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DIRETTIVITA DELLE BASI IDROFONICHE
ESPOSIZIONE IN TERMINI GRAFICO DISCORSIVI

1) INTRODUZIONE
La caratteristica di direttività di un sistema acustico indica come varia la sensibilità di ricezione con il variare della direzione di provenienza dell'onda sonora.
Se la sensibilità è la massima possibile in una direzione e diminuisce molto rapidamente con il variare di essa si dice che la base ricevente ha una buona direttività, cioè presenta una direzione preferenziale d'ascolto.
La direttività di un gruppo di sensori, ottenuta sommando i contributi di tensione generati dai singoli idrofoni opportunamente ritardati, è governata da leggi matematiche che consentono di calcolare l'andamento della loro somma in funzione di diverse variabili.
In questa pagina tratteremo l'argomento in semplici termini grafico discorsivi rimandando il lettore interessato alle problematiche teoriche alla pagina p39 dove le stesse hanno un ampio sviluppo.

2) Disegni di massima e fotografie di un sistema acustico
In figura 1 è mostrata in pianta la composizione di un sistema acustico ricevente disposta secondo il profilo dello scafo di un sommergibile, questa geometria è detta a "Base conforme":



Il singolo idrofono disegnato in alto a destra di figura 1 è mostrato in fotografia dal vero in figura 2:

figura 2

La disposizione dei singoli idrofoni vista in prospettiva è mostrata il figura 3:

figura 3

La stessa disposizione di figura 3 è mostrata nel contesto dello scafo del sommergibile nella siluette di figura 4:

figura 4

Ed in ultimo la fotografia di figura 5 che mostra una parte del sistema acustico montata sullo scafo resistente del sommergibile:

figura 5

3) Geometria di ricezione del sistema acustico
Quando il suono emesso dal bersaglio colpisce il sistema acustico mostrato in figura 5 si può considerare la configurazione geometrica illustrata in figura 6:

figura 6

In essa si osserva:
-Un tracciato polare chiuso dalla parte bassa con una banda nera, banda che rappresenta la schermatura dello scafo nei confronti dello schieramento dei sensori; questi possono ricevere, in via teorica, soltanto i suoni che provengono dalla parte superiore della banda nera.
-Un bersaglio "B", posto in alto, ed il rumore da esso generato tracciato idealmente come una riga gialla che unisce il bersaglio stesso con la base acustica.
-Un insieme di puntini neri che rappresentano il rumore del mare che avvolge tutto lo scafo del sommergibile.
-Un comando di selezione numero dei sensori.
-Un pulsante di calcolo curve polari di direttività.
-Sulla destra, a memoria della struttura vera della base acustica, la fotografia già mostrata in figura 5.

4) La direttività della base acustica ed il numero degli idrofoni
Per comprendere al meglio come la direttività di una base acustica dipenda, oltre ad alti fattori, dal numero degli idrofoni impiegati nel processo di ricezione dei rumori emessi dai bersagli esaminiamo le diverse soluzioni ottenibili partendo dalla figura 6:
Consideriamo la base acustica formata da 2 soli idrofoni, la figura 6 assumerà il profilo della figura 7 nella quale si evidenzia in rosso un semicerchio a rappresentare che il settore di mare che viene ascoltato in eguale modo interessa tutti 180° prospicienti alla base acustica.
Ciò significa che il rumore del bersaglio è ricevuto al massimo livello ma anche il rumore del mare viene captato sui 180° al massimo livello; questa condizione penalizza di fatto la ricezione del rumore emesso dal bersaglio che viene coperto dal rumore del mare.

figura 7

In virtù del miglioramento della caratteristica di direttività della base acustica con l'incremento del numero degli idrofoni vediamo, in figura 8, quale vantaggio si ha, rispetto alla figura 7, portando il numero dei sensori idrofonici da 2 a 4:

figura 8

La figura mostra che l'ampiezza della curva rossa si riduce e il rumore del mare diminuisce, l'arco rosso si chiude sensibilmente agli estremi del grafico; questo a vantaggio del rapporto tra il segnale emesso dal bersaglio e il rumore del mare.
Proseguendo con l'incremento del numero degli idrofoni si computa la direttività per 8 sensori ottenendo il grafico di figura 9 che mostra una sensibile riduzione d'ampiezza del tracciato rosso non interessato dal segnale (segmento giallo):

figura 9

Incrementando ulteriormente il numero degli idrofoni, da 8 a 16 e da 16 a 32 si osserva una progressiva riduzione dell'ampiezza dell'arco rosso, figure 10 e 11, con conseguente abbattimento del rumore del mare in costanza d'ampiezza del segnale del bersaglio sotteso sempre al valore massimo dell'arco rosso.

figura 10

figura 11

L'operazione eseguita non cancella completamente il rumore del mare visto che la riga gialla del segnale è contornata sempre, nell'ambito del tracciato rosso, dal rumore del mare anche se di modesta intensità.
Nelle figure 10 e 11 si evidenziano, alla base dei diagrammi rossi, dei piccoli lobi della direttività detti "lobi secondari", questi incrementano di poco il rumore del mare ma, in alcuni casi particolari, possono generare ambiguità nella determinazione della direzione del bersaglio.
E' importante osservare come i diagrammi rossi, che definiscono la direttività della base, siano tracciati nel piano orizzontale, rappresentano di fatto una sezione, in tale piano, del cardioide mostrato in figura 12 che mostra la direttività in tutto lo spazio subacqueo:

figura 12

5) Un eseguibile d'esercitazione
Al link Direttività è disponibile il file exe in grado di riprodurre le immagini della variazione della direttività in funzione del numero degli idrofoni così come mostrato nelle figure precedenti.

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