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Absorption, dispersion and sound sources
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The attenuation of sound waves in the ocean depends on the frequency of the sound. For low frequencies (below 10 kHz), the main contribution comes from boric acid ions, while in the range between 10 kHz and 100 kHz, it is due to the effect of magnesium sulfate ions. For higher frequencies, attenuation is primarily due to the viscosity of the water.
ID:(1549, 0)
Bottom disturbance
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Slopes in the background lead to disturbances in sound propagation:
ID:(11824, 0)
Sound generation
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There are different sources of sound in the oceans. Among them are
• human sources (first of all ships)
• rain on the surface
• fish, shrimp, whales, etc.
• waves
• tremors
ID:(11825, 0)
Sound and its frequency
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The spectra of the sources, which correspond to the measurement of the amplitudes of the sound according to their frequency, show the strong presence of the rains:
ID:(11827, 0)
Reverberation
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The sound emitted can generate that some elements in turn begin to generate sound. Two relevant examples in the case of the oceans are:
- air bubbles generated by waves when bursting
- methane bubbles generated when organic matter decomposes
- fish bladders:
ID:(11828, 0)
Sound attenuation
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There are three mechanisms that attenuate sound in the sea:
• magnesium sulfate ion relaxations (up to 10kHz)
• Boric acid ion relaxations (up to 100kHz)
• water viscosity (at all frequencies)
ID:(11823, 0)
Model
Top
Parameters
Variables
Calculations
to 
, then, select the variable: 
to 
Calculations
Calculations
Variable 
Given Calculate 
Target : Equation To be used 
Equations
$ \alpha = \alpha_1 \displaystyle\frac{ \nu ^2}{ \nu ^2+\nu_1^2} + \alpha_2 \displaystyle\frac{ \nu ^2}{ \nu ^2+ \nu_2 ^2} + \alpha_2 \nu ^2 + \alpha_0 $
alpha = alpha_1 * nu ^2/( nu ^2+ nu_1 ^2) + alpha_2 * nu ^2/( nu ^2+ nu_2 ^2) + alpha_2 * nu ^2 + alpha_0
$ I = I_0 e^{ - \alpha r }$
I = I_0 * exp(- alpha * r )
ID:(15467, 0)
Sound absorption effect
Equation
El factor de absorción indica como la energía se va perdido a lo largo del camino recorrido. Como la perdida es siempre proporcional a la intensidad existente se tiene un decaimiento exponencial.
Por ello con
| $ I = I_0 e^{ - \alpha r }$ |
ID:(11834, 0)
Relaxation processes in seawater
Equation
Existe una amortiguación del sonido en agua de mar por efecto de interacción de moléculas con los iones de hidróxido (OH-) o con moléculas de agua. Esto se denomina procesos de relajación y ocurren en el agua de mar principalmente con:
• moléculas de agua entre estas
• ácido bórico que interactua con los iones de hidróxido $OH^-$s: $B(OH)_3\cdot OH^- \rightleftharpoons B(OH)_4$
• sulfato de magnesio que interactua con moléculas de agua $H_2O$: $MgSO_4 + 2nH_2O \rightleftharpoons Mg^{2+}nH_2O + SO_4^{-2}nH_2O$
Los tiempos de relajamiento y sus frecuencias son del orden de
| Componente | Tiempo de relajamiento | Frecuencia |
| Agua | $10^{-11}s$ | $10^5,MHz$ |
| Ácido bórico | $10^{-3}s$ | $1,kHz$ |
| Sulfato de magnesio (1) | $10^{-5}s$ | $100,kHz$ |
| Sulfato de magnesio (2) | $2\times 10^{-8}s$ | $200,kHz$ |
Sobre esta base se estima el factor de absorción en función de la frecuencia y suponiendo pH típico:
| $ \alpha = \alpha_1 \displaystyle\frac{ \nu ^2}{ \nu ^2+\nu_1^2} + \alpha_2 \displaystyle\frac{ \nu ^2}{ \nu ^2+ \nu_2 ^2} + \alpha_2 \nu ^2 + \alpha_0 $ |
Existe una amortiguación del sonido en agua de mar por efecto de interacción de moléculas con los iones de hidróxido (OH-) o con moléculas de agua. Esto se denomina procesos de relajación y ocurren en el agua de mar principalmente con:
• moléculas de agua entre estas
• ácido bórico que interactua con los iones de hidróxido $OH^-$s: $B(OH)_3\cdot OH^- \rightleftharpoons B(OH)_4$
• sulfato de magnesio que interactua con moléculas de agua $H_2O$: $MgSO_4 + 2nH_2O \rightleftharpoons Mg^{2+}nH_2O + SO_4^{-2}nH_2O$
Los tiempos de relajamiento y sus frecuencias son del orden de
| Componente | Tiempo de relajamiento | Frecuencia |
| Agua | $10^{-11}s$ | $10^5,MHz$ |
| Ácido bórico | $10^{-3}s$ | $1,kHz$ |
| Sulfato de magnesio (1) | $10^{-5}s$ | $100,kHz$ |
| Sulfato de magnesio (2) | $2\times 10^{-8}s$ | $200,kHz$ |
Sobre esta base se estima el factor de absorción en función de la frecuencia y suponiendo pH típico es con :
| $ \alpha = \alpha_1 \displaystyle\frac{ \nu ^2}{ \nu ^2+\nu_1^2} + \alpha_2 \displaystyle\frac{ \nu ^2}{ \nu ^2+ \nu_2 ^2} + \alpha_2 \nu ^2 + \alpha_0 $ |
En este caso el primer termino es el que depende del ácido bórico, el segundo del sulfato de magnesio y el tercero de la ionización propia del agua. Ademas se puede comentar que no existe un efecto por la salinidad (no hay relajación por iones de sodio y/o cloro).
Mas detalles en el articulo Study of Absorption Loss Effects on Acoustic Wave Propagation in Shallow Water using Different empirical Models, Yasin Yousif Al-Aboosil, Mustafa Sami Ahmed, Nor Shahida Mohd Shah and Nor Hisham Haji Khamis
ID:(11833, 0)