صدى الصوت

قياس الأعماق بالصدى أو قياس العمق هو استخدام السونار لتحديد المدى ، وعادةً ما يُستخدم لتحديد عمق المياه ( علم قياس الأعماق ). يتضمن ذلك إرسال موجات صوتية في الماء وتسجيل الفترة الزمنية بين إرسال النبضة وعودتها؛ ويُتيح زمن انتقال الموجة ، بالإضافة إلى معرفة سرعة الصوت في الماء، تحديد المسافة بين السونار والهدف. تُستخدم هذه المعلومات عادةً لأغراض الملاحة أو للحصول على الأعماق لأغراض رسم الخرائط .

يمكن استخدام تقنية قياس الأعماق بالصدى لتحديد المسافات إلى أهداف أخرى، مثل تجمعات الأسماك . وقد اعتمدت التقييمات الهيدروصوتية تقليديًا على المسوحات المتنقلة من القوارب لتقييم الكتلة الحيوية للأسماك وتوزيعها المكاني. في المقابل، تستخدم تقنيات الموقع الثابت محولات طاقة ثابتة لرصد الأسماك العابرة.

يُستخدم مصطلح " القياس الصوتي" لجميع أنواع قياسات العمق، بما في ذلك تلك التي لا تستخدم الصوت ، وهو مصطلح لا علاقة له بكلمة " صوت" بمعنى الضوضاء أو النغمات. يُعدّ القياس الصوتي بالصدى طريقة أسرع لقياس العمق من الطريقة السابقة المتمثلة في إنزال حبل القياس حتى يلامس القاع.

حصل المخترع الألماني ألكسندر بيم على براءة الاختراع الألمانية رقم 282009 لاختراعه جهاز قياس الأعماق بالصدى (جهاز لقياس أعماق البحار والمسافات واتجاهات السفن أو العوائق باستخدام الموجات الصوتية المنعكسة) في 22 يوليو 1913. ^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]} في الوقت نفسه، في فرنسا، جُنّد الفيزيائي بول لانجفين (المرتبط بماري كوري والمعروف بأبحاثه في الفيزياء النووية ) من قبل مختبرات البحرية الفرنسية في بداية الحرب العالمية الأولى، وأجرى أبحاثًا (سرية آنذاك) على أجهزة السونار النشطة للحرب المضادة للغواصات (باستخدام جهاز إرسال كهرضغطية ). طُوّر عمله ونُفّذ من قبل علماء وفنيين آخرين مثل تشيلوفسكي وفلوريسون وبيير مارتي. على الرغم من أن جهاز السونار ( échosondeur ) لم يكن جاهزًا للاستخدام في زمن الحرب، فقد أُجريت تجارب ناجحة قبالة تولون وفي القناة الإنجليزية في وقت مبكر من عام 1920، وحصلت فرنسا على براءات اختراع لاستخدامات مدنية. تم تجهيز السفن الأوقيانوغرافية وسفن المساعدة الفرنسية في صيد الأسماك في أعالي البحار بأجهزة سونار التسجيل Langevin-Florisson و Langevin Marti في وقت مبكر من منتصف/أواخر عشرينيات القرن العشرين. ^{[ 4 ]}

كان جهاز قياس الأعماق بالصدى من فيسيندين أحد أوائل أجهزة قياس الأعماق التجارية، والذي استخدم مذبذب فيسيندين لتوليد الموجات الصوتية. وقد تم تركيبه لأول مرة من قبل شركة إشارات الغواصات في عام 1924 على متن سفينة الركاب إم آند إم إس إس بيركشاير. ^{[ 5 ]}

تُقاس المسافة بضرب نصف الزمن بين نبضة الإشارة الصادرة وعودتها في سرعة الصوت في الماء، والتي تبلغ حوالي 1.5 كيلومتر في الثانية. وتختلف سرعة الصوت قليلاً تبعاً لدرجة الحرارة والضغط والملوحة؛ وللتطبيقات الدقيقة للقياس الصوتي، مثل المسح الهيدروغرافي ، يجب قياس سرعة الصوت أيضاً، وعادةً ما يتم ذلك بنشر مسبار لقياس سرعة الصوت في الماء. يُعدّ القياس الصوتي تطبيقاً خاصاً للسونار يُستخدم لتحديد قاع البحر. ولأن وحدة قياس عمق الماء قبل النظام الدولي للوحدات كانت الفاثوم ، يُطلق أحياناً على الجهاز المستخدم لتحديد عمق الماء اسم الفاثومتر .

تعتمد معظم خرائط أعماق المحيطات على متوسط ​​سرعة الصوت أو معيارها. وعند الحاجة إلى دقة أعلى، يمكن تطبيق معايير متوسطة، بل وحتى موسمية، على مناطق المحيط. وللحصول على أعماق عالية الدقة، والتي عادةً ما تقتصر على المسوحات ذات الأغراض الخاصة أو العلمية، يمكن إنزال جهاز استشعار لقياس درجة الحرارة والضغط والملوحة. تُستخدم هذه العوامل لتقدير سرعة الصوت الفعلية في عمود الماء المحلي بدقة أكبر. وكثيراً ما يستخدم مكتب المسح الساحلي الأمريكي هذه التقنية في المسوحات الملاحية للمياه الساحلية الأمريكية. ^{[ 6 ]}

إلى جانب كونه وسيلة مساعدة للملاحة (إذ تحتوي معظم السفن الكبيرة على جهاز قياس عمق بسيط على الأقل)، يُستخدم قياس الأعماق بالصدى بشكل شائع في الصيد . وغالبًا ما تمثل الاختلافات في الارتفاع أماكن تجمع الأسماك. كما تُسجل أسراب الأسماك أيضًا. ^{[ 8 ]}

في المناطق التي تتطلب قياسات دقيقة للأعماق ، يمكن استخدام جهاز قياس الأعماق بالصدى عالي الدقة لأغراض المسح الهيدروغرافي. وهناك العديد من الاعتبارات عند تقييم مثل هذا النظام، بما في ذلك على سبيل المثال لا الحصر الدقة الرأسية، والوضوح، وعرض حزمة الإرسال/الاستقبال الصوتية، والتردد الصوتي للمحول .

معظم أجهزة قياس الأعماق الصوتية الهيدروغرافية ثنائية التردد، ما يعني  إمكانية إرسال نبضة منخفضة التردد (عادةً حوالي 24 كيلوهرتز) بالتزامن مع نبضة عالية التردد (عادةً حوالي 200  كيلوهرتز). ولأن الترددين منفصلان، فإن إشارتي العودة لا تتداخلان عادةً. يتميز قياس الأعماق الصوتية ثنائي التردد بالعديد من المزايا، منها القدرة على تحديد طبقة نباتية أو طبقة من الطين الرخو فوق طبقة صخرية.

تستخدم معظم عمليات المسح الهيدروغرافي  محول طاقة بتردد 200 كيلوهرتز، وهو مناسب للعمليات الساحلية حتى عمق 100 متر. أما المياه الأعمق فتتطلب محول طاقة بتردد أقل، لأن الإشارة الصوتية ذات الترددات المنخفضة أقل عرضة للتوهين في عمود الماء. ومن الترددات الشائعة الاستخدام في قياس الأعماق 33  كيلوهرتز و24  كيلوهرتز.

يُعدّ عرض حزمة المحوّل عاملاً مهماً أيضاً بالنسبة لمهندس المسح الهيدروغرافي، إذ يُفضّل استخدام حزمة ضيقة للحصول على أفضل دقة للبيانات المُجمّعة. وكلما زاد تردد التشغيل، ضاق عرض الحزمة. ولذلك، يُعدّ هذا الأمر بالغ الأهمية عند إجراء المسح في المياه العميقة، حيث يمكن أن تكون بصمة النبضة الصوتية الناتجة كبيرة جداً عند وصولها إلى قاع البحر البعيد.

يُعدّ جهاز قياس الأعماق متعدد الأطياف ومتعدد الحزم امتدادًا لجهاز قياس الأعماق ثنائي التردد ذي الحزمة الرأسية، حيث يقوم، بالإضافة إلى قياس عمقين مباشرةً أسفل السونار بترددين مختلفين، بقياس أعماق متعددة بترددات متعددة، وبزوايا سقوط مختلفة، وفي مواقع متعددة على قاع البحر. سيتم شرح هذه الأنظمة بمزيد من التفصيل في القسم الخاص بجهاز قياس الأعماق متعدد الحزم .

تُستخدم أجهزة قياس الأعماق بالصدى في التطبيقات المختبرية لرصد عمليات نقل الرواسب والتجريف والتآكل في النماذج المصغرة (النماذج الهيدروليكية، وقنوات المياه، وما إلى ذلك). ويمكن استخدامها أيضًا لإنشاء مخططات للخطوط الكنتورية ثلاثية الأبعاد.

• علم المحيطات الصوتي
• ألكسندر بيم – مخترع
• مركبة آلية تحت الماء
• مقياس الأعماق
• مقياس العمق
• مذبذب فيسيندين
• الصوتيات في مصايد الأسماك
• الصوتيات المائية
• المسح الهيدروغرافي
• السونار
• قياس العمق
• الصوتيات تحت الماء

الوسائط المتعلقة بقياس الصدى على ويكيميديا ​​كومنز

• "كيف تُحدد الصدى عمق الماء تحت السفينة" مجلة Popular Mechanics الشهرية ، يوليو 1930 - رسم توضيحي لتفاصيل أجهزة قياس العمق المبكرة التي تستخدم الصدى
• ELAC (1982) مقدمة في قياس الأعماق بالصدى . Honeywell-ELAC-Nautik GmbH، كيل، 88 صفحة، (ملف PDF بحجم 27.5 ميجابايت)