MENU
MENU
  • 1-1-
  • 2-2-
  • 3-3-
  • 4-4-
  • 5-5-
  • 6-6-
  • 7-7-
  • 8-8-
  • 9-9-
  • 10-10-
  • 11-11-
  • 12-12-
  • 13-13-
  • 14-14-
  • 15-15-
  • 16-16-
  • 17-17-
  • 18-18-
  • 19-19-
  • 20-20-
  • 21-21-
  • 23-23-
  • 24-24-
  • 25-25-
  • 26-26-
  • 27-27-
  • 28-28-
  • 29-29-
  • 30-30-
  • 31-31-
  • 32-32-
  • 32-32-
  • 33-33-
  • 34-34-
  • 35-35-
  • 36-36-
  • 37-37-
  • 38-38-
  • 39-39-
  • 40-40-
  • 41-41-
  • 42-42-
  • 43-43-
  • 44-44-
  • 45-45-
  • 46-46-
  • 47-47-
  • 48-48-
  • 49-49-
  • 50-50-
  • 51-51-
  • 52-52-
  • 53-53-
  • 54-54-
  • 55-55-
  • 56-56-
  • 57-57-
  • 58-58-
  • 59-59-
  • 60-60-
  • 61-61-
  • 62-62-
  • 63-63-
  • 64-64-
  • 65-65-
  • 66-66-
  • 67-67-
  • 6868

ΗΧΟ-ΕΝΤΟΠΙΣΤΙΚΕΣ ΚΑΙ ΙΧΘΥΟ-ΕΝΤΟΠΙΣΤΙΚΕΣ ΣΥΣΚΕΥΕΣ. ΑΠΟ ΤΗ ΘΕΩΡΙΑ ΣΤΗ ΠΡΑΞΗ

Γράφει ο Ηρακλής Καλογεράκης, Αξιωματικός ΠΝ εα και ερασιτέχνης αλιεύς.

 

ΜΕΡΟΣ Α: ΗΧΟΕΝΤΟΠΙΣΤΙΚΕΣ ΣΥΣΚΕΥΕΣ Σχήμα 1
 

Εντοπιστικές συσκευές με τη βοήθεια υπερήχων που η χρήση τους μας εντυπωσιάζει, διαθέτουν αρκετά πλάσματα του ζωικού βασιλείου.
 

Τα δελφίνια και οι φάλαινες χρησιμοποιούν υπερήχους για να αντιλαμβάνονται το περιβάλλον τους και να βρίσκουν την τροφή τους. Ένα δελφίνι για παράδειγμα, μπορεί να "βλέπει" ένα μπαλάκι πινγκ πονγκ σε απόσταση 100μ. ενώ το υπερηχητικό «ραντάρ» που διαθέτει η νυχτερίδα την βοηθά να αποφεύγει κάθε είδους εμπόδια, να προσανατολίζεται στο σκοτάδι και να εντοπίζει τη τροφή της.
 

Από τον άνθρωπο, η πρώτη απόπειρα να χρησιμοποιήσει παρόμοια συστήματα έγινε το 1912 για την ασφάλεια στη ναυσιπλοΐα, μετά τη βύθιση του Τιτανικού λόγω της πρόσκρουσης του σε παγόβουνο. Σχήμα 2 Τότε, ο Άγγλος φυσικός Λιούις Ρίτσαρντσον σχεδίασε και τοποθέτησε ένα σύστημα με σειρήνες υπερήχων σε πλοίο ώστε έτσι μέσω της ηχούς που θα επιστρέφει, να εντοπίζει τα παγόβουνα. Το πείραμα όμως αυτό απέτυχε γιατί η ηχητική ενέργεια ήταν πολύ μικρή, ακόμη και όταν προστέθηκαν παραβολικά κάτοπτρα για να τη συγκεντρώνουν και να την εκπέμπουν.
 

Μετά την αποτυχημένη αυτή προσπάθεια, Σχήμα 3 οι έρευνες εντοπισμού των επιστροφών του ήχου συνεχίστηκαν με εκπομπή υπερήχων στη θάλασσα αντί στον αέρα από μια ομάδα του Βρετανικού Ναυαρχείου και από τη Συμμαχική Επιτροπή Έρευνας ASDIC (Allied Submarine-Detection- Investigation-Committee). Οι έρευνες των ομάδων αυτών αφορούσαν τον εντοπισμό των υποβρυχίων. Το αρχικό πρόβλημα που υπήρξε σχετικά με την παραγωγή ικανοποιητικής ισχύος υπερήχων ώστε υπάρχει αρκετή ενέργεια για να επιστρέψει ο ανακλώμενος ήχος, επιλύθηκε χάρις στην ανακάλυψη από τους Ζακ και Πϊέρ Κιουρί, του πιεζοηλεκτρικού φαινομένου. Έκτοτε οι συσκευές εξελίχθηκαν γρήγορα και τα πειράματα που έγιναν το 1920 ήταν επιτυχή. Οι έρευνες συνεχίστηκαν μέχρι τα μέσα της δεκαετίας του 1930 με συνεχείς βελτιώσεις των συσκευών και οι συσκευές αυτές μπήκαν στα πολεμικά πλοία για την εύρεση του βάθους της περιοχής (βυθόμετρο) και για τον εντοπισμό των εχθρικών υποβρυχίων και ναρκών, τα γνωστά SONAR. Το όνομα αυτό που ισχύει μέχρι και σήμερα, είναι ακρωνύμιο των λέξεων SOund Navigation And Ranging. Σχήμα 4
 

Το Sonar λοιπόν. εκπέμπει ηχητικά κύματα (δεν μπορούν να τα ακούσουν ούτε ο άνθρωπος ούτε και τα ψάρια) με σκοπό να καθορίσει την παρουσία και τη θέση αντικειμένων που βρίσκονται κάτω από την επιφάνεια του νερού.
Μεγάλη πρόοδος στις συσκευές αυτές σημειώθηκε στη διάρκεια του 2ου Π.Π, λόγω της ανάγκης αντιμετώπισης και περιορισμού της δράσης των Γερμανικών υποβρυχίων στον Ατλαντικό. Οι συσκευές αυτές βελτιώθηκαν σημαντικά και δημιουργήθηκαν δύο βασικοί τύποι Sonar ο παθητικός και ο ενεργητικός. Τα παθητικά Sonar αναπτύχθηκαν καθαρά για στρατιωτικούς σκοπούς και εντοπίζουν άλλα πλοία ή υποβρύχια από το θόρυβο που παράγουν ενώ τα ενεργητικά εκπέμπουν ένα ήχο και περιμένουν να πιάσουν την επιστροφή του, την ηχώ.
 

Σχήμα 5 Μετά τον πόλεμο οι ανάγκες σίτισης των πληθυσμών, σε συνδυασμό με την ανάπτυξη της αλιείας και του εμπορίου, ώθησαν τη βιομηχανία στη κατασκευή συσκευών εντοπισμού κοπαδιών ψαριών.
 

Για την ιστορία, Σχήμα 6 το 1946 ιδρύθηκε το Νορβηγικό Ίδρυμα Έρευνας Άμυνας (FFI) που είχε καθήκον να εκσυγχρονίσει τη Νορβηγική άμυνα και προσελήφθησαν για αυτό αρκετοί επιστήμονες που είχαν αποκτήσει πολύτιμη εμπειρία στον πόλεμο. Ένα από τα πιο σημαντικά έργα που ανέλαβε το ίδρυμα, ήταν η ανάπτυξη μιας ηχοεντοπιστικής συσκευής ή οποία στη συνέχεια θα αναπτυσσόταν και από μια εμπορική εταιρεία για χρήση από τον αλιευτικό Νορβηγικό στόλο. Έτσι το 1948 ανατέθηκε στην εταιρεία Simonsen Radio, έφτιαχνε μέχρι τότε ασυρμάτους και ραδιοτηλέφωνα για τα αλιευτικά σκάφη, να αναπτύξει μια συσκευή για τον εντοπισμό ψαριών. Η εταιρεία αυτή υπό την κατεύθυνση του επιστήμονα Willy Simonsen, στον πόλεμο ήταν στην ομάδα του Βρετανικού ναυαρχείου για την ανάπτυξη του SONAR, κατασκεύασε τη πρώτη συσκευή Simrad το εμπορικό μοντέλο της οποίας άρχισε να μπαίνει στα αλιευτικά σκάφη, το 1950.
 

Η ίδια ιδέα για κατασκευή συσκευών εντοπισμού ψαριών στην άλλη πλευρά του κόσμου, αναπτύχθηκε το 1948 στο Ναγκασάκι της Ιαπωνίας, από τους αδελφούς Furuno, Kiyotaka και Kiyokata. Σχήμα 7 Είχαν μια μικρή ναυτιλιακή εταιρεία που παρείχε ηλεκτρική ενέργεια σε ένα λιμάνι της πόλης.
 

Μια μέρα λοιπόν, σε κάποια συζήτηση, ένας πεπειραμένος ψαράς τους ανέφερε πως ξέρει πού είναι τα ψάρια και πως μπορούσε να μαντέψει ακόμη και την ποσότητα τους! «Όταν φυσαλίδες αέρα ανεβαίνουν στην επιφάνεια της θάλασσας, αυτό σημαίνει ότι υπάρχει κοπάδι ψαριών από κάτω» τους είπε. Αυτό ήταν που έδωσε την ιδέα στο μικρότερο αδελφό για την ανάπτυξη μιας συσκευής εντοπισμού ψαριών. Είχε τότε γίνει γνωστό από τα πειράματα πως ένα ηχητικό κύμα στο νερό αντανακλάται καλύτερα όταν κτυπά μια φούσκα αέρα.
 

Εδώ αξίζει να σημειωθεί Σχήμα 8 ότι οι περισσότεροι θαλάσσιοι οργανισμοί έχουν μέσα τους μια φούσκα (τη νηκτική κύστη), την οποία χρησιμοποιούν για την πλευστότητα τους και η οποία παίζει ένα σημαντικό ρόλο στην ανάκλαση του ήχου.
Η κύστη αυτή περιέχει αέριο το οποίο έχει μια πολύ διαφορετική πυκνότητα από το τη σάρκα και τα κόκαλα των ψαριών, όπως και από το νερό που τα περιβάλλει. Αυτή η διαφορά στην πυκνότητα, είναι που προκαλεί τις ισχυρές ανακλάσεις του ήχου με αποτέλεσμα να εντοπίζονται από την ηχοεντοπιστική συσκευή. Είναι δε γεγονός πως η αναγνώριση πολλών ειδών ψαριών γίνεται λόγω της νηκτικής κύστης και πως η ανάκλαση είναι πιο ισχυρή όσο πιο κοντά είναι, η συχνότητα του ακουστικού κύματος στην ιδιοσυχνότητα της κύστης.
 

Το πρώτο μοντέλο συσκευής εντοπισμού ψαριών που κυκλοφόρησε στην αγορά ήταν στην Ιαπωνία το 1949. Σχήμα 9. Η συσκευή αυτή αποτελείτο από ένα καταγραφέα με μελάνι που χρησιμοποιούσε ένα ειδικά επεξεργασμένο χαρτί εγγραφής για την καταγραφή των αντικειμένων που υπήρχαν κάτω από το σκάφος και ανακλούσαν τον εκπεμπόμενο ήχο. Η λειτουργία του ήταν πολύ εύκολη αφού είχε μόνο ένα διακόπτη τροφοδοσίας, ένα για ρύθμιση ευαισθησίας και ένα για την επιλογή της κλίμακας έρευνας. Φτιάχτηκαν λοιπόν αρκετές συσκευές που μετά την επιτυχία που παρουσίαζαν άρχισαν να μπαίνουν και να χρησιμοποιούνται σε τράτες ανοικτής θάλασσας και γρι-γρί κυρίως για την αλιεία της σαρδέλας και ρέγκας.
 

Στην Αμερική τώρα το 1950 ο Carl Lowrance με τους δύο γιους του, Σχήμα 10 μανιακοί ψαροτουφεκάδες, ξεκίνησαν να μελετούν την υδρόβια ζωή και το περιβάλλον και να σχεδιάζουν ηχο εντοπιστικές συσκευές. Με τις συνεχείς καταδύσεις που έκαναν σε όλες τις λίμνες παρατήρησαν πως σχεδόν όλα τα ψάρια μαζευόταν στο 10% της έκτασης των λιμνών. Παρατήρησαν πως κάθε μεταβολή του καιρού επηρέαζε τις μετακινήσεις των ψαριών και πως οι περισσότερες οικογένειες ψαριών επηρεαζόταν από την υποθαλάσσια δομή (όπως δέντρα, φύκια, ζιζάνια, βράχια και αντικείμενα στο βυθό), την θερμοκρασία, το ρεύμα, το ηλιακό φως και τον άνεμο. Επίσης με τις παρατηρήσεις τους επιβεβαίωσαν πως οι παράγοντες αυτοί έχουν την ίδια επίδραση και στη τροφή των ψαριών, στα κοπάδια μικρών ψαριών και στο πλαγκτόν. Έτσι έφτιαξαν μια ηχο-εντοπιστική συσκευή που κυκλοφόρησε το 1957 στην αγορά και την ονόμασαν «μικρό πράσινο κουτί».
 

Έκτοτε, πολλές εταιρείες ηλεκτρονικών συσκευών κατασκευάζουν συσκευές εντοπισμού ψαριών και με τη συνεχή έρευνα βελτιώνουν την τεχνολογία τους.
 

Από τα μέσα της δεκαετίας του 1950 Σχήμα 11 το SONAR άρχισε να βρίσκει εφαρμογές και σε πολλούς άλλους τομείς στον κατασκευαστικό τομέα και στην ιατρική τα δε επιτεύγματα των επιστημόνων βοήθησαν τον άνθρωπο και βελτίωσαν τη ζωή του. Στην ιατρική συσκευές υπερήχων απεικονίζουν με πιστότητα ανθρώπινα εσωτερικά όργανα, στη μεταλλουργία μετρούν με ακρίβεια τα πάχη και το είδος των ελασμάτων και εκτελούν ποιοτικούς ελέγχους χωρίς να τα καταστρέφουν τα υλικά. Στον κατασκευαστικό τομέα μετρούν με ακρίβεια αποστάσεις, στις έρευνες για φυσικούς πόρους γίνονται απεικονίσεις και μετρήσεις που πριν ήταν αδύνατο να γίνουν, στην αυτοκινητοβιομηχανία και σε πληθώρα ηλεκτρικών συσκευών, υπάρχουν πάμπολλες εφαρμογές, που όλες βασίζονται στη φιλοσοφία του SONAR.
 

Σχήμα 12 Από τη δεκαετία του 1980 και μετά, η ανάπτυξη και η πρόοδος της ψηφιακής επεξεργασίας σήματος, σε συνδυασμό με την συνεχώς εξελισσόμενη τεχνολογία των μικροεπεξεργαστών και τη δυνατότητα κατασκευής λογισμικού υψηλού επιπέδου για τον προγραμματισμό τους, έδωσε μοντέρνες, μικρές σε μέγεθος και με τεράστιες δυνατότητες ηχο-εντοπιστικές συσκευές.
 

Σήμερα υπάρχουν στην αγορά, ακόμη και για τους ερασιτέχνες αλιείς, πλήθος ιχθυο- εντοπιστικών συσκευών και βυθομέτρων με τεράστιες δυνατότητες που μπορούν να καλύψουν όλες τις ανάγκες από εντοπισμό ψαριών σε όλα τα βάθη μέχρι εντοπισμό ναυαγίων ή άλλων αντικειμένων στο βυθό.
 

Οι συσκευές των επαγγελματικών σκαφών αλιείας σήμερα, Σχήμα 13 παρομοιάζουν με τις συσκευές εντοπισμού υποβρυχίων και των ηχοβολιστικών εύρεσης βάθους. Ο μορφοτροπέας (μεταλλάκτης, προβολέας ή μάτι) των επαγγελματικών αλιευτικών, σε αντίθεση με αυτόν, των για ερασιτεχνική χρήση συσκευών, μπορεί να ανεβοκατεβαίνει, να στρίβει οριζοντίως ή καθέτως και να ρυθμίζεται κατάλληλα ο εκπεμπόμενος παλμός. Με το σύγχρονο SONAR ενός μεγάλου αλιευτικού εντοπίζεται ένα κοπάδι ψαριών σε αρκετά μεγάλη απόσταση και αξιολογείται το μέγεθός του. Στη συνέχεια το αλιευτικό με τη βοήθεια της συσκευής παρακολουθεί και αλιεύει το κοπάδι ή ακόμη μπορεί να κατευθύνει και να καθοδηγεί άλλα αλιευτικά να πάνε για να το πιάσουν.
 

Η απόκτηση και η τοποθέτηση μιας σχετικά ακριβής συσκευής Σχήμα 14 σε πολλά σκάφη ερασιτεχνών αλιέων δεν έχει για πολλούς τα αναμενόμενα αποτελέσματα απλά γιατί ο χειριστής της δεν ξέρει να τη χειριστεί σωστά. Δεν αρκεί η αγορά και η τοποθέτηση της για να βρίσκει κανείς τα ψάρια. Για να έχει αποτελεσματική λειτουργία μια τέτοια συσκευή πρέπει ο χειριστής να έχει τουλάχιστο τις βασικές γνώσεις σχετικά με τη συμπεριφορά του ήχου στη θάλασσα, να ξέρει την επίδραση της κάθε ρύθμισης στη λειτουργία και απόδοση της συσκευής και κυρίως να ξέρει να ερμηνεύει την εικόνα που βλέπει. Όλα αυτά θα αναλυθούν με λεπτομέρεια παρακάτω.
 

Κατ΄αρχάς, η γνώση του θαλάσσιου περιβάλλοντος που αποτελείται από τη στήλη του θαλασσινού νερού και τον βυθό, είναι απαραίτητη. Ιδιαίτερη βέβαια σημασία για τις ηχοεντοπιστικές συσκευές, έχει η πάνω πλευρά της στήλης του νερού, εκεί που η επιφάνεια του νερού συναντά τον αέρα και ανακατεύεται. Τέλος οι παράμετροι της φυσικής που μας ενδιαφέρουν για την κατανόηση της λειτουργίας και χρήσης μιας ηχοεντοπιστικής συσκευής είναι ο ήχος, ο τρόπος διάδοσης του και η ταχύτητα διάδοσης του στο νερό.
 

Για τους λόγους αυτούς θα αναφερθούμε διεξοδικά, στην περιγραφή όλων των στοιχείων που συνθέτουν το θαλάσσιο περιβάλλον από την άποψη της ακουστικής και διάδοσης του ήχου, προκειμένου να κατανοήσουμε πλήρως τη λειτουργία των ηχοεντοπιστικων συσκευών και πιο συγκεκριμένα των ανιχνευτών ψαριών, των γνωστών fishfinders.
 

 

ΘΕΩΡΙΑ: Ήχος και διάδοση του
 

Σχήμα 15 Τις περισσότερες πληροφορίες για τον κόσμο που μας περιβάλλει τις λαμβάνομαι με κάποια μορφή κυμάτων. Οι ήχοι φτάνουν στα αυτιά μας μέσω κυμάτων όπως και το φως στα μάτια μας ή τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα στα ραδιόφωνα και τις τηλεοράσεις. Ήχος είναι η αίσθηση που προκαλείται λόγω της διέγερσης των αισθητηρίων οργάνων της ακοής από τα ηχητικά κύματα, τα οποία δημιουργούνται από τις μεταβολές της πίεσης των μορίων του σώματος εντός του οποίου διαδίδονται. Για τη διάδοση των ηχητικών κυμάτων είναι απαραίτητη η ύπαρξη κάποιου υλικού μέσου μεταξύ του πομπού και του δέκτη και το μέσο αυτό μπορεί να είναι σε οποιαδήποτε κατάσταση ύλης, στερεή, υγρή ή αέρια ενώ δεν διαδίδεται στο απόλυτο κενό.
 

Ας προσπαθήσουμε τώρα να εξηγήσουμε με παραδείγματα τον ήχο και τις ιδιότητες του. Σχήμα 16 Όταν χτυπάμε ένα τύμπανο, η μεμβράνη του αρχίζει να πάλλεται. Τα μόρια του αέρα που βρίσκονται μπροστά της θέτουν σε παλινδρομική κίνηση τα γειτονικά μόρια του αέρα που δεν προλαβαίνουν να πάνε πιο πέρα τόσο γρήγορα, και στριμώχνονται σ' εκείνο το σημείο. Δημιουργείται δηλαδή ένα πύκνωμα των μορίων που σπρώχνεται προς τα μπροστά. Την αμέσως επόμενη στιγμή η μεμβράνη κινείται προς τα πίσω αφού πάλλεται, τα μόρια του αέρα βρίσκουν περισσότερο χώρο και αραιώνουν. Δημιουργείται δηλαδή ένα αραίωμα. Η συνέχιση αυτή της ταλάντωσης της μεμβράνης δημιουργεί διαδοχικά πυκνώματα και αραιώματα, τα οποία διαδίδονται εξαπλούμενα προς όλες τις κατευθύνσεις σχηματίζοντας τα ηχητικά κύματα. Το ηχητικό κύμα δηλαδή είναι μια διαταραχή που διαδίδεται από σημείο σε σημείο σε ένα υλικό μέσο, παράγεται από σώματα που εκτελούν μηχανικές ταλαντώσεις (δονήσεις) και μεταφέρει μηχανική ενέργεια.
 

Η μετάδοση του ηχητικού κύματος γίνεται ομοιόμορφα προς όλες τις κατευθύνσεις μέχρις εξασθενίσεως του και αν κάπου συναντήσει ένα εμπόδιο τότε αλλάζει κατεύθυνση δηλαδή ανακλάται.
 

Τα ηχητικά κύματα με συχνότητα από 20 Ηz μέχρι 20.000 Ηz, αυτά που το ανθρώπινο αυτί αντιλαμβάνεται, ονομάζονται απλά «ήχος». Τα κύματα με συχνότητα μικρότερη των 20 Ηz ονομάζονται υπόηχοι και τα κύματα με συχνότητα μεγαλύτερη των 20.000 Ηz ονομάζονται υπέρηχοι.
 

Είδη ήχων. Σχήμα 17

Οι ήχοι είναι πολλών ειδών και προελεύσεων. Τα ηχητικά κύματα ταξινομούνται σε απλά ή σύνθετα και σε περιοδικά ή μη περιοδικά, με βάση την κυματομορφή τους. Το ημιτονοειδές κύμα είναι ένα παράδειγμα απλού και περιοδικού ηχητικού κύματος, ενώ ο θόρυβος είναι ήχος σύνθετος και μη περιοδικός. Υπάρχουν δηλαδή ήχοι απλοί, σύνθετοι, αρμονικοί, θόρυβοι και κρότοι που όλοι τους διαδίδονται σε ηχητικά κύματα που έχουν κοινά χαρακτηριστικά.
 

Εγκάρσια και διαμήκη κύματα
Σχήμα 18 Ας υποθέσουμε πως είμαστε σε μια λίμνη όπου το μέσο διάδοσης του κύματος που θα δημιουργήσουμε πετώντας μια πέτρα, είναι το νερό που αποτελείται από έναν πολύ μεγάλο αριθμό στοιχειωδών τμημάτων. Το κύμα που θα δημιουργηθεί ταξιδεύει σε ομόκεντρους επεκτεινόμενους κύκλους αλλά τα στοιχειώδη τμήματα του νερού κινούνται μόνο πάνω και κάτω. Στη περίπτωση αυτή που η διεύθυνση ταλάντωσης των στοιχειωδών τμημάτων (η κίνηση των σωματιδίων) είναι κάθετη στη διεύθυνση διάδοσης του κύματος, ονομάζεται εγκάρσιο κύμα.
 

Τα εγκάρσια κύματα αποτελούνται από κινούμενα όρη και κοιλάδες. Όρος ονομάζουμε το υψηλότερο σημείο που ανεβαίνει το μέσο και κοιλάδα το χαμηλότερο σημείο που βυθίζεται το μέσο.
 

Ας δούμε τώρα τι γίνεται αν στερεώσουμε την άκρη ενός ελατηρίου σε ένα σταθερό και ακίνητο σημείο και κρατώντας την άλλη του άκρη το θέσουμε σε συνεχή ταλάντωση κατά τη διεύθυνση του ελατηρίου. Τότε κάποιες περιοχές του ελατηρίου συμπιέζονται, δηλαδή δημιουργούνται σε αυτές πυκνώματα που πηγαίνουν πέρα δώθε. Η περιοχή μεταξύ δύο διαδοχικών πυκνωμάτων, ονομάζεται αραίωμα. Τα πυκνώματα και τα αραιώματα αυτά βλέπουμε πως κινούνται κατά τη διεύθυνση του ελατηρίου και τα κύματα που προκύπτουν κατά αυτό τον τρόπο ονομάζονται διαμήκη κύματα.
 

Στα ρευστά (υγρά και αέρια), τα ηχητικά κύματα διαδίδονται πάντα ως διαμήκη, ενώ στα στερεά διαδίδονται με κύματα και των δύο μορφών
 

Χαρακτηριστικές ιδιότητες του ήχου. Σχήμα 19
Κάθε ήχος έχει μια ιδιαιτερότητα, η οποία οφείλεται σε ένα σύνολο από γνωρίσματα τα οποία είναι αυτά που μας κάνουν να τους αναγνωρίζουμε χωρίς να βλέπουμε τις πηγές που τους παράγουν. Μερικά από τα γνωρίσματα αυτά αφορούν τις φυσικές ιδιότητες του ήχου και είναι ανεξάρτητα από την προσωπική αντίληψη του ακροατή. Αυτά ονομάζονται αντικειμενικά χαρακτηριστικά του ήχου. Υπάρχουν όμως και άλλα ηχητικά γνωρίσματα τα οποία εξαρτώνται κατά κύριο λόγο από την αντίληψη του ακροατή (δέκτη) και αυτά κάθε ακροατής τα αντιλαμβάνεται με διαφορετικό τρόπο. Είναι τα υποκειμενικά χαρακτηριστικά του ήχου.
 

Αντικειμενικά χαρακτηριστικά ενός ηχητικού κύματος. Σχήμα 20
Περίοδος και συχνότητα κύματος. Ας υποθέσουμε πως είμαστε πάλι στη λίμνη και πετάμε μια πέτρα. Οι ομόκεντροι κύκλοι του κύματος που θα σχηματιστούν όταν η πέτρα πέσει στο νερό, εκτείνονται και με την πάροδο του χρόνου χάνουν την ενέργεια τους και σβήνουν. Ας θεωρήσουμε τώρα πως η πέτρα που πετάξαμε έχει κολλημένη πάνω της μια συσκευή παραγωγής ήχου. Στη περίπτωση αυτή τα ηχητικά κύματα θα ταξιδέψουν προς όλες τις κατευθύνσεις και η εξάπλωση τους θα είναι αντί σε ομόκεντρους κύκλους στο επίπεδο της επιφάνειας σε ομόκεντρες σφαίρες που επεκτείνονται στο χώρο μέχρις ότου η ενέργεια του ήχου να εξαντληθεί. Στην επιφάνεια του νερού θα παρατηρήσουμε πως όσο πιο μεγάλη και χοντρή είναι η πέτρα που ρίχνουμε τόσο πιο μεγάλοι και αραιοί είναι οι κύκλοι που σχηματίζονται και όσο πιο μικρή και βαριά είναι τόσο πιο μικρά και πυκνά είναι τα κύματα. Το ίδιο ακριβώς συμβαίνει και με τον ήχο.
 

Ένα αρμονικό κύμα παράγεται όταν η πηγή εκτελεί απλές αρμονικές ταλαντώσεις με κάποια περίοδο. Σχήμα 21 Επειδή κάθε στοιχειώδες τμήμα του μέσου διάδοσης του κύματος εκτελεί όμοια ταλάντωση με αυτή της πηγής, η περίοδος του κύματος είναι ο χρόνος που χρειάζεται ένα στοιχειώδες τμήμα του μέσου για να εκτελέσει μία πλήρη ταλάντωση. Ο αριθμός των πλήρων ταλαντώσεων στην μονάδα του χρόνου που εκτελούν τα στοιχειώδη τμήματα του μέσου, μέσα στο οποίο διαδίδεται το κύμα, ονομάζεται συχνότητα του κύματος. Η συχνότητα του ήχου δηλαδή καθορίζεται από το πόσο γρήγορα ή αργά πάλλεται η πηγή που προκαλεί τον ήχο.
 

Η συχνότητα που ορίζει τον αριθμό των ολοκληρωμένων δονήσεων (κύκλων) στη μονάδα του χρόνου μετράται σε κύκλους ανά δευτερόλεπτο (Hertz -Hz). Γρηγορότερες ταλαντώσεις παράγουν υψηλότερους - οξύτερους ήχους, ενώ βραδύτερες ταλαντώσεις παράγουν χαμηλότερους - βαρύτερους ήχους. Όσο πιο βαθύς (μπάσος) είναι ο ήχος τόσο πιο μεγάλα και αραιά είναι τα κύματα ενώ αντιθέτως όσο πιο λεπτός (οξύς / ψιλός) είναι ο ήχος τόσο πιο μικρά και πυκνά θα είναι τα κύματα. Έτσι όταν λέμε πως ένας ήχος είναι συχνότητας 50 Hz σημαίνει πως όταν παράγεται, σχηματίζονται 50 κύκλοι κάθε δευτερόλεπτο. Αν είναι συχνότητας 5 ΚHz αυτό σημαίνει πως σχηματίζονται 5.000 κύκλοι το κάθε δευτερόλεπτο.
 

Σχήμα 22 Το ανθρώπινο αυτί μπορεί να ακούσει ήχους από 16 Hz μέχρι 20 ΚΗz περίπου. Στο σχετικό βίντεο δείτε και ακούστε τις ακουστικές συχνότητες.
 

Μήκος – πλάτος κύματος. Σχήμα 23
Σε χρόνο μιας περιόδου από τη στιγμή που τίθεται σε ταλάντωση μια πηγή, το κύμα θα διαδοθεί σε ορισμένη απόσταση από αυτή και η απόσταση ονομάζεται μήκος κύματος. Στα εγκάρσια κύματα το μήκος κύματος είναι η απόσταση μεταξύ δύο διαδοχικών ορέων ή δύο διαδοχικών κοιλάδων ενώ στα διαμήκη το μήκος κύματος αντιστοιχεί στην απόσταση μεταξύ δύο διαδοχικών πυκνωμάτων ή αραιωμάτων.
Το πλάτος του κύματος είναι η μέγιστη μετατόπιση ενός στοιχειώδους τμήματος του μέσου από τη θέση ισορροπίας του. Είναι δηλαδή η απόσταση μεταξύ της κορυφής του όρους και της θέση ισορροπίας.
 

Σχήμα 24 Οι κυριότερες έννοιες που χαρακτηρίζουν ένα ηχητικό κύμα είναι η συχνότητα (Hz ), το μήκος κύματος και η ταχύτητα διάδοσης του στο μέσο (C). Η σχέση μεταξύ ατών των τριών μεγεθών φαίνεται στο σχήμα 24.
Από αυτές τις φυσικές ιδιότητες που προαναφέραμε πηγάζουν και άλλα χαρακτηριστικά που αποσκοπούν στην περιγραφή ενός ήχου όπως είναι η ένταση και η διάρκεια του ήχου.
 

Η ένταση (Ισχύς) του ήχου Σχήμα 25 ορίζεται ως το ποσό της ηχητικής ενέργειας που διέρχεται από μια επιφάνεια στη μονάδα του χρόνου και το μέγεθος της εξαρτάται από τη δύναμη με την οποία αναγκάζουμε ένα σώμα να δονηθεί, όπως για παράδειγμα από το πόσο δυνατά κτυπάμε τη χορδή μιας κιθάρας ή την επιφάνεια ενός τυμπάνου. Σε απλές γραμμές ένταση είναι το πόσο ισχυρή ή ασθενής είναι η ταλάντωση του σώματος.
 

 

Η ένταση ενός ήχου καθορίζεται από το πλάτος της δόνησης που παράγεται από την ηχητική πηγή (πάνω δεξιά σχήμα στην εικόνα 25. Όσο μεγαλύτερο είναι το πλάτος, τόσο ισχυρότερα ακούγεται ο ήχος και όσο πλατύτερες είναι οι ταλαντώσεις τόσο τα ηχητικά κύματα έχουν μεγαλύτερη ένταση. Ταλαντώσεις με μικρότερο πλάτος δημιουργούν ασθενέστερους ήχους και σε γενικές γραμμές δυνατοί ήχοι σημαίνουν μεγάλη ένταση ήχου. Για τη μέτρηση της έντασης ενός ήχου χρησιμοποιείται η κλίμακα ντεσιμπέλ (decibel, dB) η οποία βασίζεται στις μεταβολές της πίεσης του αέρα. Τα μηδέν ντεσιμπέλ αντιστοιχούν σε ήχο που μόλις ακούγεται, ενώ ο ήχος 120 dB προκαλεί πόνο στα αυτιά. Μια αύξηση της έντασης κατά 10 dB αντιστοιχεί σε ήχο έντασης 10 φορές μεγαλύτερης, κατά 20 dB αντιστοιχεί σε ήχο έντασης 100 = 102 φορές μεγαλύτερης έντασης και κατά 30 dB αντιστοιχεί σε ήχο έντασης 1000 = 103 φορές μεγαλύτερης.
Η διάρκεια του ήχου ορίζει το συνολικό χρόνο κατά τον οποίο ο ήχος γίνεται αντιληπτός και εξαρτάται από το χρόνο εκπομπής και από την ένταση του ήχου στη πηγή παραγωγής του. Άλλοι ήχοι είναι μακρύτεροι και άλλοι βραχύτεροι.
 

Υποκειμενικά χαρακτηριστικά του ήχου. Σχήμα 26

Είναι η ακουστικότητα, το ύψος και η χροιά.
Η ακουστότητα Σχήμα 27 έχει σχέση με το πώς ο κάθε ακροατής αντιλαμβάνεται την ένταση ενός ήχου και εξαρτάται κατά κύριο λόγο από την ένταση του ήχου, από την απόσταση του ακροατή από την ηχητική πηγή καθώς και από την ευαισθησία των οργάνων ακοής του. Ήχος με ίδια ένταση θα έχει μικρότερη ακουστικότητα για ένα άτομο με πρόβλημα ακοής. Δεν είναι δηλαδή η πραγματική ισχύς της ηχητικής πηγής αλλά είναι μια κλίμακα στην οποία μετράμε το πόσο δυνατά ακούγεται ο ήχος.
 

Ανάλογα με την ακουστικότητα διακρίνουμε τους ήχους σε ασθενείς και ισχυρούς και μετριέται σε Phon. Ήχος που μόλις ακούγεται έχει ακουστικότητα 1 Phon, ενώ ήχος με ακουστικότητα 130 Phon προκαλεί πόνο στο αυτί.
 

Το ύψος Σχήμα 28 του ηχητικού κύματος αναφέρεται στον τρόπο με τον οποίο ο άνθρωπος αντιλαμβάνεται τη συχνότητα του και αποτελεί ένα υποκειμενικό χαρακτηριστικό του ήχου. Το ύψος συνδέεται στενά με την συχνότητα του ήχου. Όσο πιο γρήγορα δονείται η ηχητική πηγή τόσο μεγαλύτερη θα είναι η συχνότητα και επομένως τόσο μεγαλύτερο θα είναι και το ύψος του ήχου. Στην περίπτωση αυτή λέμε ότι ο ήχος είναι οξύς, έχει μεγάλη συχνότητα. Αν η συχνότητα δόνησης της ηχητικής πηγής είναι μικρή, τότε ο ήχος που παράγεται θα έχει μικρό ύψος και ο ήχος είναι βαρύς. Μια λεπτή, μικρή σε μήκος και καλά τεντωμένη χορδή μιας κιθάρας θα μας δώσει ένα πολύ οξύ ήχο ενώ μια άλλη πιο χοντρή, μακρύτερη και όχι τόσο τεντωμένη χορδή θα μας δώσει ένα βαρύ ήχο. Έτσι ανάλογα με το ύψος διακρίνουμε τους ήχους σε οξείς (υψηλούς) και βαρείς (χαμηλούς)
 

Άλλο βασικό υποκειμενικό γνώρισμα του ήχου είναι η χροιά, Σχήμα 29 χάρη στην οποία μπορούμε να διακρίνουμε δύο ήχους που παράγονται από διαφορετικού είδους ηχητικές πηγές, ακόμα και όταν τα υπόλοιπα χαρακτηριστικά τους είναι τα ίδια. Σκεφτείτε λίγο το πώς αντιλαμβανόμαστε την ίδια νότα που βγαίνει από ένα πιάνο ή από ένα βιολί. Η χροιά οφείλεται στο γεγονός ότι οι μουσικοί ήχοι δεν είναι απλοί (δεν αποτελούνται μόνο από μια συχνότητα) αλλά είναι σύνθετοι, δηλαδή είναι προϊόν σύνθεσης πολλών απλών ήχων και συνεπώς η χροιά τους εξαρτάται από τους απλούς ήχους που συνθέτουν τον σύνθετο.
 

 

ΔΙΑΔΟΣΗ ΤΟΥ ΗΧΟΥ
Η ταχύτητα διάδοσης του ηχητικού κύματος Σχήμα 30 δεν είναι σταθερή σε όλα τα υλικά, αλλά εξαρτάται αφενός από τη κατάσταση του μέσου εντός του οποίου διαδίδεται (αν είναι στερεό, υγρό ή αέριο) και αφετέρου από τις καταστατικές μεταβλητές του μέσου (πίεση-θερμοκρασία) ενώ είναι ανεξάρτητη της συχνότητας του κύματος.
 

Για παράδειγμα ενώ εμείς τρέχουμε πιο εύκολα όταν το μόνο εμπόδιό μας είναι ο αέρας, πιο δύσκολα όταν τρέχουμε μέσα σε νερό και ακόμα πιο δύσκολα αν είμαστε βουτηγμένοι σε λάσπη, με τον ήχο τα πράγματα είναι κάπως αντίθετα.
 

Ο ήχος μεταδίδεται, τρέχει δηλ. πιο γρήγορα στα στερεά, λιγότερο στα υγρά και ακόμη λιγότερο στα αέρια. Στον πίνακα του σχήματος βλέπετε τις ταχύτητες του ήχου στα στερεά και αέρια μέσα. Για την διάδοση του ήχου και την αξιοποίηση των παρατηρήσεων έχουν διαμορφωθεί εξισώσεις βάσει των οποίων μπορούμε να υπολογίσουμε τις παραμέτρους που επηρεάζουν τη ταχύτητα της διάδοσης του.
 

Στο νερό ο υπολογισμός της ταχύτητας υπολογίζεται με την εξίσωση που βλέπεται στο σχήμα 31. Η ακρίβεια της τιμής της έχει μεγάλη σημασία για τον υπολογισμό της αποστάσεως που κάποιο σώμα (υποβρύχιο, νάρκη, ψάρι, ναυάγιο ή βυθός) βρίσκεται.
Η ταχύτητα του ήχου μέσα στο ίδιο σώμα μεταβάλλεται κατά κύριο λόγο ανάλογα με τη θερμοκρασία. Στο θαλασσινό νερό που είναι μίγμα 96% νερού και 4% άλλες ουσίες όπως άλατα, διαλυμένα αέρια, οργανικές ουσίες και αιωρούμενα στερεά, η ταχύτητα της ηχητικής δέσμης κυμαίνεται από 1450 μέχρι 1550 μέτρα το δευτερόλεπτο (m/s) και οι διακυμάνσεις αυτές της ταχύτητας του ήχου εξαρτώνται εκτός από τη θερμοκρασία και από την αλατότητα, από την πυκνότητα και από το βάθος (πίεση) του θαλασσινού νερού.
Για την ιστορία, οι πρώτες μετρήσεις της ταχύτητας του ήχου στο νερό έγιναν το 1826 από τους Colladon και Sturm στη λίμνη της Γενεύης με χρήση απλών ακουστικών σε σχήμα χωνιού, ενός κώδωνα για την παραγωγή του ήχου και των απαραίτητων χρονομέτρων. Οι μετρήσεις που έγιναν τότε, έδωσαν τιμή 1435 m/sec που είναι πολύ κοντά στις ταχύτητες που πολύ αργότερα με μαθηματικές εξισώσεις και με σύγχρονες μεθόδους υπολογίστηκε.
 

H θερμοκρασία Σχήμα 32 του θαλασσινού νερού κυμαίνεται από -2 έως 30º C και επηρεάζεται πολύ από τις ζώνες γεωγραφικού πλάτους επειδή η ηλιακή ακτινοβολία επιδρά στην κατανομή της θερμοκρασίας σε όλη σχεδόν τη στήλη νερού. Η επίδραση αυτή δεν είναι σταθερή, αλλά μεταβάλλεται με το γεωγραφικό πλάτος και την εποχή.
Κατά τους θερινούς μήνες έχουμε αύξηση της θερμοκρασίας των επιφανειακών στρωμάτων σε σχέση με τα βαθύτερα στρώματα. Κατά τη μετάβαση από το καλοκαίρι στο φθινόπωρο και το χειμώνα η μείωση αφενός της έντασης της ηλιακής ακτινοβολίας και αφετέρου της θερμοκρασίας της ατμόσφαιρας, προκαλούν σταδιακή ψύξη των ανώτερων στρωμάτων του νερού. Την άνοιξη η ηλιοφάνεια αυξάνεται και αρχίζει σταδιακά η αύξηση της θερμοκρασίας των επιφανειακών υδάτων μέχρι το καλοκαίρι που έχουμε τις μεγαλύτερες θερμοκρασίες του έτους. Αυτό αποτελεί τον εποχιακό κύκλο που επαναλαμβάνετε συνεχώς.
 

Σχήμα 33 Έτσι, όταν αυξάνεται η θερμοκρασία, αυξάνεται και η ταχύτητα του ήχου και όταν μειώνεται, μειώνεται και η ταχύτητα του. Ενδεικτικά αναφέρεται ότι αύξηση της θερμοκρασίας κατά 10°C προκαλεί αύξηση της ταχύτητας διάδοσης του ήχου κατά 40m/s.
 

Σχήμα 34 Άλλος σημαντικός παράγων που επιδρά στη ταχύτητα διάδοσης του ήχου είναι η πίεση δηλαδή το βάθος στο οποίο διαδίδεται ο ήχος. Η ταχύτητα του ήχου αυξάνει όσο αυξάνει το βάθος. Αύξηση του βάθους κατά 1000m προκαλεί αύξηση της ταχύτητας διάδοσης του ήχου κατά 16m/s.
 

Η αλατότητα (salinity- S) Σχήμα 35 είναι η συγκέντρωση της μάζας όλων των αλάτων που βρίσκονται στη μάζα του νερού και ορίζεται ως ο συνολικός αριθμός γραμμαρίων διαλυμένων αλάτων σε ένα κιλό θαλασσινού νερού. Όταν αυξάνεται η Αλατότητα αυξάνεται και η ταχύτητα του ήχου όπως και με τη θερμοκρασία. Αύξηση της αλατότητας κατά 1 αυξάνει την ταχύτητα διάδοσης του ήχου μόλις κατά 1.5m/s.
 

Η πυκνότητα (density) του θαλασσινού νερού ορίζεται ως η μάζα θαλασσινού νερού ανά κυβικό μέτρο νερού (kg/m3) και εξαρτάται από
α. τη θερμοκρασία (η αύξηση της θερμοκρασίας προκαλεί μείωση της πυκνότητας λόγω διαστολής),
β. την Αλατότητα (αύξηση της αλατότητας προκαλεί αύξηση της πυκνότητας, λόγω προσθήκης μάζας) και από
γ. την πίεση (η αύξηση της πίεσης προκαλεί αύξηση της πυκνότητας λόγω μείωσης όγκου).
 

Η πυκνότητα του νερού είναι σημαντική και όλοι φαντάζομαι θα έχετε προσέξει τα σημάδια της γραμμής φορτώσεως του πλοίου που έχουν στην πλώρη πάνω από την ίσαλο γραμμή που δείχνει τις διαφορές λόγω πυκνότητας του νερού.
Ανακεφαλαιώνοντας, Σχήμα 36 μεταξύ των τριών προαναφερθέντων παραμέτρων που καθορίζουν τις τιμές της ταχύτητας του ήχου, οι δύο κύριες είναι η θερμοκρασία και το βάθος , ενώ η αλατότητα επηρεάζει λιγότερο τη διάδοση του ήχου στο θαλάσσιο χώρο. Στα ρηχά νερά η ταχύτητα ήχου εξαρτάται κυρίως από τη θερμοκρασία, ενώ στα βαθιά η ταχύτητα εξαρτάται κυρίως από τη πίεση
 

 

Φαινόμενα κατά τη διάδοση του ήχου
 

Τα φαινόμενα στη διάδοση της ηχητικής δέσμης έχουν καθοριστική σημασία στο θέμα του εντοπισμού των ηχητικών σημάτων και της ανάλυσης τους. Αν ένας ήχος συναντήσει στην πορεία του μια λεία και στιλπνή επιφάνεια ανακλάται σχεδόν όλος. Αν η επιφάνεια είναι μαλακή, τραχιά ή πορώδης, τότε ένα μέρος του απορροφάται ενώ το υπόλοιπο ανακλάται. Ας δούμε όμως αυτά τα φαινόμενα πιο αναλυτικά.
 

Ανάκλαση ήχου. Σχήμα 37 Όταν ένα ξένο σώμα διαφορετικής ύλης από αυτή του μέσου, παρεμβάλλεται στην κατεύθυνση των ηχητικών κυμάτων, τότε αυτά υφίστανται ανάκλαση και η ηχητική ενέργεια που επιστρέφει πίσω στην πηγή ονομάζεται ηχώ.
Στη θάλασσα ο ήχος μπορεί να ανακλαστεί από αιωρούμενα σωματίδια στο νερό, από διάφορα μικρά ή μεγάλα αντικείμενα όπως ξύλα, βράχια, φύκια, ψάρια, υποβρύχια, νάρκες και από επιφάνειες όπως o βυθός ή ένα στρώμα νερού έντονα διαφορετικής θερμοκρασίας από το αμέσως πάνω ή κάτω γειτονικό του στρώμα, το θερμοκλινές.
Θερμοκλινές στρώμα. Σχήμα 38 Η θερμοκρασία στη θάλασσα ποικίλλει ανάλογα με το βάθος αλλά πολλές φορές σε βάθη μεταξύ 30 και 100 μέτρων υπάρχει συχνά μια απότομη χαρακτηριστική αλλαγή. Η επιφάνεια του νερού γύρω από το βάθος αυτό ονομάζεται στρώμα ή θερμοκλινές. Το στρώμα αυτό διαχωρίζει τα θερμότερα επιφανειακά νερά από τα κρύα νερά που είναι από κάτω. Είναι δηλαδή μια ζώνη απότομης μείωσης θερμοκρασίας με το βάθος. Για να υπάρξει αυτή η ζώνη, θα πρέπει η διαφορά της θερμοκρασίας να είναι αρκετά μεγάλη και να αλλάζει αρκετά γρήγορα με το βάθος. Η ζώνη αυτή, το θερμοκλινές, αντανακλά και διαθλά τα ηχητικά κύματα, αφού και η θερμοκρασία και η πυκνότητα του νερού αλλάζουν δραστικά.
 

Η ηχητική δέσμη συνεπώς όπως περνά από την πάνω πλευρά του θερμοκλινούς προς την κάτω, τείνει να κάμπτεται και να διαθλάται. Η ζώνη αυτή μπορεί να υπάρχει και σε ρηχότερα παράκτια νερά παρόλο που η επίδραση των κυμάτων ανακατεύει συνέχεια τη στήλη του νερού και μειώνει την εμφάνιση του θερμοκλινούς
 

Σχήμα 39 Στις φωτογραφίες του σχήματος φαίνεται η διάδοση μιας ηχητικής δέσμης όταν υπάρχει θερμοκλινές. Στη κάτω φωτογραφία βλέπουμε πως αν υπάρχει το κατάλληλο βάθος τότε η δέσμη ανακλάται στο βυθό μετά στην επιφάνεια κοκ και ταξιδεύει μέχρι να εξασθενήσει η ισχύς του σήματος. Το φαινόμενο αυτό λέγεται σώνη συγκλίσεως (CZ) και τότε επιτυγχάνονται πολύ μεγάλες αποστάσεις εντοπισμού.
 

Σχήμα 40 Το αν η ηχώ επιστρέψει στην πηγή και εντοπιστεί, εξαρτάται από την ισχύ της ανακλώμενης ηχητικής ενέργειας. Οι ανακλάσεις που παίρνουμε εξαρτώνται από τις ανακλαστικές ιδιότητες της επιφάνειας του αντικειμένου αυτού. Έτσι μία φυσαλίδα- αέρα στο νερό δίδει μία ανάκλαση πολύ μεγαλύτερη από αυτή μιας σφαίρας αναλόγου μεγέθους από οποιοδήποτε άλλο υλικό. Αυτή η ιδιότητα του αέρα έχει σημαντική πρακτική εφαρμογή γιατί προκειμένου να εντοπίσουμε ένα ψάρι με ήχο εκμεταλλευόμαστε τις ανακλάσεις που δίδει η νηκτική του κύστη και αυτό ήταν που αξιοποίησαν οι αδελφοί Φουρούνο και έφτιαξαν τη πρώτη συσκευή εντοπισμού ψαριών. Όμως άλλες φυσαλίδες, όπως αυτές που παράγονται κοντά στο σκάφος μας είτε από τη προπέλα είτε από την περιδίνηση του νερού, μπορούν να μάς δημιουργήσουν σοβαρό πρόβλημα αν κοντά τους βρίσκεται η μονάδα εκπομπής-λήψης της ηχητικής μας δέσμης.
 

Εξασθένηση ήχου και απώλεια ισχύος κατά τη μετάδοση του. Σχήμα 41
Ο ήχος που θα εκπεμφθεί στη θάλασσα εξαπλώνεται αρχικά σφαιρικά αλλά δεν μπορεί να διαδίδεται ομοιόμορφα προς όλες τις κατευθύνσεις για πάντα αφού μετά από κάποια απόσταση το ηχητικό μας κύμα θα συναντήσει την επιφάνεια της θάλασσας ή το βυθό, θα ανακλαστεί και μετά θα εξαπλώνεται κυλινδρικά.
 

Η θάλασσα, το μέσο διάδοσης της ηχητικής ενέργειας, αλλά και τα αντικείμενα στα οποία ο ήχος ανακλάται, απορροφούν μέρος της ηχητικής ενέργειας και επίσης, μέρος της χάνεται λόγω του φαινομένου της εξασθένισης ((attenuation). Η απώλεια αυτή στην ένταση του ήχου ονομάζεται Απώλεια Διάδοσης [Propagation Loss-PL] για τις παθητικές συσκευές ή Απώλεια Μετάδοσης [Transmission Loss-TL] για τα ενεργητικά sonar.
Όταν λοιπόν κατευθύνουμε μια ηχητική δέσμη μέσα στο νερό διαπιστώνουμε ότι η δέσμη αυτή εξασθενεί σταδιακά, όπως και στον αέρα, και η εξασθένιση αυτή οφείλεται στην απώλεια λόγω εξάπλωσης, την Spreading Loss (το κύμα απλώνει σιγά-σιγά όπως το φως φακού την νύχτα), στην απώλεια λόγω απορρόφησης την Absorption Loss (ο ήχος μέσα από το νερό αναγκάζει τα μόρια του νερού να ταλαντωθούν μηχανικά και η κίνηση αυτή των μορίων δημιουργεί απώλειες λόγω τριβών) οπότε ένα μέρος της ηχητικής ενέργειας μετατρέπεται σε θερμότητα και χάνεται και στην απώλεια λόγω διασκορπίσεως της δέσμης την Scattering Loss.
 

Η απορρόφηση του ήχου ( Absorption) από τα διάφορα μέσα είναι διαφορετική και επηρεάζεται από ορισμένους παράγοντες. Όσο πιο μαλακό και πορώδες είναι το υλικό που βρίσκεται στη διαδρομή του ηχητικού κύματος τόσο πιο μεγάλο μέρος του ήχου θα απορροφήσει και μικρότερο θα ανακλάσει. Το πόσο μεγάλο μέρος θα απορροφηθεί εξαρτάται από το υλικό της επιφάνειας, από την απόσταση που έχει η ηχητική πηγή από το αντικείμενο και από παράγοντες του μέσου διάδοσης όπως η θερμοκρασία, η αλατότητα, η πίεση και κυρίως από τη συχνότητα του κύματος. Στις χαμηλότερες συχνότητες έχουμε μικρότερη απορρόφηση καθώς τα μόρια του νερού ταλαντώνονται λιγότερες φορές το δευτερόλεπτο. Έτσι η απώλεια μετάδοσης αυξάνει με την αύξηση της απόστασης και με την αύξηση της συχνότητας.
 

Η διασκόρπιση (Scattering) του ήχου γίνεται από τα μικρά αντικείμενα στη θάλασσα καθώς και από τον βυθό και την επιφάνεια και αυτό το φαινόμενο μπορεί να δημιουργήσει μια σημαντική πηγή παρεμβολών. Αυτή η διασκόρπιση του ήχου στη θάλασσα είναι κάτι ανάλογο με την διάχυση του φωτός των προβολέων ενός αυτοκινήτου σε ομίχλη όπου η μακρινή, στενή δέσμη διαπερνά την ομίχλη κατά κάποιο βαθμό ενώ η μεσαία, ευρύτερης δέσμης κλίμακα, θα διασκορπίσει το φως σε όλες τις κατευθύνσεις και έτσι περισσότερο φως θα επιστρέψει τυφλώνοντας στην ουσία στον οδηγό σε σημείο να μην μπορεί να δει τα αντικείμενα πιο πέρα. Για παρόμοιο λόγο, το ενεργητικό sonar πρέπει να εκπέμπει σε μια στενή δέσμη ώστε να ελαχιστοποιήσει τη διάχυση.
 

Φαινόμενο Doppler. Σχήμα 42

Όλοι μας σχεδόν καταλαβαίνουμε πότε μια μέλισσα, ένα τραίνο ή ένα όχημα πλησιάζει ή απομακρύνεται από μας αν είμαστε ακίνητοι, ενώ δυσκολευόμαστε όταν κινούμαστε. Εάν λοιπόν καθόμαστε ακίνητοι π.χ. στην αποβάθρα ενός σταθμού την ώρα που πλησιάζει ένα τρένο που κινείται με σταθερή ταχύτητα, αντιλαμβανόμαστε τον ήχο του οξύτερο (μεγαλύτερης συχνότητας), από ότι όταν το τρένο απομακρύνεται από εμάς, αφού μας έχει προσπεράσει. Η συχνότητα που αντιλαμβάνεται ο παρατηρητής έξω δεν είναι ίδια με αυτήν που εκπέμπει μία πηγή όταν ο παρατηρητής είναι μέσα στην πηγή. Δεν είναι δηλαδή σε σχετική κίνηση μεταξύ τους. Το φαινόμενο αυτό λέγεται φαινόμενο Doppler.
 

Φαινόμενο της Σπηλαίωσης (Cavitation) Σχήμα 43
Ένα άλλο φαινόμενο της φυσικής που προκαλεί ήχο και που επηρεάζει την απόδοση των ηχοεντοπιστικών συσκευών είναι η σπηλαίωση. Η σπηλαίωση στην ουσία είναι ένα φαινόμενο που οφείλεται στη χαμηλή πίεση. Όλοι μας ξέρουμε πως το νερό βράζει στους 100 βαθμούς Κελσίου στο επίπεδο της θάλασσας (δηλ. σε κανονική ατμοσφαιρική πίεση που είναι 1 ατμόσφαιρα, και αντιστοιχεί σε υψόμετρο μηδέν) και πως μπορεί να βράσει και σε πολύ χαμηλότερη θερμοκρασία, π.χ. σε θερμοκρασία δωματίου, αν η πίεση μειωθεί. Σύμφωνα με την αρχή του Bernoulli, όταν η πίεση ενός ρευστού μειώνεται τόσο μεγαλώνει η ταχύτητα του. Όταν όμως η πίεση του υγρού πέσει χαμηλότερα της πίεσης του ατμού τότε δημιουργούνται φυσαλίδες ατμού. Η στήλη του υγρού κόβεται με αποτέλεσμα να δημιουργούνται φυσαλίδες μέσα στο υγρό. Με συνεχώς αυξανόμενη πίεση, ο ατμός συμπυκνώνεται και οι φυσαλίδες μαζί με την ταχύτητα του ήχου καταρρέουν με συνοδεία θορύβου ενώ συγχρόνως παρουσιάζονται ακραίες τιμές πίεσης και θερμοκρασίας.
 

Στην περίπτωση μας, κατά τη περιστροφή της προπέλας του σκάφους με μεγάλη ταχύτητα, η πίεση στην πίσω πλευρά των πτερυγίων της ελαττώνεται και όταν αυτή πέσει χαμηλότερα από μία συγκεκριμένη τιμή, το νερό αρχίζει να βράζει με αποτέλεσμα τον σχηματισμό φυσαλίδων ατμού στη μπροστινή πλευρά των πτερυγίων. Όπως όμως οι φυσαλίδες οδηγούνται προς το κέντρο των πτερυγίων και πίσω, εκεί που η πίεση είναι υψηλότερη, αυτές συμπυκνώνονται και σκανε με θόρυβο αποδεσμεύοντας την ενέργεια που χρειάστηκε για να δημιουργηθούν, με τη μορφή μεγάλης ποσότητας θερμότητας, η οποία διαβρώνει την επιφάνεια της προπέλας από ότι υλικό και να είναι (πλαστικό, αλουμίνιο, ορείχαλκος ή ανοξείδωτο). στα σημεία που οι φυσαλίδες υγροποιούνται (καύση σπηλαίωσης).
 

Η σπηλαίωση εκτός από τη φθορά στο υλικό της προπέλας, μειώνει τη ταχύτητα μας και το κυριότερο προκαλεί έντονο θόρυβο που μειώνει την απόδοση της συσκευής σόναρ. Πτερύγια στραβά, παραμορφωμένα από κτυπήματα, ή με κολλημένα στρείδια, φύκια κλπ προκαλούν εκτεταμένη σπηλαίωση. Για το λόγο αυτό θα πρέπει να επιθεωρούμε και να διατηρούμε τη προπέλα του σκάφους μας σε άριστη κατάσταση.
 

Το φαινόμενο αυτό, της σπηλαίωσης, είναι που εκμεταλλεύονται τα υποβρύχια τα οποία, για να μειώσουν τον θόρυβο τους είτε πάνε σε μεγαλύτερο βάθος, αυξάνουν τη πίεση του νερού, είτε μειώνουν την ταχύτητα που πλέουν.
 

 

Παράγοντες που επηρεάζουν τη διάδοση του ήχου στην θάλασσα Σχήμα 44
 

Τα ηχητικά κύματα ταξιδεύουν πιο εύκολα στο γλυκό νερό από ότι στο αλμυρό, κυρίως επειδή τα αιωρούμενα σωματίδια στο αλμυρό απορροφούν και ανακλούν μέρος των ηχητικών κυμάτων. Στην εικόνα βλέπετε την απώλεια εκπομπής (transmission loss) σε σχέση με την απόσταση και βάθος. Τα θερμά χρώματα αντιπροσωπεύουν μικρές απώλειες και τα ψυχρά μεγάλες.
 

Ο θόρυβος και η επίδραση του σε συστήματα Sonar. Σχήμα 45
Ο θόρυβος είναι ήχος και η ύπαρξη ανεπιθύμητου θορύβου περιορίζει την απόδοση της συσκευής. Υπάρχουν τρεις πηγές θορύβου που πρέπει να ληφθούν υπόψη: ο θερμικός θόρυβος, ο θόρυβος από τη θάλασσα δηλ ο θόρυβος στο περιβάλλον (ambient noise) και ο θόρυβος του σκάφους μας.
 

Ο θερμικός θόρυβος στη πηγή (μετατροπή ενέργειας) είναι πολύ μικρός σε μέγεθος αλλά ο θόρυβος από την θάλασσα λόγω κυματισμού, βροχής, βιολογικού θορύβου, βιομηχανικού θορύβου, ή ύπαρξης κίνησης άλλων πλοίων, είναι σημαντικός και υπολογίζεται. Στο σχήμα 46, φαίνεται η ανά την υφήλιο ένταση του βιομηχανικού θορύβου και του θορύβου λόγω κίνησης πλοίων.
 

Ο θόρυβος Σχήμα 47 του σκάφους μας λόγω μηχανών και μηχανημάτων, προπελών, κίνησης του πλοίου και ηλεκτρονικών-ηλεκτρικών μηχανημάτων είναι επίσης σημαντικός για την καλή απόδοση της ηχοεντοπιστικής συσκευής, υπολογίζεται και γίνονται προσπάθειες διορθώσεως του.
 

Η κύρια αιτία του θορύβου ροής είναι η ροή του νερού πάνω στο θόλο που περιέχει τον μορφοτροπέα (μάτι) του Sonar και πάνω στη γάστρα του πλοίου. Τον θόρυβο αυτό μπορούμε να τον ελαχιστοποιήσουμε αν τοποθετήσουμε τον μορφοτροπέα στη καλύτερη θέση και λάβουμε μέριμνα να μην υπάρχουν σημεία δημιουργίας αναταραχής του νερού κοντά σε αυτόν.
 

Ο θόρυβος που δημιουργείται από την περιστροφή της έλικας και από τη δημιουργία φυσαλίδων κατά τη περιστροφή των πτερυγίων (σπηλαίωση) μπορεί να μειωθεί αν λάβουμε κατάλληλα μέτρα όπως έλεγχο πτερυγίων για μη ύπαρξη κενών (σπασίματα), παρεμβολής κάποιου κατάλληλα διαμορφωμένου διαχωριστικού κ.α.
Ο Θόρυβος από τα ηλεκτρικά και ηλεκτρονικά μηχανήματα μπορεί και πρέπει να κρατείται σε χαμηλά επίπεδα με σωστές συγκολλήσεις καλωδιώσεων, με αποφυγή τροφοδότησης της συσκευής sonar παράλληλα με άλλες συσκευές (δηλ. από τον ίδιο ρευματολήπτη) καθώς και με τοποθέτηση ελαστικών μονωτήρων στις βάσεις των ηλεκτρικών μηχανημάτων ώστε ο θόρυβος τους και οι κραδασμοί να μη μεταδίδονται στο σκάφος.
 

Συμπερασματικά, ο θόρυβος έχει πολύ μεγάλη σημασία στον εντοπισμό στόχων και γιαυτό θα πρέπει να πειραματιστούμε και να βρούμε την πλέον αθόρυβη ταχύτητα του σκάφους μας ,ώστε να πλέουμε με αυτή στα αλιευτικά μας ταξίδια.
 

 

ΕΞΙΣΩΣΗ SONAR και ΗΧΟΕΝΤΟΠΙΣΤΙΚΕΣ ΣΥΣΚΕΥΕΣ Σχήμα 48
 

Οι ηχοεντοπιστικές συσκευές κατανέμονται σε τρεις κατηγορίες. Έχουμε τις ενεργητικές συσκευές όπου ο πομπός και ο δέκτης είναι μαζί, τις παθητικές που ο πομπός είναι ο «στόχος» και ο δέκτης είναι στο σκάφος μας και τις ρυμουλκούμενες συστοιχίες όπου ο μεν πομπός είναι στο σκάφος μας ο δε δέκτης ρυμουλκείται από το σκάφος μας σε κάποια απόσταση. Όλες οι συσκευές εντοπισμού ψαριών ανήκουν στη πρώτη κατηγορία των ενεργητικών συσκευών.
 

Μια «ηχώ», ανάκλαση του ήχου, Σχήμα 49 είτε προέρχεται από υποβρύχιο, είτε από ψάρι, είναι πολύ μικρής έντασης σε σχέση με τον αρχικά εκπεμφθέντα παλμό της ηχητικής δέσμης γιατί όπως προαναφέραμε η ένταση του ηχητικού σήματος (Source Level) που εξαπλώνεται σφαιρικά όσο αυτό απομακρύνεται από την «πηγή», τόσο εξασθενεί λόγω της απώλειας διάδοσης. Εξ αυτού συμπεραίνεται πως η ισχύς του σήματος που φτάνει σε κάποιο αντικείμενο θα είναι πολύ χαμηλή ενώ αυτού που θα ανακλαστεί και θα επιστρέψει πίσω στη πηγή θα είναι ακόμη χαμηλότερη.
 

Επιπροσθέτως, μαζί με το επιστρεφόμενο σήμα της ηχούς φτάνουν στη «πηγή» και πολλοί άλλοι ήχοι (θόρυβοι) που προέρχονται και από το σκάφος μας και από τον περιβάλλοντα χώρο (Noise Level). Το βασικό συνεπώς πρόβλημα στις ηχοεντοπιστικές συσκευές είναι το σήμα που εκπέμπουμε να είναι αρκετό για να επιστρέψει η ανάκλαση του στο αντικείμενο που μας ενδιαφέρει, στη πηγή (ηχώ) ώστε να εντοπιστεί, να διαχωριστεί από το γύρω θόρυβο και από το πλήθος των αντηχήσεων που λαμβάνονται, και μετά να οδηγηθεί στην οθόνη της συσκευής μας για να τη δούμε.
 

Για να ανιχνευθεί συνεπώς το ενδιαφέρον σήμα μέσα από τους θορύβους, ο λόγος σήμα προς το θόρυβο πρέπει να είναι ελάχιστα πιο μεγάλος από κάποια ελάχιστη τιμή που καθορίζεται από το σχεδιαστή και κατασκευαστή της συσκευής SONAR που ονομάζεται «κατώφλι ανίχνευσης» (Detection Threshold). Αυτό είναι στην ουσία ένα όριο σε dB που όποτε η αναλογία του «επιπέδου σήματος προς θόρυβο» στο δέκτη το υπερβαίνει, η συσκευή μας λαμβάνει την απόφαση «υπάρχει σήμα στόχου» και μας το εμφανίζι στην οθόνη. Όταν ο λόγος σήματος προς θόρυβο είναι μικρότερος, δηλαδή κάτω από το όριο ανίχνευσης, τότε η απόφαση είναι ότι «δεν υπάρχει σήμα στόχου». Η τιμή λοιπόν του λόγου σήματος προς θόρυβο (Signal to Noise Ratio - SNR), είναι σημαντική και είναι αυτή που καθορίζει το αν μία συσκευή θα μπορέσει να ξεχωρίσει στο 50% των περιπτώσεων μια «ηχώ», μέσα από τον υπάρχοντα στη θάλασσα θόρυβο και τις αντηχήσεις. Το πόσο πάνω από τον θόρυβο αυτό πρέπει να είναι η ενέργεια του ηχητικού σήματος που επιστρέφει στο προβολέα μας για να εντοπιστεί, ονομάζεται «επί πλέον Σήμα» (Signal Excess - SE) και εκφράζεται σε ντεσιμπέλ. Η τιμή του επί πλέον σήματος βασίζεται και αυτή στις πιθανότητες. Όταν το επί πλέον σήμα είναι μηδέν, η πιθανότητα ανίχνευσης στόχου θεωρείται ότι είναι περίπου 50%.
 

Εξίσωση SONAR Σχήμα 50
Για τον υπολογισμό των πιθανοτήτων εντοπισμού και των αποστάσεων εντοπισμού μιας «ηχούς» έχουν καθοριστεί διάφορες μαθηματικές εξισώσεις. Η εξίσωση για όλες τις συσκευές είναι παρόμοιες με μικρές μικροδιαφορές μεταξύ των, ανάλογα με το αν πρόκειται για ενεργητικό, παθητικό ή συστοιχία συσκευών και όλες οι τιμές των παραγόντων εκφράζονται σε ντεσιμπέλ (db).
 

Στο ενεργητικό SONAR η εξίσωση είναι: SL- 2TL +TS-NL+DI=DT (κατώφλι απόφασης) Αν το αριστερό μέρος της εξισώσεως είναι μεγαλύτερο από το κατώφλι, τότε ο στόχος ανιχνεύεται.
 

Οι παράμετροι των εξισώσεων αυτών που σκιαγραφήσαμε μπορούν να ομαδοποιηθούν ανάλογα με το αν καθορίζονται από τη συσκευή, το μέσο διάδοσης ή τον στόχο (βυθό ή αντικείμενο που μπορεί να είναι από ψάρι μέχρι υποβρύχιο). Σχήμα 51
Α. παράμετροι εξαρτώμενοι από συσκευή μας:
(1) Επίπεδο πηγής (Source Level - SL). Η τιμή αυτή μας δείχνει το πόσο δυνατή είναι η πηγή του ήχου δηλαδή η ισχύς του σήματος που εκπέμπεται από τον προβολέα και εκφράζεται σε ντεσιμπέλ. Η ισχύς αυτή μετριέται σε απόσταση ενός μέτρου από τον προβολέα και στο ίδιο βάθος με αυτόν ενώ τo μέγεθος της τιμής της (το επίπεδο), εξαρτάται από τη συσκευή, τη συντήρηση της και από την επιλογή του τρόπου λειτουργίας ερεύνης.
(2) Όριο Ανίχνευσης (Detection Threshold - DT), Είναι το μέγεθος του σήματος επιστροφής που απαιτείται ώστε ένας χειριστής της συσκευής ή ένα πρόγραμμα, να μπορέσει να ανιχνεύσει ένα στόχο με πιθανότητα 50%. Μερικές φορές αναφέρεται και σαν Recognition Differential (RD) που είναι το επί πλέον σήμα Signal Excess (SE),
(3) Επίπεδο Θορύβου σκάφους μας (Self Noise Level - NLs). Περιλαμβάνει το θερμικό θόρυβο του οποίου το επίπεδο είναι αμελητέο και όλους τους θορύβους που προέρχονται ή δημιουργούνται από το πλοίο μας.
(4) Δείκτης Κατευθυντικότητας (Directivity Index -DI) (Σχήμα 52) που είναι η διακριβωτική ικανότητα του δέκτη μας. Στις συσκευές ρυμουλκούμενων συστοιχιών, όπου πομπός και δέκτης είναι ξεχωριστά, υπολογίζεται διαφορετικά και αναφέρεται σαν Array Gain (AG). Ο δείκτης αυτός μας δίνει την ικανότητα του συστήματος SONAR να κατευθύνει «τα υδρόφωνα» του ώστε να λαμβάνει το σήμα απο μια κατεύθυνση για να ξεχωρίσει καλύτερα μια ηχώ από τους ανεπιθύμητους θορύβους που έρχονται από γύρω-γύρω (περιφερειακά). Προσδιορίζεται στη κλίμακα decibel ως DI= 10 log(Intensity of the acoustic beam / Intensity of an omni-directional source). Είναι δηλαδή ο λόγος της συνολικής ενέργειας που εκπέμπεται ή λαμβάνεται από έναν μορφοτροπέα προς την ενέργεια που θα εκπεμπόταν-λαμβανόταν αν ο μετατροπέας εξέπεμπε-ελάμβανε από όλες τις κατευθύνσεις. Τα συστήματα στενής κάλυψης έχουν υψηλό δείκτη κατευθυντικότητας, ενώ τα συστήματα ευρείας κάλυψης χαμηλό. Καλύτερη διακριβωτική ικανότητα έχουμε αν το σήμα λαμβάνεται από τον «ακουστικό» άξονα ενώ όσο απομακρυνόμαστε από αυτόν χειροτερεύει.
Β. παράμετροι μέσου: Σχήμα 53
(1) Απώλεια Μετάδοσης (Transmission Loss -TL), Είναι το ποσό που μειώνεται η ισχύς του εκπεμπόμενου σήματος λόγω της απώλειας εξάπλωσης και της εξασθένησης (απορρόφηση + διασκόρπιση). Μερικές φορές αναφέρεται και σαν απώλεια διάδοσης, propagation loss) (PL)
(2) Θόρυβοι του περιβάλλοντος χώρου (Ambient Noise- NLA ). Αυτοί προέρχονται από τη θάλασσα και τους ζώντες οργανισμούς σε αυτή, από την θαλάσσια κίνηση, απο τον βιομηχανικό θόρυβο στη περιοχή και από τον καιρό (άνεμο - κύμα).
(3) Στάθμη αντήχησης (Reverberation Level -RL). Είναι η συνισταμένη όλων των επιστροφών ήχου όπως αυτών που διασκορπίζεται από τη θαλάσσια ζωή, την άψυχη ύλη που είναι διανεμημένη στην θάλασσα, την ανομοιογενή δομή του νερού και τις αντανακλάσεις από την επιφάνεια της θάλασσας και το βυθό της περιοχής.
Γ. Παράμετροι-στόχου:
(1) Ισχύς στόχου (Target Strength -TS). Είναι η ένταση του σήματος της «ηχούς» που ανακλάται από τον στόχο. Μετριέται σε dB σε απόσταση 1μ από τον στόχο.
2) Ισχύς σήματος στόχου (Target source level) Είναι η ισχύς του σήματος που εκπέμπεται από το στόχο και ισχύει για τα παθητικά SONAR
Σημείωση: Η συνολική στάθμη θορύβου (Noise Level -NL) Είναι το άθροισμα των θορύβων που προέρχονται από το σκάφος μας και των θορύβων που υπάρχουν στη περιοχή μας.
 

Η διαδικασία εντοπισμού σε σχέση με την εξίσωση SONAR Σχήμα 54
Ο ήχος (SL σε dB) καθώς ταξιδεύει προς τον στόχο εξασθενεί λόγω της εξάπλωσης και της απορρόφησης (απώλεια μετάδοσης TL σε dB) και η ένταση του ήχου που θα φτάσει στο στόχο είναι τότε (SL-TL) σε ντεσιμπέλ.
 

Από το σήμα αυτό μόνο ένα μέρος του ήχου που κτυπά τον στόχο (είτε πρόκειται για ψάρια, ή το βυθό, ή ένα υποβρύχιο) όπου αντανακλάται για να επιστρέψει πίσω προς τη πηγή. Η ένταση τώρα της «ηχούς» στο ένα μέτρο από το στόχο σε σχέση με την ένταση του ήχου που χτύπησε το στόχο είναι η Ισχύς στόχου (TS σε dB). Έχουμε λοιπόν: Ένταση ηχούς (Echo intensity) =(SL–TL)+TS (όλες οι τιμές σε db)
Καθώς τώρα το ανακλώμενο σήμα επιστρέφει στο σύστημα sonar, η ένταση του σήματος μειώνεται ξανά από την απώλεια μετάδοσης transmission loss-TL και η ένταση του επιστρεφόμενου σήματος ή ηχούς είναι: Ισχύς Σήματος Επιστροφής (Returned signal intensity)=(SL–TL)+TS–TL, η οποία απλοποιείται σε:
Returned signal intensity= SL-2TL+TS =
Εάν το επίπεδο θορύβου στον θέση του δέκτη είναι NL ντεσιμπέλ τότε η ισχύς του πρέπει να αφαιρεθεί και τότε θα έχουμε τη τιμή της σχέσης σήμα προς θόρυβο:
SNR (db)=SL–2TL+TS–NL
 

Το ποσό με το οποίο το SNR υπερβαίνει το όριο ανίχνευσης (DT), για να εντοπιστεί, δηλαδή η υπέρβαση σήματος (SE), είναι: SE (db)=SNR-DT=(SL-2TL+TS-NL)-DT
Το σήμα του «στόχου» (εάν υπάρχει) μαζί με τον θόρυβο περνάνε από διάφορες επεξεργασίες σήματος και στη συνέχεια μεταφέρεται σε κάποιο κύκλωμα «λήψεως απόφασης» που συγκρίνει το σήμα και αποφασίζει αν είναι απλά κάποιος θόρυβος ή αν είναι ένα αξιόπιστο σήμα από κάποιο αντικείμενο.
 

Αν το επί πλέον σήμα (SE) είναι μεγαλύτερο από 0 dB, τότε αποφασίζεται ότι υπάρχει στόχος. Αν το SE είναι αρνητικό τότε αποφασίζεται πως δεν υπάρχει στόχος. Αυτό το σύστημα λήψης απόφασης μπορεί να είναι ή χειριστής με ακουστικά ή στις σύγχρονες εντοπιστικές συσκευές, ένα άλλο τμήμα με προηγμένο λογισμικό που στέλνει το σήμα για εμφάνιση στην οθόνη.
 

Εάν το όριο ανίχνευσης έχει τεθεί να είναι υψηλό τότε μόνο οι ισχυροί στόχοι θα υπερβούν το όριο και θα ανιχνευθούν. Δεν θα έχουμε τότε πολλές ψευδοεπαφές. Σε αντίθετη περίπτωση, αν το όριο έχει τεθεί να είναι χαμηλό, θα εντοπιστούν και οι ασθενέστεροι στόχοι, θα έχουμε δηλ. την εμφάνιση πολλών επαφών αλλά και πολλών ψευδοεπαφών και θα μπουκώνει το σύστημα.
 

Επί πλέον επεξεργασία σήματος μπορεί να γίνει ανάλογα με το είδος της συσκευής και τη λειτουργία που προορίζεται να κάνει όπως για τον χαρακτηρισμό του στόχου, την ακριβή του θέση και κίνηση καθώς και τον υπολογισμό της κίνησης του (κατεύθυνση – ταχύτητα).

 

 

ΙΧΘΥΟ-ΕΝΤΟΠΙΣΤΙΚΕΣ ΣΥΣΚΕΥΕΣ, ΤΡΟΠΟΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ Σχήμα 55
 

Οι ιχθυο-εντοπιστικές συσκευές (fishfinders) αποτελούνται από δύο κύρια μέρη, τη κεντρική μονάδα που περιέχει το πομποδέκτη, τον επεξεργαστή σήματος και την οθόνη και το μορφοτροπέα.
 

Όλες οι συσκευές εντοπισμού ψαριών είναι ενεργητικού τύπου sonar, εκπέμπουν ένα ηχητικό σήμα και περιμένουν να λάβουν τις επιστροφές του ήχου για να τις αναλύσουν ώστε μετά να τις εμφανίσουν στην οθόνη.
 

Οι λειτουργίες αυτές βασίζονται όλες στην εξίσωση SONAR που προαναφέραμε.
Η κεντρική μονάδα (πομπός) στέλνει στον μορφοτροπέα ένα ηλεκτρικό σήμα υψηλής τάσης (συνήθως 600 – 2.000 volts) και πολύ μικρής χρονικής διάρκειας (περίπου 100-200 microseconds) το οποίο μετατρέπεται σε παλμό (κίνηση) που δονεί τα μόρια του νερού παράγοντας τα ηχητικά κύματα.
 

Ο ηχητικός αυτός παλμός δημιουργείται ηλεκτρονικά στον μορφοτροπέα που περιέχει ένα ηλεκτροακουστικό μετατροπέα, μια γεννήτρια σημάτων, ένα κύκλωμα ενίσχυσης σήματος και ένα κύκλωμα σχηματισμού δέσμης που συγκεντρώνει την ακουστική ισχύ σε μια δέσμη για να την εκπέμψει.
Μια καλή εντοπιστική συσκευή χαρακτηρίζεται από τους παρακάτω παράγοντες: Σχήμα 56
• Εκπομπή μεγάλης ισχύος.
• Αποτελεσματικός μορφοτροπέας.
• Καλή οθόνη συσκευής (ανάλυση και αντίθεση)
• Ευαίσθητος δέκτης.
 

Ισχύς εκπομπής. Η μεγάλη ισχύς εκπομπής αυξάνει την πιθανότητα να λάβουμε μια επιστρέφουσα ηχώ, από βαθιά νερά ή μια περιοχή με κακές συνθήκες περιβάλλοντος. Μας επιτρέπει επίσης να δούμε τα ψάρια, το δόλωμα και τη δομή της περιοχής (βυθό κ.ο.κ) σε βαθιά νερά δηλ πάνω από 150 μέτρα. Για παράδειγμα μορφοτροπείς 1 κιλοβάτ έχουν καλύτερες επιδόσεις σε σχέση με αυτούς των 600 watt, αν είμαστε σε βαθιά νερά.
Ένας μορφοτροπέας δεν πρέπει μόνο να είναι σε θέση να αντέξει την υψηλή ισχύ της εκπομπής αλλά πρέπει επίσης να μετατρέπει την ηλεκτρική ενέργεια σε ηχητική με μικρή απώλεια ισχύος. Από την άλλη πλευρά πρέπει να είναι σε θέση να εντοπίσει και τις πιο μικρές ηχώ που επιστρέφουν από βαθιά νερά ή από μικρά ψάρια.
 

Οι περισσότεροι μορφοτροπείς ερασιτεχνικών συσκευών εντοπισμού ψαριών σήμερα έχουν ισχύ εκπομπής 250 – 600 ή και 1000 Watts R.M S
 

Αποτελεσματικός Μορφοτροπέας. Ο μορφοτροπέας, κατά άλλους μετατροπέας ή μεταλλάκτης επειδή αλλάζει τη μορφή του σήματος, ή προβολέας, ή αισθητήριο ή μάτι, είναι τα «μάτια» και τα «αυτιά» της ηχοεντοπιστικής μας συσκευής και εκτελεί τα πιο δύσκολα έργα. Μετατρέπει ένα ηλεκτρικό σήμα που έρχεται από τον «πομπό» σε ηχητικό κύμα και το αντίστροφο. Όταν το ηχητικό κύμα εκπεμφθεί από τον μετατροπέα, ταξιδεύει μέσα στο νερό και ανακλάται από οποιοδήποτε αντικείμενο βρεθεί στον κώνο εκπομπής για να γυρίσει πίσω. Όταν η ηχώ επιστρέψει στον μορφοτροπέα, αυτός την μετατρέπει σε ηλεκτρική ενέργεια (ρεύμα) που διοχετεύεται στο δέκτη της κεντρικής μονάδας sonar για επεξεργασία και εμφάνιση.
 

Για να αποδώσει ικανοποιητικά η εντοπιστική μας συσκευή, ο μορφοτροπέας πρέπει να μπορεί να συνεργαστεί σωστά με τη κεντρική μονάδα (συχνότητες, γωνίες κάλυψης κ.α), να μην έχει μεγάλες απώλειες, να επηρεάζεται λιγότερο από το τους θορύβους (συσκευής και περιβάλλοντος) και να είναι συμβατός τόσο με τη συχνότητα του σήματος όσο και με την ισχύ.
 

Μια μονάδα sonar 200 kHz απαιτεί μορφοτροπέα 200 kHz. Δεν μπορεί να χρησιμοποιήσει μετατροπέα 50 kHz ή ακόμα και μετατροπέα 200 kHz σε μονάδα sonar που είναι σχεδιασμένη για 192 kHz!
 

Επίσης ο μορφοτροπέας πρέπει να είναι σε θέση να αντέχει τους υψηλής ισχύος παλμούς από τον πομπό και να μετατρέπει όσο το δυνατόν μεγαλύτερο μέρος του παλμού σε ηχητική ενέργεια. Ταυτόχρονα, πρέπει να είναι και αρκετά ευαίσθητος ώστε να συλλαμβάνει και τις ασθενέστερες των ηχώ. Όλα αυτά πρέπει να γίνονται στη σωστή συχνότητα και να απορρίπτουν τις ηχώ που υπάρχουν από άλλες συχνότητες.
 

Οθόνη συσκευής Σχήμα 57
Η οθόνη είναι το σημαντικότερο υποσύστημα κάθε ηλεκτρονικής συσκευής που μας δείχνει εικόνα. Μια φτωχή σε ποιότητα οθόνη μπορεί να προκαλέσει από απλή κόπωση και πόνο στα μάτια μέχρι πονοκεφάλους και εκνευρισμούς.
 

Οι περισσότερες συσκευές που κυκλοφορούν σήμερα είναι έγχρωμες και έχουν σαφώς περισσότερα πλεονεκτήματα σε σχέση με τις παλιές ασπρόμαυρες οθόνες, αφού οι λεπτομέρειες που δείχνουν είναι πολύ πιο ξεκάθαρες και πιο καθαρές. Επίσης οι περισσότερες είναι τεχνολογίας TFT που δεν επηρεάζονται από το φως του ήλιου.
Μια καλή οθόνη της συσκευής μας πρέπει να έχει το σωστό μέγεθος για την όραση μας, το σωστό φωτισμό ανάλογα με το αν τη χρησιμοποιούμε μέρα ή νύχτα, μέσα ή έξω και φυσικά να εμφανίζει μια καλής ποιότητας και ευκρινή εικόνα.
 

Βεβαίως τόσο το «μέγεθος» όσο και «ποιότητα» έχουν το κόστος τους.
 

Με τον όρο μέγεθος οθόνης εννοούμε το μήκος της διαγώνιας νοητής γραμμής που ενώνει τις δύο απέναντι γωνίες της οθόνης. Μεγαλύτερες οθόνες μας διευκολύνουν σαφώς στον εντοπισμό και στην ερμηνεία των εικόνων που δείχνουν. Έτσι, κατά την άποψη μου μια οθόνη 3,5 είναι μικρή ενώ μια οθόνη 7 ιντσών θεωρώ πως είναι η καλύτερη και σχετικά οικονομική επιλογή. Γενικά όσο μεγαλύτερη είναι η οθόνη τόσο και πιο καλή και πιο ακριβή είναι.
 

Εκτός όμως από το χρώμα και το μέγεθος, εξίσου αν όχι περισσότερο σημαντικό ρόλο έχει και η αναλογία της οθόνης. Έτσι αφού επιλέξουμε το κατάλληλο για μας μέγεθος οθόνης, πρέπει να αποφασίσουμε τι ανάλυση θα θέλαμε να έχει η συσκευή μας. Η ανάλυση είναι σημαντική γιατί έχει άμεσο αντίκτυπο στην ποιότητα της εικόνας, στο κόστος της συσκευής και αφορά τον αριθμό των εικονοστοιχείων (pixels) που αποτελούν την οθόνη, οριζοντίως και καθέτως. Για παράδειγμα μια οθόνη που έχει 640 κάθετες στήλες και 480 οριζόντιες γραμμές από εικονοστοιχεία, λέμε ότι έχει ανάλυση 640x480. Η έννοια αυτή του εικονοστοιχείου είναι πολύ βασική, τόσο στις τεχνολογίες οθόνης, όσο και στην επεξεργασία εικόνας και προέρχεται από τις λέξεις «picture element», που μεταφράζεται σε «στοιχείο εικόνας». Στην ουσία, το pixel είναι το μικρότερο μέγεθος πληροφορίας που μπορεί να αναπαράγει μια οθόνη.
 

 

Ειδικά για τις συσκευές εντοπισμού ψαριών (fishfinders), όσο περισσότερα εικονοστοιχεία έχουμε κατακόρυφα, τόσο περισσότερες λεπτομέρειες θα βλέπουμε και καλύτερη θα είναι η διάκριση μεταξύ του βυθού, της δομής της περιοχής και των ψαριών. Αν για παράδειγμα έχουμε μια συσκευή με 640 pixels και είμαστε σε περιοχή βάθους 60 μέτρων τότε το κάθε pixel θα αντιπροσωπεύει περίπου 9,3 εκατοστά που σημαίνει ότι θα διακρίνουμε εύκολα ψάρια που απέχουν πάνω από 9,3 εκατοστά από το βυθό. Αν είμαστε σε περιοχή βάθους 120 μέτρων τότε θα βλέπουμε ευκρινώς ψάρια που απέχουν πάνω από 18 εκατοστά από το βυθό.
Όσο τώρα αφορά τον αριθμό των οριζόντιων pixels, αυτά μας δείχνουν πόση «ιστορία» θα εμφανίζεται στην οθόνη μας. Αυτό γιατί η εικόνα προς αριστερά είναι το παρελθόν, το τι πέρασε κάτω μας, ενώ η άκρη δεξιά της οθόνης είναι το τι ακριβώς είναι κάτω μας. Αν λοιπόν ψαρεύουμε συχνά σε περιοχή με βαθιά νερά τότε θα θέλουμε να έχουμε μια συσκευή με μεγάλο αριθμό pixels στο κατακόρυφο. Η χαμηλότερη συνιστώμενη ανάλυση οθόνης είναι 240 x 160, ενώ οι περισσότερες «οικονομικές» συσκευές χρησιμοποιούν ανάλυση 480 x 272. Βεβαίως, όση υψηλότερη είναι η ανάλυση, τόσο καλύτερη είναι η παρουσιαζόμενη εικόνα.
 

Μπορεί οι υψηλές αναλύσεις να ακούγονται εντυπωσιακές, αλλά δεν αποτελούν από μόνες τους σημείο σύγκρισης. Για να συγκρίνουμε την ποιότητα εικόνας μεταξύ οθονών διαφορετικών μεγεθών, πρέπει να ελέγξουμε το ppi. Το ppi (pixel per inch), είναι μία μονάδα που δείχνει τη σχέση μεταξύ μεγέθους οθόνης και αριθμό pixel. Με πιο απλά λόγια, μας δείχνει πόσα pixel υπάρχουν σε μια ίντσα της οθόνης. Όσο μεγαλύτερος είναι τόσο καλύτερη είναι η ποιότητα και η λεπτομέρεια της εικόνας.
 

Η αντίθεση, ή πιο σωστά ο λόγος αντίθεσης, είναι ένα μέγεθος που μας δείχνει πόσες φορές φωτεινότερο είναι το πιο έντονο λευκό από το πιο σκούρο μαύρο της οθόνης, ή πόσο πιο φωτεινή είναι η φωτεινότερη εικόνα που μπορεί να προβληθεί από την εικόνα της ελάχιστης φωτεινότητας που μπορεί να επιτύχει το σύστημά μας. Για παράδειγμα, σε μια οθόνη με λόγο αντίθεσης 1000:1 μας λεει ότι το λευκό είναι χίλιες φορές πιο φωτεινό από το μαύρο. Αυτό είναι σημαντικό ιδιαίτερα σε σκοτεινές εικόνες για να φαίνονται οι λεπτομέρειες και να μην χάνονται τα πάντα μέσα στη μαυρίλα. Όσο μεγαλύτερος είναι ο λόγος αντίθεσης, τόσο μεγαλύτερη λεπτομέρεια και αν η οθόνη είναι έγχρωμη τόσο πιο ζωντανά είναι τα χρώματα της. Η μέση τιμή του λόγου αντίθεσης στων οθονών κυμαίνεται περίπου στο 1000:1.
 

Άλλα χρήσιμα χαρακτηριστικά περιλαμβάνουν το ζουμ, το πάγωμα της εικόνας του βυθού και τη ταχύτητα μετατόπισης της εικόνας. Μεγεθύνοντας ένα τμήμα της στήλης του νερού και εμφανίζοντας το στην οθόνη μας επιτρέπει να παρατηρήσουμε προσεκτικά περισσότερες λεπτομέρειες και συνεπώς μας βοηθά να διακρίνουμε ευκολότερα τα ψάρια.
 

Ευαίσθητος δέκτης
Η ευαισθησία του δέκτη είναι η ικανότητα της συσκευής στο να ακούει και να διαχωρίζει για να εμφανίσει στην οθόνη, όλες τις εντοπισθείσες από τον μορφοτροπέα, επιστροφές του ήχου που εκπέμψαμε και που ανακλάστηκαν από ένα στόχο.
Οι σύγχρονες συσκευές σχεδιάζονται πλέον ώστε να έχουν μέτρια ισχύ εξόδου και πολύ υψηλή ευαισθησία δέκτη.
 

Είναι γεγονός πως η ευκρίνεια και η διακριβωτική ικανότητα του δέκτη, δηλ η δυνατότητα να διαχωρίζει τον ένα στόχο από ένα άλλο κοντινό, ή ένα στόχο από τον βυθό, είναι πρωταρχικής σημασίας. Αυτά, όπως αναφέραμε πριν στη θεωρία του ήχου, είναι συνάρτηση του μήκους κύματος, του εύρους του εκπεμπόμενου παλμού, της διάρκειας εκπομπής και της συχνότητας.
 

Όσο πιο σύντομος είναι ο παλμός τόσο πιο κοντά ευρισκόμενους στόχους μπορεί να ξεχωρίσει η συσκευή.
 

Όσο πιο βαθιά πάει η δέσμη τόσο πιο μεγάλος(μακρύς) είναι ο παλμός και συνεπώς χειρότερη η διακριβωτική ικανότητα.
 

Για τους λόγους αυτούς δεν θα πρέπει ποτέ να αγοράζουμε μια συσκευή βασιζόμενοι αποκλειστικά στις προδιαγραφές της ισχύος εξόδου. Πρέπει πάντα να συγκρίνουμε όλες τις προδιαγραφές και να αναζητήσουμε συσκευές που ανταποκρίνονται στις αλιευτικές μας επιθυμίες.
 

 

ΜΟΡΦΟΤΡΟΠΕΑΣ
 

Περιγραφή Σχήμα58 Το ενεργό στοιχείο του μορφοτροπέα αποτελείται από τεχνητούς κρυστάλλους (πιεζοηλεκτρικά στοιχεία) που για να γίνει αυτά αναμιγνύονται με τα απαραίτητα χημικά συστατικά και στη συνέχεια χύνονται σε καλούπια. Τα καλούπια τοποθετούνται μετά σε ένα φούρνο που ψήνει τις χημικές ουσίες και σκληραίνει τους κρυστάλλους. Μόλις κρυώσουν, εφαρμόζεται μια αγώγιμη επικάλυψη και στις δύο πλευρές του κρυστάλλου και συγκολλούνται τα καλώδια που θα επιτρέψουν στους κρυστάλλους να συνδεθούν με τα καλώδια του μετατροπέα.
 

Το σχήμα του κρυστάλλου καθορίζει τόσο τη συχνότητα όσο και τη γωνία εκπομπής της ηχητικής δέσμης. Για τους στρογγυλού σχήματος κρυστάλλους (χρησιμοποιούνται από τις περισσότερες συσκευές), το πάχος καθορίζει τη συχνότητά λειτουργίας του και η διάμετρος του τη γωνία εκπομπής. Όσο μεγαλύτερη είναι η διάμετρος του κρυστάλλου, τόσο μικρότερη είναι η γωνία του κώνου εκπομπής και όσο μικρότερο είναι το πάχος του στοιχείου τόσο μεγαλύτερη είναι η συχνότητα λειτουργίας.
 

Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο στην ίδια συχνότητα, 192 kHz, ένας αισθητήρας με κώνο 20 μοιρών είναι πολύ μικρότερος, είναι μόλις 2,5 εκατοστά, από ένα με γωνία κώνου 8 μοιρών που είναι περίπου 5 εκατοστά. Επίσης ένα στοιχείο 200 kHz έχει πάχος περίπου 12mm, ενώ ένα στοιχείο 455 kHz έχει πάχος περίπου 6mm.
 

Εκπεμπόμενη ηχητική δέσμη Σχήμα 59
Ο μορφοτροπέας δημιουργεί μέσω ενός ειδικού κυκλώματος ένα ισχυρό ηχητικό παλμό, συχνά τον ονομάζουμε "ping, του οποίου η ισχύς (SL σε dB) είναι ανάλογη των δυνατοτήτων της κάθε συσκευής.
 

Ο δημιουργηθείς παλμός συγκεντρώνεται και περιορίζεται μέσα σε μια δέσμη που μετακινείται κατά τέτοιο τρόπο, ώστε να σχηματιστεί η επιθυμητή γωνία έρευνας.
Το ηχητικό κύμα που δημιουργείται από αυτόν τον παλμό και είναι περιορισμένο στην επιθυμητή γωνία, έχει συγκεκριμένη ισχύ και ταξιδεύει στο νερό σαν να είναι εγκλωβισμένο μέσα σε ένα κώνο, μέχρις ότου φτάσει στο βυθό, ανακλαστεί σε αυτόν και επιστρέψει πίσω στον μορφοτροπέα μας. Φυσικά, όποτε η ηχητική αυτή δέσμη συναντήσει ενδιάμεσα της διαδρομής της ψάρια, θερμοκλινή στρώματα ή άλλα αντικείμενα, ένα μέρος της θα ανακλαστεί σε αυτά και θα επιστρέψει πίσω στον μορφοτροπέα. Στη συνέχεια, οι επιστροφές αυτές του ήχου, ακολουθώντας την αντίστροφη σειρά, θα μετατραπούν πάλι σε ρεύμα που θα οδηγηθεί για επεξεργασία από τα ειδικά κυκλώματα στο δέκτη. Εκεί, ο μικροεπεξεργαστής της κεντρικής μονάδας θα αναλάβει τη μέτρηση της χρονικής διαφοράς μεταξύ της εκπομπής και λήψης του ηλεκτρικού σήματος, θα υπολογίσει την απόσταση που διάνυσε το σήμα και θα εμφανίσει την αντιστοιχούσα ένδειξη βάθους στην οθόνη. Για παράδειγμα, εάν μια επιστροφή «ηχώ» από ένα κοπάδι ψαριών ληφθεί ένα δευτερόλεπτο μετά τη εκπομπή, μπορεί να θεωρηθεί ότι τα ψάρια βρίσκονται σε βάθος περίπου 750 μέτρων κάτω από το σκάφος (απόσταση να πάει και απόσταση να επιστρέψει). Το ίδιο γίνεται και για τις ενδιάμεσες επιστροφές του ήχου από τις επιφάνειες στις οποίες ανακλάστηκε και που εμφανίζονται στις αντίστοιχες θέσεις στην οθόνη.
Οι παράγοντες που προσδιορίζουν και πρέπει να ληφθούν υπ’ όψη στην επιλογή ενός «σωστού» μορφοτροπέα είναι το υλικό κατασκευής του, η θέση τοποθέτησης, τα στοιχεία για εμφάνιση στην οθόνη, η ισχύς εκπομπής, η συχνότητα, η σύνθετη αντίσταση και η γωνία κώνου εκπομπής.
Α. Υλικό κατασκευής. Κατ αρχάς πρέπει να καθοριστεί από τι υλικό θα πρέπει να είναι φτιαγμένος. Το πλαστικό περίβλημα συνιστάται για μεταλλικά ή σε από fiberglass σκάφη. Το ανοξείδωτου χάλυβα περίβλημα, συνιστάται για τα σιδερένια ή τα αλουμινένια σκάφη και το χάλκινο περίβλημα συνιστάται σε ξύλινα ή από fiberglas σκάφη.
Για τα ξύλινα σκάφη είναι προτιμότερος ο χάλκινος μορφοτροπέας γιατί οι συστολές και οι διαστολές του ξύλου μπορεί να σπάσουν το πλαστικό και να έχουμε διαρροή.
Η τοποθέτηση ενός ανοξείδωτου περιβλήματος σε μεταλλική γάστρα απαιτεί τη τοποθέτηση μιας ειδικής μονωτικής φλάντζας.
 

Τέλος μεταλλικός μορφοτροπέας δεν θα πρέπει να εγκατασταθεί ποτέ σε ένα σκάφος με θετικό σύστημα γείωσης.
Β. Θέση τοποθέτησης. Σχήμα 60 Ο τρόπος και η σωστή τοποθέτηση του μορφοτροπέα στο σκάφος είναι σημαντικοί παράγοντες για την καλή απόδοση της συσκευής.
Ο μορφοτροπέας όπως θα έχετε καταλάβει επηρεάζεται δυσμενώς από την ύπαρξη «θορύβου» κοντά του και η απόδοση του μειώνεται σημαντικά αν έχουμε μια θορυβώδη προπέλα. Έτσι για να έχουμε καλύτερα αποτελέσματα, ο μετατροπέας θα πρέπει να τοποθετηθεί εκεί που υπάρχει μια ομαλή, μια μη διαταραγμένη, ροή νερού ώστε αυτό να περνά ομαλά κατά μήκος του μορφοτροπέα σε όλες τις ταχύτητες του σκάφους.
Για τη μείωση της επίδρασης του θορύβου, σε αρκετά σκάφη τοποθετείται ένα μικρό παραπέτασμα μεταξύ προπέλας και ματιού, κάτι σαν ένα μικρό ανάχωμα, που θα διαχωρίζει οπτικά την προπέλα από τον μορφοτροπέα. Επίσης η βάση στήριξης θα πρέπει να έχει απαλές υδροδυναμικές γραμμές για να μην δημιουργούνται φυσαλίδες από τη δίνη του νερού. Αυτές είναι οι βασικές λεπτομέρειες που πρέπει να λάβουμε σοβαρά υπόψη στην τοποθέτηση γιατί ο μετατροπέας υποφέρει πρωτίστως από το θόρυβο της προπέλας που συλλαμβάνεται και μπαίνει στο ηχόγραμμα σαν μια μόνιμη γραμμοσκίαση.
Αν αυτός είναι τοποθετημένος στη γάστρα ή μπροστά στη πλώρη, τότε επηρεάζεται πιο πολύ επειδή τα κύματα που σκανε στη μάσκα και στη βάση στήριξης του, δημιουργούν μια περιοχή στροβιλισμού με φυσαλίδες που με την κίνηση του σκάφους απλώνεται και δημιουργεί ένα στρώμα κάτω από τα ύφαλα.
Γ. Στοιχεία για εμφάνιση στην οθόνη Σχήμα 61.
Κατά την επιλογή ενός μορφοτροπέα, πρέπει να βεβαιωθούμε πως αυτός διαθέτει τα χαρακτηριστικά που θέλουμε να εμφανίζονται στην οθόνη της συσκευής μας όπως θερμοκρασία και η ταχύτητα (αν δεν είναι σε συσκευή συνδυασμένη με GPS).
Δ. Ισχύς εκπομπής μετατροπέα Σχήμα 62.
Η ονομαστική ισχύς (Ρεύμα x Τάση) αναφέρεται στην ισχύ με την οποία ο μορφοτροπέας στέλνει τον ηχητικό παλμό (το "ping"), εκφρασμένο σε watts RMS και καθορίζει το πόσο μακριά μπορούν να μεταδοθούν τα ηχητικά κύματα στη θάλασσα. Υψηλότερη ισχύς σημαίνει ότι τα ηχητικά κύματα θα πάνε βαθύτερα και θα καλύψουν επίσης περισσότερο χώρο ανεξάρτητα από τη γωνία του κώνου. Η διακριβωτική ικανότητα ή ο διαχωρισμός των στόχων δεν επηρεάζονται. Όμως η υψηλότερη ισχύς αυξάνει τις πιθανότητές να λάβουμε μια «ηχώ» από βαθιά νερά ή σε κακές συνθήκες θαλάσσης και επίσης μας επιτρέπει να δούμε περισσότερες λεπτομέρειες, όπως ψάρια, δολώματα και δομή περιοχής.
 

Γενικά, όσο περισσότερη ισχύ έχουμε, τόσο πιο βαθιά μπορούμε να φτάσουμε και τόσο πιο εύκολο είναι να διαχωρίσουμε τις ηχώ που επιστρέφουν από όλους τους θορύβους που ανιχνεύει ο μορφοτροπέας και να πούμε αν είναι από ψάρι ή από το βυθό ή απο άλλο αντικείμενο.
 

Οι μετατροπείς υψηλότερης ισχύος χρειάζονται καλύτερες συσκευές (hardware και software) για να διαχειριστούν την υψηλότερης ισχύος ενέργεια όπως και περισσότερα και μεγαλύτερα κεραμικά στοιχεία, που σημαίνει μεγαλύτερο περίβλημα. Για το λόγο αυτό είναι και πιο ακριβοί.
 

Οι μεγάλης ισχύος μετατροπείς επειδή είναι πολύ μεγαλύτεροι σε μέγεθος από τους μικρότερης ισχύος θα πρέπει να μπουν και σε ανάλογου μεγέθους σκάφους. Επίσης και οι απαιτήσεις σε ρεύμα θα είναι μεγαλύτερες αφού θα αντλούν περισσότερο ρεύμα και θα εξαντλούν την μπαταρία γρηγορότερα.
 

Ταιριάζοντας την έξοδο ήχου και την ισχύ μετατροπέα.
Οι περισσότερες ηχοεντοπιστικές συσκευές που υπάρχουν σήμερα είναι διαμορφωμένες έτσι ώστε να μπορούν να ταιριάζουν την ισχύ του σήματος της κυρίας μονάδας με τις απαιτήσεις ισχύος του μορφοτροπέα αυτόματα.
 

Ο μορφοτροπέας σε γενικές γραμμές αναμένει ότι η κεντρική μονάδα της συσκευής θα του παρέχει σήμα με τις απαιτήσεις ισχύος που υπαγορεύονται από τον κατασκευαστή. Αν μια κεντρική μονάδα (ο πομπός) στέλνει σήμα μεγαλύτερης ισχύος από αυτό που μπορεί να χειριστεί ο μορφοτροπέας τότε ο μετατροπέας θα υποστεί βλάβη σε κάποιο σημείο κάποια στιγμή. Αντιθέτως αν η μονάδα στέλνει μικρότερο σήμα από αυτό που χρειάζεται ο μορφοτροπέας, τότε είτε θα υποβαθμιστεί η απόδοση του είτε ο μορφοτροπέας δεν θα λειτουργεί.
 

Για να διευκολυνθεί η αντιστοίχηση των απαιτήσεων ισχύος της κεντρικής μονάδας (πομπός) και του μορφοτροπέα, έχει αναπτυχθεί ένα πρωτόκολλο, στο οποίο οι κεντρικές μονάδες (πομποί) μπορούν να αναζητήσουν και να επιλέξουν τον κατάλληλο μορφοτροπέα αυτόματα. Σε περίπτωση που η κύρια μονάδα (πομπός) δεν αναγνωρίσει αυτόματα ή δεν υποστηρίζει τον τύπο του μορφοτροπέα μας, τότε η ρύθμιση ισχύος του σήματος θα πρέπει να γίνει χειροκίνητα. Με βάση λοιπόν την επιλογή του αναγνωριστικού αριθμού του μετατροπέα, προσδιορίζονται οι απαραίτητες ρυθμίσεις με αποτέλεσμα να υπάρχει η σωστή ισχύς σήματος εξόδου από τη κεντρική μονάδα προς τον μορφοτροπέα.
 

Σε περίπτωση που συνδέσουμε ένα παλαιό μορφοτροπέα 1000 Watt σε μια νέα κύρια μονάδα που δεν τον αναγνωρίζει ή δεν τον βρίσκουμε να τον επιλέξουμε με τον αναγνωριστικό του αριθμό, τότε το ηχητικό σήμα στις περισσότερες συσκευές θα επανέλθει στα 600 watts. Από την άποψη της απόδοσης, ο χειριστής θα βλέπει και θα διακρίνει στόχους που θα είναι όμως εντός της εμβέλειας του μορφοτροπέα των 600 watt. Η κύρια διαφορά είναι μόνο στην απόσταση εντοπισμού (βάθος) που αντί να λειτουργεί στα 600 μέτρα θα λειτουργεί και θα εντοπίζει στόχους στα 300 μέτρα με την ποιότητα ανάλυσης και διακρίβωσης των 600μ. Στη περίπτωση αυτή, δηλαδή χρήση μορφοτροπέα 1KW σε σήμα κεντρικής μονάδας 600 watt, δεν θα υπάρχουν προβλήματα απόδοσης παρά μόνο μείωση του βάθους ερεύνης,
 

Ε. Συχνότητα λειτουργίας. Σχήμα 63
Οι συχνότητες που χρησιμοποιούνται στις συσκευές εντοπισμού ψαριών κυμαίνονται από 15 kHz έως 800 kHz. Ωστόσο, η πλειονότητα των συμβατικών συσκευών που προορίζονται για ερασιτεχνική αλιεία χρησιμοποιούν δύο βασικές συχνότητες, τη συχνότητα των 50 kHz και των 200 kHz.
Κατά την επιλογή ενός μορφοτροπέα, είναι απαραίτητο να βεβαιωθούμε πως αυτός μπορεί να δημιουργήσει ηχητικά κύματα στις συχνότητες που η κεντρική μονάδα επεξεργάζεται. Με λίγα λόγια, η συχνότητα του μετατροπέα πρέπει να ταιριάζει απόλυτα με τη συχνότητα της κύριας μονάδας. Δεν μπορούμε δηλαδή να χρησιμοποιήσουμε ένα μετατροπέα 50 kHz ή ακόμα και 200 kHz σε μια ηχοεντοπιστική συσκευή σχεδιασμένη για 192 kHz.
 

Επίσης μια συσκευή με δυνατότητα σάρωσης μιας περιοχής συχνοτήτων (CHIRP) για να λειτουργήσει σωστά απαιτεί ένα μορφοτροπέα σχεδιασμένο να μεταδίδει κύματα σε όλες τις συχνότητες του καλυπτόμενου φάσματος. Το ίδιο ισχύει και για τις συσκευές με δυνατότητες πλευρικής ή προς τα κάτω εκπομπής δέσμης υψηλής συχνότητας (SI-DI).
Στ. Αντιστοίχηση αντιστάσεων εξόδου ηχητικού σήματος με αυτή του μετατροπέα. Σχήμα 64. Η σύνθετη αντίσταση (Impedance) με απλά λόγια είναι το επίπεδο (ποσότητα) της ανθεκτικότητας της μονάδας του μορφοτροπέα στον ηλεκτρικό παλμό ή στο ρεύμα. Η σύνθετη αντίσταση ενός μορφοτροπέα είναι σημαντική όπως είναι στην ακουστική η σύνθετη αντίσταση ενός ηχείου με τον ενισχυτή. Τα εξαρτήματα πρέπει να ταιριάζουν για να έχουν τη μέγιστη απόδοση. Αν δεν ταιριάζουν αυτό θα έχει σαν αποτέλεσμα είτε την κακή απόδοση είτε στην χειρότερη περίπτωση τη βλάβη του ενός ή και των δύο εξαρτημάτων.
Όσο μεγαλύτερη είναι η σύνθετη αντίσταση, τόσο λιγότερο ρεύμα θα ρέει. Στην αντίθετη περίπτωση, η μονάδα με τη χαμηλότερη αντίσταση θα απαιτεί περισσότερη ροή ρεύματος. Γενικά, οι μορφοτροπείς με μεγαλύτερη ισχύ π.χ. 1.000 watts έχουν μικρότερη σύνθετη αντίσταση από ένα μικρότερης π.χ 600 watts. Αν λοιπόν ο πομπός της κεντρικής μονάδας είναι συνδεδεμένος με έναν μετατροπέα υψηλής ισχύος (μικρή σύνθετη αντίσταση) που δεν έχει σχεδιαστεί για να δίνει την ισχύ που απαιτείται από τον μετατροπέα (ισχύς = ένταση Χ τάση ρεύματος), τότε η κεντρική μονάδα θα υπερθερμανθεί και τελικά θα υποστεί βλάβη.
 

Σε γενικές γραμμές, οι κατασκευαστές ηχητικών συστημάτων συνεργάζονται στενά με τους κατασκευαστές μετατροπέων για να προσδιορίσουν ποιοι μετατροπείς θα λειτουργούν τις συσκευές τους. Αυτό σημαίνει ότι όσο ο χρήστης επιλέγει μονάδες που ο κατασκευαστής προτείνει δεν χρειάζεται να ανησυχεί για την αντιστοίχηση της σύνθετης αντίστασης. Αν όμως θελήσει άλλες επιλογές ή να αντικαταστήσει την κύρια μονάδα μόνο και να κρατήσει τον παλιό μετατροπέα, τότε θα πρέπει να σιγουρευτεί πως ο ήδη εγκατεστημένος στο σκάφος μετατροπέας συνεργάζεται σωστά και θα πρέπει να ερευνήσει και να μάθει τις τιμές της σύνθετης αντίστασης τόσο της κύριας μονάδας όσο και του μορφοτροπέα
Μια απλοποιημένη εξήγηση της σημασίας της αντίστασης (Impedance). Η AirMar, μια κορυφαία εταιρεία κατασκευής μορφοτροπέων, μας εξηγεί απλά τη λειτουργία και τη σημασία της σύνθετης αντίστασης συγκρίνοντας τη λειτουργία του πομπού- μορφοτροπέα με τη λειτουργία ενισχυτή και ηχείων. Μία άλλη κορυφαία εταιρεία, η Preston Electronics, μας εξηγεί το ταίριασμα αυτό δίδοντας μας ένα ευκολο-κατανόητο παράδειγμα, με το λάστιχο του ποτίσματος.
 

Αν ανοίξουμε το νερό της βρύσης απότομα, το λάστιχο σύντομα θα γεμίσει και θα αρχίσει να τρέχει από την άλλη πλευρά.
 

Ας θεωρήσουμε τώρα πως αυτή η ροή του νερού μέσα στο σωλήνα είναι παρόμοια με το ηλεκτρικό ρεύμα, που αναφέρεται σαν ροή ηλεκτρονίων μέσω ενός σύρματος και η ένταση του μετράται σε Αμπέρ.
 

Όταν βάλουμε τον αντίχειρά μας στο ανοικτό άκρο του σωλήνα και προσπαθήσουμε να σταματήσουμε τη ροή του νερού, θα τα καταφέρουμε αλλά θα νοιώθουμε την πίεση του νερού. Αυτή η πίεση είναι παρόμοια με την τάση του ηλεκτρικού ρεύματος που ωθεί τα ηλεκτρόνια μέσα στο σύρμα. Μπορεί να σταμάτησε η ροή του νερού αλλά η πίεση υπάρχει στο σωλήνα. Αυτό είναι σαν να είναι ένας ενισχυτής (κεντρική μονάδα συσκευής) χωρίς να έχει συνδεδεμένο κάποιο ηχείο (μορφοτροπέας) ή μια πρίζα εναλλασσόμενου ρεύματος χωρίς τίποτα συνδεδεμένο. Υπάρχει τάση, αλλά δεν υπάρχει ροή ρεύματος. Αν μετακινήσουμε λίγο τον αντίχειρά μας για να αφήσουμε λίγο νερό να φύγει μπορούμε αλλάζοντας τη θέση του αντίχειρά να ελέγξουμε το πόσο νερό βγαίνει από τον λαστιχένιο σωλήνα. Ο αντίχειρας περιορίζει τη ροή του νερού.
 

Σε ένα ηλεκτρικό κύκλωμα, τα πράγματα που περιορίζουν ή ελέγχουν τη ροή ρεύματος λέγεται ότι εμποδίζουν την ροή ρεύματος και περιγράφονται ως έχοντα αντίσταση (impedance). Σε έναν σωλήνα ποτίσματος χρησιμοποιούμε ένα ακροφύσιο για να περιορίσουμε τη ροή του νερού ενώ σε ένα ηλεκτρικό κύκλωμα, η συσκευή που χρησιμοποιεί ηλεκτρική ενέργεια και έχει κάποια αντίσταση ονομάζεται φορτίο (LOAD).
Είναι λοιπόν κατανοητό πως υπάρχει μια σχέση μεταξύ πίεσης (τάσης), ροής νερού (ρεύματος) και ακροφύσιου περιορισμού της ροής (σύνθετη αντίσταση). Δεδομένου ότι η πίεση (η τάση) ή είναι αυτό που κινεί το νερό (ρεύμα), η αύξηση της θα αυξήσει τη ροή (ρεύμα) αφού βεβαίως υποθέσουμε ότι η αντίσταση δεν άλλαξε. Μείωση της τάσης θα μειώσει το ρεύμα. Από την άλλη πλευρά, η αύξηση της σύνθετης αντίστασης που περιορίζει τη ροή ρεύματος θα προκαλέσει μείωση του ρεύματος, όπως και το κλείσιμο του ακροφυσίου. Μειώνοντας τη σύνθετη αντίσταση είναι σαν το άνοιγμα του ακροφυσίου για να επιτρέψετε μεγαλύτερη ροή.
ζ. Γωνία κώνου εκπομπής μορφοτροπέα Σχήμα 65. Ο μετατροπέας συγκεντρώνει τον ήχο και τον εκπέμπει σε μια δέσμη. Ο εκπεμπόμενος αυτός απο τον μορφοτροπέα προς το βυθό, ηχητικός παλμός σχηματίζει ηχητικά κύματα τα οποία όσο διαδίδονται στο νερό τόσο απλώνονται (φαινόμενο εξάπλωσης) σαν να είναι μέσα σε ένα σχήμα με τη μορφή κώνου εξ ου και ο όρος "γωνία κώνου". Η γωνία του κώνου (σε μοίρες) καθορίζει το οριζόντιο εύρος δέσμης σε διάφορα επίπεδα βάθους. Όσο μεγαλύτερη είναι η γωνία του κώνου, τόσο μεγαλύτερη είναι η περιοχή ερεύνης και μικρότερο το βάθος διείσδυσης αφού η ισχύς του ηχητικού κύματος που πάει προς τα κάτω καταναλώνεται πιο γρήγορα σε μικρότερα βάθη απλώς και μόνο λόγω της μεγαλύτερης περιοχής που πρέπει να στείλει τον ήχο (εξάπλωση).
 

Ένα καλό παράδειγμα για την κατανόηση του είναι η χρήση ενός φακού. Ο φακός έχει μια σταθερή ποσότητα φωτός που μπορεί να αποδώσει. Ανάλογα με τον φακό και τον ανακλαστήρα που χρησιμοποιείται, το φως μπορεί να εστιάσει σε μια στενή δέσμη και να φωτίσει πιο απομακρυσμένους στόχους ή το φως να μπορεί να εξαπλωθεί για να φωτίσει περισσότερη περιοχή σε βάρος της απόστασης στόχου. Αντιθέτως, αν η ισχύς του ηχητικού σήματος της συσκευής μπορεί να περιοριστεί σε ένα στενό κώνο, τότε το σήμα μπορεί να φτάσει μεγαλύτερα βάθη αλλά ο προς τα κάτω στενός κώνος θα καλύπτει ανά πάσα στιγμή μικρότερη περιοχή.
 

Η περιοχή κάλυψης αλλά και η απόσταση εντοπισμού μπορούν να αυξηθούν αν αυξηθεί η ισχύς του μορφοτροπέα. Έτσι ένας μορφοτροπέας 1 kw καλύπτει περισσότερη περιοχή καθώς μπορεί να αυξήσει την απόσταση του κώνου ανεξάρτητα της γωνίας κώνου σε σύγκριση με ένα μορφοτροπέα 600 watt.
 

Σημειωτέον ότι η γωνία του κώνου καθορίζει την κάλυψη (οριζόντια) και τη απόσταση εντοπισμού (κατακόρυφο) της δέσμης, αλλά δεν επηρεάζει τον προσδιορισμό του στόχου ή τον διαχωρισμό των αντικειμένων που βρίσκονται στον κώνο. Ο καλύτερος διαχωρισμός στόχων και ο προσδιορισμός τους έχει να κάνει με την τιμή της συχνότητας της ηχητικής δέσμης και του μήκους του εκπεμπόμενου παλμού.
 

Το πάχος του κεραμικού στοιχείου(ων) προσδιορίζει τη συχνότητα των ηχητικών κυμάτων ενώ η γωνία του κώνου καθορίζεται από το μέγεθος (διάμετρο) και το σχήμα του χρησιμοποιούμενου πιεζοηλεκτρικού-κεραμικού στοιχείου. Κατά γενικό κανόνα όσο ευρύτερο είναι το στοιχείο, τόσο πιο στενή μπορεί να γίνει η γωνία του κώνου. Ένας μετατροπέας διπλής συχνότητας, περιέχει ένα ή δύο ομάδες-σύνολα στοιχείων και κάθε ομάδα στοιχείων μπορεί να έχει ένα ή περισσότερα στοιχεία. Σε έναν μετατροπέα πολλών στοιχείων, ο στενός κώνος εκπομπής δημιουργείται από τα μεγαλύτερα στοιχεία και η μεγαλύτερη γωνία κώνου από τα μικρότερα στοιχεία.
 

Ορισμένοι μετατροπείς κατασκευάζονται τώρα έτσι ώστε να παρέχουν τη μέγιστη κάλυψη ακόμη και αν λειτουργούν σε υψηλές συχνότητες, οι οποίες παραδοσιακά έχουν μικρότερο κώνο που αντιστοιχεί σε χαμηλής συχνότητας. Αυτό επιτυγχάνεται με τη διαμόρφωση του σχήματος του κεραμικού στοιχείου. Προηγμένες τεχνικές κατασκευής έχουν δώσει τώρα τη δυνατότητα να διαδίδουν τα ηχητικά κύματα με τη κατασκευή πολύ λεπτών κεραμικών στοιχείων υψηλής συχνότητας.
 

Ο εκπεμφθείς ήχος είναι ισχυρότερος κατά μήκος της κεντρικής γραμμής ή του άξονα του κώνου και σταδιακά μειώνεται καθώς απομακρύνεται από το κέντρο.
 

Για τη μέτρηση της γωνίας κώνου του μετατροπέα, η ισχύς μετράται αρχικά στο κέντρο ή στον άξονα του κώνου και στη συνέχεια συγκρίνεται με την ισχύ καθώς απομακρύνεστε από το κέντρο. Όταν η ισχύς πέσει στο μισό (ή -3db ντεσιμπέλ), μετράται η γωνία από αυτόν τον κεντρικό άξονα. Η συνολική γωνία από το -3db σημείο από τη μία πλευρά του άξονα στο σημείο -3db στην άλλη πλευρά του άξονα, είναι η γωνία κώνου εκπομπής. Αυτό το σημείο μισής ισχύος (-3db) αποτελεί το κριτήριο αναφοράς για τις περισσότερες κατασκευαστικές εταιρείες. Μερικές εταιρείες χρησιμοποιούν το σημείο -10 db δηλαδή εκεί που η ισχύς είναι το 1/10 της κεντρικής ισχύος του άξονα. Αυτό τους δίνει μεγαλύτερη γωνία, καθώς μετράτε ένα σημείο πιο μακριά από τον κεντρικό άξονα, όμως τίποτα όμως δεν αλλάζει στην απόδοση του μετατροπέα. Μόνο το σύστημα μέτρησης άλλαξε. Για παράδειγμα, ένας μορφοτροπέας που έχει γωνία κώνου 8ο στα -3db θα έχει γωνία κώνου 16ο στα -10db.
 

Σύγχρονες ηχοεντοπιστικές συσκευές μπορούν να εντοπίσουν στόχους πέραν της γωνίας του κώνου του χρησιμοποιούμενου μορφοτροπέα γι’αυτό και μερικοί κατασκευαστές λένε ότι εντοπίζουν στόχους και σε περιοχές μεταξύ 20 έως και 60ο.
Με την ίδια συχνότητα εκπομπής εκπομπή με ευρύτερη γωνία κώνου θα μας δώσει μεγάλη κάλυψη κατ’ έκταση και συνεπώς περισσότερες πληροφορίες από τον υποβρύχιο κόσμο αλλά αυτό γίνεται σε βάρος της εμβέλειας σε βάθος, αφού η ισχύς του εκπεμπόμενου κύματος απλώνεται. Αντιθέτως η στενή γωνία κώνου, συγκεντρώνει την ισχύ της δέσμης σε μια μικρότερη επιφάνεια και γι΄αυτό θα πάει βαθύτερα.
Όσο λοιπόν μεγαλύτερη είναι η γωνία του κώνου, τόσο μεγαλύτερη είναι η περιοχή κάλυψης σε δεδομένο βάθος. Έτσι, η απεικόνιση του βυθού στην οθόνη της συσκευής θα είναι ευρύτερη (μεγαλύτερη) αν η δέσμη είναι με μεγάλη γωνία κώνου από ότι αν είναι με στενή απλά επειδή ο η δέσμη θα καλύπτει μεγαλύτερη έκταση βυθού.
Επίσης μια συσκευή με ένα μορφοτροπέα που εκπέμπει με μεγάλη γωνία λειτουργεί καλύτερα σε μικρά βάθη, ρηχά νερά, ενώ μια που εκπέμπει με πιο στενή γωνία αποδίδει καλύτερα στα βαθιά νερά.
 

Σχεδόν σε όλες τις συσκευές σήμερα, οι μορφοτροπείς υψηλής συχνότητας (192 ή 200 kHz) εκπέμπουν είτε σε στενή (11ο ) είτε σε ευρεία γωνία κώνου (30ο ). Αν η εκπομπή γίνει με τη μικρότερη γωνία κώνου τότε έχουμε μικρότερη κάλυψη και διείσδυση σε μεγαλύτερο βάθος ενώ αν γίνει με ευρύτερη έχουμε κάλυψη μεγαλύτερης επιφάνειας, μικρότερη διείσδυση σε βάθος και φυσικά καλύτερη διευκρινιστική ικανότητα. Εκπομπή με χαμηλή συχνότητα π.χ. 50 ή 83 kHz είναι τυπικά στην περιοχή των 30ο μέχρι 45ο, έχει μεγαλύτερη έκταση και η δέσμη πάει σε μεγαλύτερο βάθος, αλλά έχει μικρότερη διευκρινιστική ικανότητα.
 

Συνοψίζοντας, μια μεγάλη γωνία κώνου ανιχνεύει τα ψάρια γύρω από το σκάφος σε μεγαλύτερες αποστάσεις και όχι μόνο εκείνα που βρίσκονται ακριβώς από κάτω, ενώ αντιθέτως ένας στενός κώνος ανιχνεύει στόχους (ψάρια ή τον βυθό), σε μικρότερες αποστάσεις αφού σαρώνει μια μικρή έκταση της περιοχής αλλά μας δίνει καλύτερη εικόνα με περισσότερες λεπτομέρειες.
 

Παρόλο που ένας αισθητήρας είναι πιο ευαίσθητος εντός της καθορισμένης γωνίας του κώνου, μπορούμε επίσης να δούμε ηχώ από περιοχές εκτός αυτού του κώνου αλλά δεν θα είναι τόσο δυνατές. Η αποτελεσματική γωνία κώνου είναι η περιοχή εντός του καθορισμένου κώνου όπου μπορείτε να δείτε τις ηχώ στην οθόνη. Εάν ένα ψάρι αιωρείται μέσα στον κώνο εκπομπής του μετατροπέα, αλλά η ευαισθησία δεν είναι αρκετά υψηλή για να το δείτε, τότε έχετε μια στενή αποτελεσματική γωνία κώνου. Μπορείτε να μεταβάλλετε την αποτελεσματική γωνία κώνου του μορφοτροπέα μεταβάλλοντας την ευαισθησία του δέκτη. Με χαμηλές ρυθμίσεις ευαισθησίας, η αποτελεσματική γωνία κώνου είναι στενή, δείχνοντας μόνο στόχους αμέσως κάτω από τον μορφοτροπέα και τον βυθό αν είναι σε μικρά βάθη. Αυξάνοντας την ευαισθησία αυξάνεται η αποτελεσματική γωνία του κώνου, επιτρέποντάς μας να βλέπουμε στόχους πιο πέρα, προς τα πλάγια.
 

Οι περισσότεροι άνθρωποι θεωρούν ότι ο κώνος του ήχου έχει σχήμα τριγώνου. Αυτό ισχύει μόνο για την καθορισμένη γωνία κώνου. Ο πραγματικός κώνος του ήχου έχει σχήμα παρόμοιο με το σχέδιο και όπως βλέπετε, υπάρχει πολύς χώρος έξω από τον καθορισμένο κώνο. Θεωρητικά, η ηχητική δέσμη που σχηματίζεται από τον ηχητικό παλμό, εκπέμπεται σαν μέσα σε ένα κώνο και διευρύνεται σταδιακά καθώς ταξιδεύει βαθύτερα. Στην πραγματικότητα όμως, τα σχήματα της δέσμης διαφέρουν ανάλογα με τον τύπο του μορφοτροπέα και παρουσιάζουν διάφορα μοτίβα "πλευρικού λοβού". Στα σχήματα που βλέπετε δίδεται μια γραφική αναπαράσταση των πραγματικών μοτίβων εκπομπής ηχητικών κυμάτων από τον μετατροπέα.
 

Περιοχή κάλυψης. Στον πίνακα φαίνεται η διαφορά στην περιοχή κάλυψης για μορφοτροπέα διαφόρων γωνιών κώνου και μας δίδει μια γενική εικόνα της διαμέτρου του κύκλου, σε πόδια, στο αντίστοιχο βάθος.
 

Στη περιοχή των πλευρικών λοβών, μπορεί να δείτε ή να μη μπορείτε να δείτε, έναν στόχο και αυτό εξαρτάται από το πόσο καλά ο στόχος αντανακλά το σήμα πίσω στον μορφοτροπέα. Ένας έμπειρος ψαράς το καταλαβαίνει αυτό και μπορεί να εντοπίσει πραγματικά κοπάδια ψαριών σε πολύ μακρινή απόσταση. Κοιτάζουν την κάτω πλευρά της οθόνης, τον βυθό, και κάτω από αυτόν. Αν αυτή η περιοχή είναι φυσιολογικά καθαρή, αλλά ξαφνικά εμφανίζεται ένα ομαδικό σήμα, τότε πιθανότατα υπάρχει κάτι εκεί έξω.

 

Επίσης, παρατηρήστε τους πλευρικούς λοβούς του πραγματικού κώνου ήχου. Αυτή η περιοχή θεωρείται γενικά ανεπιθύμητη και ένας καλός μορφοτροπέας έχει ελάχιστους πλευρικούς λοβούς.
 

Θέση τοποθέτησης μορφοτροπέα. Ανάλογα με τη θέση που θα τοποθετηθεί, υπάρχουν τρεις διαφορετικοί τύποι μορφοτροπέων.
α. Τοποθέτηση στον καθρέφτη του σκάφους (transom mount). Σχήμα 66
Οι περισσότερες συσκευές φέρουν πλαστικούς μορφοτροπείς που τοποθετούνται στον καθρέφτη του σκάφους, λίγο πιο κάτω από την ίσαλο προς τη πλευρά περιστροφής της έλικας και είναι σε απευθείας επαφή με στο νερό.
Αυτοί είναι πλαστικοί, φθηνότεροι από τους άλλους τύπους και συνιστώνται για σκάφη κάτω των 8μ (27 ποδών) που πλανάρουν όπως είναι τα σκάφη με εξωλέμβιες, με εσω-έξω μηχανές και με jet drives. Δεν συνιστώνται για μεγάλα σκάφη ή σκάφη με διπλές προπέλες επειδή το νερό με τις φυσαλίδες από την έλικα μειώνει την απόδοση τους. Επίσης δεν συνιστώνται για χρήση σε πάρα πολύ μεγάλες ταχύτητες.
 

Η τοποθέτηση τους θέλει πολύ προσοχή ώστε αφενός η μονάδα να είναι παράλληλη προς το βυθό (γωνία τοποθέτησης) και αφετέρου αρκετά μακριά από τις προπέλες (τουλάχιστο 30 εκατοστά) και πάντα προς την πλευρά που στρέφουν για την αποφυγή παρεμβολών από τις φυσαλίδες που δημιουργούνται με την κίνηση της έλικας. Για το λόγο αυτό οι βάσεις στήριξης τους μπορούν και προσαρμόζονται σε σχέση με τον καθρέπτη με μια γωνία από 3 – 16 μοιρών. Για μεγαλύτερες γωνίες ίσως να χρειαστεί η προσθήκη ενός πλαστικού, ξύλινου ή μεταλλικού παρεμβύσματος. Επίσης δεν πρέπει να τοποθετείται απευθείας πίσω από τα νεύρα ή προεξοχών εξαρτημάτων στη γάστρα. Σε σκάφη αλουμινίου, η τοποθέτηση του μετατροπέα μεταξύ δύο νεύρων λειτουργεί καλύτερα.
Αρκετοί από τους μετατροπείς αυτούς, έχουν ενσωματωμένο ένα αισθητήρα θερμοκρασίας για να μας δείχνουν τη θερμοκρασία επιφανείας και μερικοί έχουν και ένα μετρητή της ταχύτητας μας, κάτι σαν το ταχύμετρο του αυτοκινήτου μας.
β. Τοποθέτηση δια μέσω της γάστρας (Through-Hull Transducers) Σχήμα 67
Όταν θέλουμε η δέσμη μας να πηγαίνει σε μεγάλα βάθη τότε θα πάμε σε μεγαλύτερο σε ισχύ, συνεπώς και μεγαλύτερο σε μέγεθος μετατροπέα, οπότε η τοποθέτηση του σε μικρά σκάφη, στον καθρέπτη δεν είναι εφικτή. Τοποθέτηση του στη γάστρα μέσω μιας οπής που ανοίγεται στη γάστρα της βάρκας, είναι η καλύτερη λύση και ο μορφοτροπέας βγαίνει απευθείας μέσα στο νερό.
 

Η θέση που θα επιλεγεί θα πρέπει να είναι σε κάποιο σημείο που είναι μονίμως μέσα στο νερό και η σπηλαίωση έχει τη μικρότερη επίδραση. Θα πρέπει να είναι μπροστά από την έλικα, το πηδάλιο, τον άξονα ή άξονες, τα σημεία που μπαίνει το νερό για την ψύξη της μηχανής και φυσικά σε μια απόσταση από τη καρίνα ή από οτιδήποτε άλλο που δημιουργεί αναταράξεις στη ομαλή ροή του νερού.
Σε σκάφη με εσωτερική μηχανή ή καλύτερη θέση για τοποθέτηση του είναι στα 2/3 της απόστασης όπως φαίνεται στο σχήμα
 

Σε περίπτωση που η επιφάνεια του μορφοτροπέα δεν κάθεται παράλληλα με την επιφάνεια της θάλασσας ή είναι στα πλευρά που έχουν μια καμπυλότητα, τότε είναι απαραίτητο να φτιάξουμε μια κατασκευή από ξύλο ή πλαστικό έτσι ώστε ο μορφοτροπέας να τοποθετηθεί σε εντελώς κάθετη θέση για να πηγαίνει κατ’ ευθεία προς τα κάτω η εκπεμπόμενη δέσμη.
 

Οι μορφοτροπείς που μπαίνουν με αυτό τον τρόπο είναι κατασκευασμένοι είτε από πλαστικό είτε από μπρούτζο. Οι μπρούτζινοι αισθητήρες χρησιμοποιούνται συνήθως σε ξύλινα σκάφη, όπου η συστολή και διαστολή μπορεί να επηρεάσει τους πλαστικούς. Εάν η γάστρα του σκάφους είναι κατασκευασμένη από χάλυβα ή αλουμίνιο, τότε πρέπει να χρησιμοποιήσουμε έναν μετατροπέα από πλαστικό για να αποφύγουμε τα προβλήματα ηλεκτρολύσεως.
 

Αυτός ο τύπος και ο τρόπος τοποθέτησης του μορφοτροπέα παρέχει γενικά την καλύτερη απόδοση ιδιαίτερα στις πολύ υψηλές ταχύτητες.
γ. Τοποθετούμενοι μέσα στο σκάφος (In-Hull Transducers). Οι μορφοτροπείς αυτοί χρησιμοποιούνται μόνο σε πολυεστερικά σκάφη (GRP με μονή στρώση γιατί δεν συνιστάται αν υπάρχει διπλή) αφού το υλικό αυτό έχει παρόμοια χαρακτηριστικά και ιδιότητες με αυτές του νερού.
Δεν συνιστώνται για ξύλινα, αλουμινένια ή σιδερένια σκάφη ούτε σε σκάφη με πολυεστερικά σάντουιτς που έχουν θύλακες αέρα.
 

Η καλύτερη θέση για να μπει είναι στο οπίσθιο τρίτο του σκάφους κοντά στον άξονα της καρένας. Το ηχητικό σήμα στη περίπτωση αυτή "διέρχεται" δια μέσου της γάστρας και φυσικά το εκπεμπόμενο σήμα θα έχει κάποια απώλεια ισχύος.
 

Για να μειώσουμε την απώλεια αυτή θα πρέπει η επιλογή της θέσης να γίνει με πολύ προσοχή. Θα επιλέξουμε μια περιοχή της γάστρας που είναι κατασκευασμένη από συμπαγή υλικό, να μην έχει φυσαλίδες αέρα ή επί πλέον στρώματα. Εάν η γάστρα στη θέση που επιλέξαμε είναι ενισχυμένη με πολλές στρώσεις υαλόπανων, έχει σάντουιτς, αφρό ή ξύλο, αυτά θα πρέπει να αφαιρεθούν για να μείνει καθαρό το εξωτερικό στρώμα της γάστρας.
 

Οι μορφοτροπείς στη θέση αυτή προσκολλώνται συνήθως με κάποιο εποξειδικό υλικό (εποξική ρητίνη) απευθείας στο εσωτερικό του κύτους πάνω στη γάστρα, όμως καλό είναι να ακολουθήσουμε τις οδηγίες που κάθε κατασκευαστής δίνει σχετικά με τον τρόπο στερέωσης τους.
 

Εξυπακούεται πως αν υπάρχει αισθητήρας θερμότητας στο μορφοτροπέα, αυτός θα δείχνει τη θερμοκρασία της γάστρας αντί τη θερμοκρασία της θαλάσσης. Επίσης επειδή το ηχητικό σήμα μεταδίδεται και λαμβάνεται μέσω του υλικού κατασκευής του σκάφους, θα υπάρχει κάποια μείωση της απόδοσης της συσκευής. Με άλλα λόγια, δεν μας δίνουν καλή εικόνα σε μεγάλα βάθη και δεν έχουν τόσο καλή απόδοση στην ανίχνευση των ψαριών σε σύγκριση με τις άλλες τοποθετήσεις αφού ο μορφοτροπέας θα έχει μικρότερη ευαισθησία. Υποφέρει δηλαδή από την απώλεια σήματος που σχετίζεται με τη μετάδοση του ήχου μέσω της γάστρας.
 

Τα πλεονεκτήματα της τοποθέτησης αυτής είναι πως δεν ανοίγονται τρύπες στη γάστρα του σκάφους, έχει πολύ καλή απόδοση σε πολύ μεγάλες ταχύτητες, δεν υπάρχουν εμπόδια στην ομαλή ροή του νερού (υδροδυναμική) και δεν χρειάζεται πολύ φροντίδα και συντήρηση.
 

Τα μειονεκτήματα είναι πως έχουν μειωμένη απόδοση ιδίως σε μεγάλα βάθη και στον εντοπισμό στόχων και πως μπορεί να χρησιμοποιηθεί μόνο σε πολυεστερικά σκάφη. Επίσης ο τρόπος αυτός τοποθέτησης από μερικούς κατασκευαστές συνιστάται μόνο για μετατροπείς που λειτουργούν σε συχνότητες 192 ή 200 kHz.
 

Φροντίδα και συντήρηση μορφοτροπέων. Κάθε τόσο συνιστάται να πλύνετε τον μετατροπέα με σαπούνι και νερό και να αφαιρείτε τυχόν λάδια ή μικροοργανισμούς που έχουν μαζευτεί εκεί. Η βρωμιά, τα λάδια και οι μικροοργανισμοί μειώνουν την ευαισθησία του μετατροπέα και ακόμη μπορεί να μην μας δίνουν την εικόνα που πρέπει.
 

Τι επηρεάζει την καλή απόδοση του μορφοτροπέα και γενικά των εντοπιστικών συσκευών;

Σχήμα 68
Επίδραση της Σπηλαίωσης στην απόδοση (Cavitation). Η σπηλαίωση όπως προαναφέραμε είναι ένα σημαντικό εμπόδιο ιδίως όταν το σκάφος μας πλέει με μεγάλες ταχύτητες. Εάν η ροή του νερού γύρω από την πηγή εκπομπής ήχου (τον μορφοτροπέα) είναι ομαλή, τότε ο μορφοτροπέας στέλνει και λαμβάνει σήματα κανονικά. Ωστόσο, εάν η ροή του νερού διακόπτεται από μια ανώμαλη επιφάνεια ή προεξοχές, τότε η ροή του νερού διαταράσσεται, στροβιλίζεται και γίνεται τυρβώδης. Όσο πιο έντονη είναι η διαταραχή, τόσο πιο πολύ αέρας ανακατεύεται και σχηματίζονται φυσαλίδες που μαζί με αυτές που προκαλούνται από τη σπηλαίωση δημιουργούν πρόβλημα στη λειτουργία της συσκευής, όταν είναι κοντά ή όταν περνούν από τον μετατροπέα και μειώνουν σημαντικά την απόδοση του.
 

Στη περίπτωση αυτή στην οθόνη της συσκευής μας εμφανίζεται πολύς "θόρυβος" γιατί το ηχητικό σήμα αντανακλάται στις φυσαλίδες και επιστρέφει πίσω σε αυτόν που επειδή είναι πολύ κοντά, οι αντανακλάσεις που παίρνουμε είναι πολύ ισχυρές. Αυτές μπορεί να σκεπάσουν ασθενείς επιστροφές από τον βυθό και οτιδήποτε υπάρχει την περιοχή, όπως τα ψάρια, καθιστώντας τα δύσκολο ή αδύνατο να τα δούμε.
Επίσης, πρέπει να είμαστε πολύ προσεκτικοί με τις φυσαλίδες και κατά την εγκατάσταση του μορφοτροπέα αλλά και κατά την χρήση. Εάν ο μετατροπέας είναι κολλημένος εσωτερικά στη γάστρα ακόμη και η εποξική κόλλα δεν μπορεί να έχει φυσαλίδες αέρα μέσα της. Ένας μετατροπέας πρέπει να τοποθετηθεί μακριά από οτιδήποτε, συμπεριλαμβανομένης της έλικας, που θα προκαλέσει σχηματισμό φυσαλίδων αέρα όταν το σκάφος κινείται.
 

Παρεμβολές (Interference). Όταν δύο ή περισσότερες συσκευές λειτουργούν σε κοντινή απόσταση και στην ίδια συχνότητα, είναι πιθανό να λαμβάνουν ψευδείς επιστροφές λόγω των σημάτων από τον άλλο μορφοτροπέα. Σε αυτές τις περιπτώσεις θα βλέπουμε στην οθόνη μας πολύ θόρυβο, συγκεχυμένη εικόνα, ψευδείς επιστροφές, εμφάνιση πολλαπλών σημάτων από τον βυθό, ή άλλες ανωμαλίες.
 

Συνθήκες νερού και βυθού. Ο τύπος του νερού που χρησιμοποιούμε το sonar επηρεάζει τη λειτουργία του σε μεγάλο βαθμό. Τα ηχητικά κύματα ταξιδεύουν εύκολα σε ένα καθαρό περιβάλλον γλυκού νερού, όπως στις περισσότερες λίμνες ενώ στο θαλασσινό νερό, ο ήχος απορροφάται και αντανακλάται από τα αιωρούμενα στο νερό υλικά. Η Αλατότητα (Salinity) συνεπώς του νερού επηρεάζει τη διάδοση του ήχου αλλά όχι τόσο όσο οι άλλοι παράγοντες της θερμοκρασίας, πίεσης, σπηλαίωσης, απορρόφησης και διασκορπισμού. Για το λόγο αυτό υπάρχει μια ρύθμιση με την οποία πρέπει να επιλέξουμε το είδος του νερού. Θαλασσινό ή γλυκό.
 

Οι υψηλότερες συχνότητες είναι πιο ευπαθείς σε αυτή τη διασκόρπιση των ηχητικών κυμάτων και δεν μπορούν να ταξιδέψουν μακριά όπως των χαμηλών συχνοτήτων. Ο άνεμος και τα ρεύματα αναμιγνύουν συνεχώς το νερό δημιουργώντας συνεχώς φυσαλίδες αέρα μέσα στο νερό κοντά στην επιφάνεια, γεγονός που διασκορπίζει το ηχητικό μας σήμα. Οι μικροοργανισμοί, όπως το πλαγκτόν, τα φύκια και τα άλατα που υπάρχουν επίσης διασκορπίζουν και απορροφούν μέρος της ηχητικής ενέργειας.
Το γλυκό νερό υφίσταται και αυτό την επίδραση του ανέμου και των κυμάτων, οι δε μικροοργανισμοί που ζουν σε αυτό, επηρεάζουν το σήμα του sonar αλλά όχι τόσο σοβαρά όσο το αλμυρό νερό.
 

Η λάσπη, η άμμος και η βλάστηση στον βυθό απορροφούν, αντανακλούν και διασκορπίζουν το ηχητικό κύμα μειώνοντας την ισχύ της επιστρεφόμενης ηχούς ενώ αντιθέτως τα βράχια, βότσαλα, κοράλλια και άλλα σκληρά αντικείμενα αντανακλούν εύκολα την ηχητική δέσμη, δίδοντας ισχυρές ανακλάσεις.
 

Έτσι στην οθόνη της συσκευής θα δούμε πως ένας μαλακός βυθός, όπως π.χ. από λάσπη, θα εμφανιστεί σαν μια λεπτή γραμμή ενώ ένας σκληρός βυθός π.χ. από βράχο, θα εμφανιστεί σαν μια παχιά γραμμή κατά μήκος της κάτω πλευράς της οθόνης της συσκευής.
 

Για όλους αυτούς τους λόγους, η απόδοση των ιχθυοεντοπιστικών συσκευών είναι καλύτερη στις λίμνες απ ότι στις θάλασσες.


(συνεχίζεται)
 

Powered by Blog - Widget