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。

This device uses a single transducer element with a dish or conical-shaped sound reflector to focus the signals, in a similar manner to a reflecting telescope. This type of hydrophone can be produced from a low-cost omnidirectional type, but must be used while stationary, as the reflector impedes its movement through water. A new way to direct is to use a spherical body around the hydrophone. The advantage of directivity spheres is that the hydrophone can be moved within the water, ridding it of the interferences produced by a conical-shaped element.

Multiple hydrophones can be arranged in an array so that it will add the signals from the desired direction while subtracting signals from other directions. The array may be steered using a beamformer. Most commonly, hydrophones are arranged in a "line array"^[11] but may be in many different arrangements depending on what is being measured. As an example, in the article ^[12] measuring propeller noise from fleet ships required complex hydrophone array systems to achieve actionable measurements.

SOSUS hydrophones, laid on the seabed and connected by underwater cables, were used, beginning in the 1950s, by the U.S. Navy to track movement of Soviet submarines during the Cold War along a line from Greenland, Iceland and the United Kingdom known as the GIUK gap.^[13] These are capable of clearly recording extremely low frequency infrasound, including many unexplained ocean sounds.