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Propagation du son
Storyboard 
La propagation du son dans locéan prend en compte à la fois la réflexion à la surface et au fond de locéan, ainsi que les réfractions dues aux variations de pression, de température et de salinité.
ID:(1550, 0)
Interprétation de la réfraction sonore
Concept
Si l'on observe comment le son varie avec la profondeur et la manière dont il se propage :
on peut voir que :
• Si la vitesse du son augmente avec la profondeur, l'angle entre le faisceau et l'horizon tend à diminuer. Cela signifie que le son aura tendance à réduire sa descente jusqu'à devenir horizontal et, par symétrie, continuera à monter vers la surface.
• Si la vitesse du son diminue avec la profondeur, l'angle entre le faisceau et l'horizon tend à augmenter. Cela signifie que le son aura tendance à augmenter sa descente vers le fond.
ID:(11804, 0)
Si la vitesse du son augmente
Concept
Son émis à une profondeur dans laquelle la vitesse du son augmente avec la profondeur, les faisceaux finissent par revenir à la surface où ils se réfléchissent et repénétent le milieu :
ID:(11805, 0)
Si la vitesse du son augmente puis diminue
Concept
Le son émis à une profondeur où la vitesse du son augmente avec la profondeur finit par revenir à la surface. Cependant, si à partir d'un point la vitesse du son diminue, on observe que les faisceaux avec un angle plus élevé sont réfractés vers les profondeurs :
Ainsi, une zone se forme où les faisceaux reviennent à la surface. Cette profondeur est appelée profondeur de la couche sonique (SLD) (Sonic Layer Depth).
ID:(11806, 0)
Canal sonore
Concept
Lorsque le son diminue puis augmente à nouveau, une zone se forme où il a tendance à retourner vers la zone de vitesse minimale. Cette zone est appelée le canal sonore et s'étend de la profondeur de la couche sonique (SLD) à une profondeur conjuguée :
La profondeur à laquelle la vitesse du son atteint un minimum est appelée l'axe du canal sonore.
Il existe à la fois une propagation dans la zone supérieure à la profondeur de la couche sonique (SLD) et dans le canal sonore. Cependant, la zone supérieure présente le problème que la surface atténue le son, rendant ainsi le canal sonore le plus efficace.
ID:(11807, 0)
Perte de son dans la couche supérieure
Concept
Les ondes sonores qui se propagent dans la profondeur de la couche sonique peuvent filtrer vers la zone inférieure :
ID:(11808, 0)
Boîtier de faible profondeur avec vitesse du son croissante
Concept
Si l'eau est peu profonde et que la vitesse du son ne fait qu'augmenter avec la profondeur, alors le son revient à la surface soit par réfraction, soit par réflexion au fond, pour ensuite se refléter à la surface:
ID:(11809, 0)
Boîtier peu profond avec vitesse du son décroissante
Concept
Si leau est peu profonde et que la vitesse du son ne diminue quavec la profondeur, le son a tendance à aller vers le fond où il se reflète :
ID:(11810, 0)
Température et vitesse du profil sonore
Concept
La température traverse une zone où elle est approximativement constante avant de diminuer. Elle reste constante dans la première zone en raison des turbulences générées par le vent, qui ont tendance à mélanger l'eau.
La courbe de la vitesse du son montre qu'elle atteint un maximum qui définit la profondeur de la couche sonique. À son point maximum, la profondeur de la couche sonique est définie :
ID:(11811, 0)
Comportement plus approfondi
Concept
En général, en raison de la gravité, la vitesse du son augmente toujours avec la profondeur. Lorsqu'un faisceau sonore atteint la profondeur de la couche sonique SLD (sonic layer depth), il finit par se diverger et revenir à la surface. Les faisceaux qui parviennent à revenir à la surface se situent entre une limite définie par la réflexion au fond et la limite du faisceau qui parvient à pénétrer dans les couches inférieures et atteint finalement la surface:
ID:(11812, 0)
Propagation sur de plus grandes distances
Concept
Pour le son émis près de la surface, la propagation peut être modélisée comme une propagation sphérique. Le son de haute fréquence a tendance à s'amortir à de plus grandes distances, donc le modèle sphérique est suffisant. Cependant, pour le son de basse fréquence, il peut voyager dans tout le bassin. Dans ce cas, il se déplace à travers la zone supérieure jusqu'à la profondeur de la couche acoustique (SLD) et/ou à travers le canal sonore. Dans les deux cas, le système peut être modélisé en utilisant des coordonnées cylindriques :
ID:(11813, 0)
Profil sonore réel
Concept
On peut obtenir un profil d'une zone, comme par exemple un canal, en représentant les vitesses pour chaque profondeur. Cela permet de détecter les canaux sonores et la profondeur de la couche sonore :
ID:(11826, 0)
Modèle
Top
Calculs
Variables
Paramètres
à 
, puis, sélectionnez la variable: 
à 
Calculs
Calculs
Variable 
Donnée Calculer 
Cible : Équation À utiliser Équation
$ I =\displaystyle\frac{ P }{ 2 \pi r h }$
I = P /(2* pi * r * h )
$\displaystyle\frac{ \sin\theta_i }{\sin \theta_r }=\displaystyle\frac{ c_i }{ c_e }$
sin( theta_i )/sin( theta_r )= c_i / c_e
$\displaystyle\frac{ d\vartheta }{ dz }=-\displaystyle\frac{\tan \vartheta }{ c } \displaystyle\frac{ dc }{ dz }$
diff( vartheta , z )=-tan( vartheta )*diff( c , z )/ c
ID:(15466, 0)
Réfraction du son
Équation
La réfraction du son lors du passage d'un milieu à un autre est généralement décrite par la loi de Snell :
$\displaystyle\frac{\sin\theta_2}{\sin\theta_1}=\displaystyle\frac{c_2}{c_1}$
où $\theta$ est l'angle d'incidence entre la normale à la surface et le faisceau, et $c$ sont les vitesses du son dans les milieux 1 et 2. Dans le cas d'un faisceau se propageant à travers l'eau de l'océan, les vitesses changent progressivement. D'autre part, il est pratique de travailler avec un angle $\vartheta$ du faisceau par rapport à l'horizontale. Par conséquent, la loi peut être réécrite en remplaçant le sinus de l'angle $\theta$ par le cosinus de l'angle complémentaire $\vartheta$. Si nous considérons une petite variation de l'angle et de la vitesse à mesure que la profondeur augmente de $dz$, nous avons :
$\displaystyle\frac{\cos(\vartheta + d\vartheta)}{\cos\vartheta}\sim 1-\tan\vartheta d\vartheta = 1+\displaystyle\frac{dc}{c}$
donc la relation pour la variation de profondeur est :
| $\displaystyle\frac{ d\vartheta }{ dz }=-\displaystyle\frac{\tan \vartheta }{ c } \displaystyle\frac{ dc }{ dz }$ |
ID:(11803, 0)