水下聽音器

戰爭初期，法國總統雷蒙·普恩加萊 (Raymond Poincaré) 提供經費，由保羅·朗之萬 (Paul Langevin) 研究以音波脈衝回聲定位潛艇的方法。藉由真空管放大器增加信號的功率，開發了一種壓電水聽器； 壓電材料的高聲阻抗使其適合在水中作為換能器。 相同的壓電板可以通過電振盪器振動，以產生聲音脈衝。[3]

第一艘被早期的水下聽音器發現並擊沉的潛艇是德國潛艇 UC-3。1916年4月23日，UC-3 被反潛拖網漁船 Cheerio 發現，當時 Cheerio 位於 UC-3 正上方，UC- 3隨後被拖網漁船拖曳的鋼網抓住，在水下大爆炸後沉沒。 [4] [5]

使用挡板的水听器和定向水听器。

開戰後經過相當一段時間，英國海軍部才開始組織科學家討論對抗德國 U艇。澳大利亞物理學家威廉·亨利·布拉格和紐西蘭物理學家歐內斯特·盧瑟福爵士也參與其中，科學家們建議使用水聽器監聽潛艇。盧瑟福的研究得到了水聽器專利，布拉格則於 1916 年 7 月開始領導水下聽音器研究。[6]

科學家們設定了兩個目標：一、開發水聽器，就算裝配水聽器的船隻會產生噪音干擾，但仍能聽到潛艇的聲音；二：開發可以找出潛艇方位的水聽器。 東倫敦學院發明了雙向水聽器。 他們在圓柱形外殼中的振膜兩側，各安裝了一個麥克風；從兩個麥克風聽到的聲音強度相同時，就找到了聲源的方向。 [6]

Bragg 的實驗室則是在振膜的一側前方安裝一個擋板，從而能進行定向。 幾個月後才發現有效的擋板必須包含一層空氣。。 [7] 1918 年，英國皇家海軍航空隊從事反潛戰的飛艇試驗了尾隨浸入式水聽器。 [8]布拉格從一艘被俘獲的德國 U 艇上測試了一個水聽器，發現它不如英國型式。 [9]

從第一次世界大戰後期到1920 年代初期主動聲納出現，水聽器是潛艇在水下探測目標的唯一方法。它們今天仍然有用。

使用帶有碟形或圓錐形聲音反射器的單一換能器聚焦信號，類似於反射望遠鏡。 這種類型的水聽器可以由低成本的全向型水聽器製造而成，但反射器會阻礙其在水中的移動。或者也可以在水聽器周圍以球體進行定向，消除了圓錐形元件產生的干擾，水下聽音器就可以在水中移動。

多個水聽器排列成陣列，將所需要方向的信號加成，並減去其他方向的信號。可以使用波束形成器来控制阵列。最常见的是將水听器排列成“线阵列”， [10]但視所欲測量的目標而定，可能有許多不同的安排，例如，測量船隊的螺旋槳噪音，就需要複雜的陣列系統。[11]

SOSUS水听器铺设在海床上，以海底電纜連接。从 1950 年代开始，美国海军使用SOSUS追蹤踪冷战期间苏联潜艇沿格陵兰岛、冰岛和英国（GIUK缺口）的移動。 [12]这些設備清楚地紀錄極低頻次声波，包括許多尚不明瞭的海洋聲音。