源評価のための淡水水中音響に関する優れた参考資料
• 五大湖における科学音響測深機の相互較正
• 2002年と2003年にプエルトリコ沿岸で産卵中のアカハゼの群れの水中音響評価
• デラウェア川の成魚チョウザメのモニタリングのためのスプリットビーム水中音響技術の実現可能性評価
• スプリットビーム音響データの特性を用いたサケの移動行動の分類
• スペリオル湖におけるニシン産卵魚の個体数を推定する方法の評価
• サイドルッキングソナーによるベニザケのスモルトのフラックスと豊度推定
• ニシン研究: 音響を利用して魚を数える。
• プランクトン、魚、植生、基質または海底の分類、および水深測定の研究のための、湖、川、海洋環境における水中音響アプリケーション。
• 水中音響学: 河川 (サケ科魚類フィールドプロトコルハンドブック: 第 4 章)
• 水中音響学: 湖と貯水池 (サケ科魚類フィールドプロトコルハンドブック: 第 5 章)
• PAMGUARD: 海洋環境に役立つ海洋哺乳類の音響検出および位置特定ソフトウェアを開発するオープンソース ソフトウェア コミュニティ。https://web.archive.org/web/20070904035315/http://www.pamguard.org/home.shtml

• 超音波と水中音響
• 水中音響による世界の海洋監視
• ASA水中音響技術委員会
• 音の海
• 水中音響通信
• ウッズホール海洋研究所の音響通信グループ
• 海の音
• SFSU 水中音響研究グループ
• 海中の音の発見
• 海洋音響研究