ハイドロフォン

戦争初期、フランス大統領レイモン・ポアンカレは、音波パルスの反響を利用して潜水艦の位置を特定する方法の研究に必要な設備をポール・ランジュバンに提供した。彼らは真空管増幅器で信号のパワーを増幅することで圧電ハイドロホンを開発した。圧電材料の高い音響インピーダンスは、水中トランスデューサーとしての使用を容易にした。同じ圧電板を電気発振器で振動させることで音波パルスを生成することができた。^{[ 3 ]}

原始的な水中聴音器を用いて探知され沈没した最初の潜水艦は、1916年4月23日のドイツ潜水艦UC-3であった。UC-3は対潜トロール船チェリオによって探知された。チェリオはUC-3の真上にいたためである。UC - 3はその後、トロール船が曳航した鋼鉄製の網に捕らえられ、水中での大爆発の後沈没した。^{[ 4 ] [ 5 ]}

戦争後期、イギリス海軍本部は遅ればせながら、Uボート対策について助言する科学委員会を招集した。委員会には、オーストラリアの物理学者ウィリアム・ヘンリー・ブラッグとニュージーランドの物理学者サー・アーネスト・ラザフォードが含まれていた。彼らは、潜水艦を探知するために水中聴音器を使用することが最善の策であると結論付けた。ラザフォードの研究は、水中聴音器に関する唯一の特許をもたらした。ブラッグは1916年7月に主導権を握り、フォース湾のホーククレイグにある海軍本部の水中聴音器研究施設に移った。^{[ 6 ]}

科学者たちは2つの目標を設定した。1つは、ハイドロフォンを搭載した哨戒艦が発する騒音にもかかわらず潜水艦の音を聞き取れるハイドロフォンを開発すること、もう1つは潜水艦の方位を特定できるハイドロフォンを開発することである。双方向ハイドロフォンはイーストロンドンカレッジで発明された。円筒形のケース内の振動板の両側にマイクロホンを取り付け、両方のマイクロホンから聞こえる音の強度が同じであれば、マイクロホンは音源と一直線上にあることになる。^{[ 7 ]}

ブラッグの研究室は、振動板の片側にバッフルを取り付けることで、このような水中聴音器の指向性を高めた。効果的なバッフルには空気の層が必要であることを発見するのに数ヶ月かかった。^{[ 8 ]} 1918年、イギリス海軍航空隊の飛行船は、潜水艦戦に従事し、水中聴音器を曳航する実験を行った。^{[ 9 ]}ブラッグは、鹵獲したドイツのUボートから水中聴音器をテストし、イギリス製のものより劣っていることを発見した。戦争が終わるまでに、イギリスには38人の水中聴音器士官と200人の資格のある聴取者がおり、1日あたり4日の追加給与が支払われていた。^{[ 10 ]}

第一次世界大戦末期から1920年代初頭にアクティブソナーが導入されるまで、水中聴音器は潜水艦が潜航中に目標を探知する唯一の方法であり、今日でも依然として有用である。

この装置は、反射望遠鏡と同様の方法で、単一のトランスデューサー素子と皿状または円錐状の音響反射板を用いて信号を集束させます。このタイプのハイドロホンは、低コストの全方向性タイプから製造できますが、反射板が水中での移動を妨げるため、静止した状態で使用する必要があります。指向性を高める新しい方法として、ハイドロホンの周囲に球状の物体を用いる方法があります。指向性球の利点は、ハイドロホンを水中で移動させることができ、円錐状の素子によって生じる干渉を取り除けることです。

複数のハイドロフォンをアレイ状に配置することで、目的の方向からの信号を加算し、他の方向からの信号を減算することができます。アレイはビームフォーマーを使用して方向制御できます。ハイドロフォンは一般的に「ラインアレイ」^{[ 11 ]}に配置されますが、測定対象に応じてさまざまな配置が可能です。例えば、記事^{[ 12 ]}では、艦隊の船舶のプロペラ騒音を測定するために、実用的な測定結果を得るために複雑なハイドロフォンアレイシステムが必要でした。

海底に設置され、海底ケーブルで接続されたSOSUSハイドロフォンは、1950年代からアメリカ海軍によって、冷戦中にグリーンランド、アイスランド、イギリスを結ぶGIUKギャップと呼ばれる線に沿ってソ連潜水艦の動きを追跡するために使用されました。^{[ 13 ]}これらは、多くの説明のつかない海洋音を含む、極めて低い周波数の超低周波音を明瞭に記録することができます。