1) Generalità
A causa dei complessi fenomeni fisici che si verificano in mare le traiettorie dei raggi acustici sono di difficile determinazione.
Questi fenomeni a volte penalizzano la funzionalità del sonar, a volte la migliorano .
Quando la propagazione provoca sensibili attenuazioni dei livelli acustici le prestazioni del sonar peggiorano, quando invece presenta un canale di percorso privilegiato il sonar aumenta la portata di scoperta.
Computazioni dimostrative complesse sono state sviluppate in P24: P26; P28: P30, per la determinazione delle traiettorie e delle conseguenti zone d'ombra, in questa pagina esamineremo, in modo discorsivo, alcune zone caratteristiche che coinvolgono i fenomeni di convergenza, riflessione e rifrazione dei raggi acustici nell'ambito di teatri operativi oceanici.

2)La figura di riferimento
Con il numero 1 indichiamo la figura di riferimento che sarà la guida per le diverse osservazioni.
In figura, sul lato sinistro, è tracciato il grafico di un bativelocigramma tipo oceanico che mostra la variazione della velocità del suono in funzione della profondità:
-sull'asse verticale sono tracciati alcuni livelli di quota espressi in piedi (ft), da 0 a 18000 ft.
-sull'asse orizzontale la velocità del suono da 4900 a 5100 ft/Sec.
Sul lato destro sono riportate le traiettorie dei raggi acustici in un diagramma che riporta in ascisse la distanza espressa in Kyds, da 1 a 150, ed in ordinate la scala della profondità del diagramma di sinistra.
Il grafico mostra otto zone caratteristiche indicate con "Zone ..." alle quali faremo riferimento.



In figura è inoltre tracciata una "fascia di propagazione" di rimbalzi (ombreggiata) che mostra come un'insieme di raggi acustici, emessi in zona elevata e in un settore compreso tra due particolari angoli di radenza δ1 - δ2, si pieghi verso il fondo, da questo, riflesso, raggiunga la superficie in una zona detta di convergenza, per essere da qui riflesso sul fondo ed ancora in seconda zona di convergenza.
Ciò a significare che i raggi acustici della "fascia di propagazione" possono intersecare tutte le zone in esame.

3)La zona 1
La zona 1 è la regione compresa tra la superficie e la profondità di 700 piedi.
Se la sorgente acustica e il ricevitore sonar sono entrambi in questa zona quasi tutti i percorsi dei raggi sonori sono compresi in tale fascia ad eccezione di quelli facenti parte della "fascia di propagazione".
La profondità dello strato, uno dei parametri per la valutazione della perdita di propagazione, è la profondità minima alla quale il gradiente di velocità del suono "g" cambia da positivo a negativo così come mostra la figura 2 ( ingrandimento di parte di figura 1 )



La zona 1 è attraversata dalla "fascia di propagazione" tra 0 e circa 3.5 Kyds, qualsiasi sorgente acustica in questa fascia porta i suoi raggi secondo il profilo di tale percorso.
Esiste un gradiente di velocità positivo per la maggior parte degli oceani; in questi varia da 20 a 700 piedi in dipendenza di fattori quali: stagione, latitudine, longitudine, oceano pacifico-atlantico, velocità del vento.
La zona 1 contiene molti agenti riverberanti del suono: bolle d'aria, elevata salinità dell'acqua, piccoli organismi marini, che generalmente dipendono dalla stagione, dal vento e dallo stato del mare.

4)La zona 2
La zona 2 è quella fascia di mare che confina in alto con la zona 1 ( regione superficiale ) ed in basso con la zona 3 detta canale audio di profondità.
La zona si estende da circa 700 ft a 2000 ft; in essa gli agenti riverberanti caratteristici della zona 1 sono meno rilevanti ma ancora sensibili e tali da portare alla definizione della zona 2 come " strato di riverberazione profondo".
In questa zona può esistere un piccolo canale sonoro che consente portate sonar molto rilevanti purché la sorgente acustica sia alla profondità corretta.
Nelle Bermude il profilo della velocità del suono nella stagione estiva evidenzia uno stretto canale acustico compreso tra 800 e 1200 piedi grazie all'inversione del segno del gradiente di velocità "g" con un minimo che si verifica nella zona 2 così come evidenziato in figura 3 ( ingrandimento di parte di figura 1).



Eccetto questi canali preferenziali il gradiente di velocità del suono in zona 2 è generalmente negativo causando la riflessione del suono verso il fondo del mare secondo la traiettoria della "fascia di propagazione".

5)La zona 3
La zona 3 contiene l'asse longitudinale che interseca il minimo assoluto della velocità del suono nel canale così come mostra la figura 4:



In questa zona si genera un canale sonoro, compreso tra 2000 ft e 6000 ft, grazie all'inversione del segno del gradiente di velocità "g" con una sella di minimo molto ampia come mostra la figura 4. Questa sella consente portate sonar molto elevate.
L'asse del canale si trova a circa 4200 piedi nel Nord Atlantico e a 2100 piedi nel Pacifico, per altre latitudini può essere sensibilmente inferiore.
Il profilo della sella fa si che il suono resti concentrato attorno all'asse; a causa di questa rifrazione si crea un effetto tipo "guida d'onda radar" che mantiene l'energia acustica all'interno della zona 3.
In questo canale le perdite per diffusione e assorbimento sono estremamente basse.
Le possibilità d'impiego del canale nella scoperta sonar è stata a suo tempo studiata e sperimentata con l'impiego di un apparato prototipico nominato SOFAR (Sound Fixing and Ranging System).

6)La zona 4
La zona 4 è governata da un gradiente di velocità positivo e non è attraversata dalla "fascia di propagazione"; in linea di massima le emissioni sonar in questa zona piegano verso il basso creando riverberazione di fondo, è praticamente assente la riverberazione di volume.
Generalmente, in oceano, alla profondità di 16000 ft la velocità del suono è superiore di quella che si manifesta in superficie.

7)La zona 5
La zona 5 è completamente attraversata dalla "fascia di propagazione" (vedi figura 1) si presta pertanto alla scoperta di sorgenti acustiche secondo traiettorie di rimbalzo tra il fondo e la superficie.
Questa zona può sfruttare doppie riflessioni dal fondo e dalla superficie.
L'attenuazione del suono secondo questi percorsi è molto elevata a causa dell'assorbimento dell'energia acustica da parte del fondo che reagisce in funzione dell'angolo d'incidenza del suono secondo le curve riportate in figura 5.



Dal grafico si vede che gli angoli d'incidenza generatori di maggiori attenuazioni sono intorno ai 45°; attenuazioni al livello di ben 21 dB alla frequenza di 8 KHz.
Questo tipo di propagazione del suono, attenuando pesantemente i segnali, peggiora il rapporto segnale/disturbo provocando notevoli errori nel rilevamento angolare del bersaglio, errori che si riducono per angoli d'incidenza tra 10 e i 15° dove l'attenuazione è soltanto di 2 o 3 dB.

8)La zona 6
La zona 6 detta di convergenza è a cavallo tra due rimbalzi sul fondo ed è definita con la sigla (RSR)Refracted-Surface-Reflected.
I raggi sonori con angoli di radenza iniziale inferiori di 15° generati da sorgenti collocate nelle zone 1, 2 o 3 dopo la riflessione dal fondo convergono nella zona 6 creando una regione a bassa attenuazione e modesta estensione ideale per la scoperta dei bersagli.
Questa zona si crea nei mari oceanici che hanno profondità di circa 16000 ft, alla distanza di 60 o 70 Kyds.

9)La zona 7
La zona 7 è la regione intersecata dalla "fascia di propagazione" con due rimbalzi sul fondo;
il doppio rimbalzo provoca elevate attenuazioni della pressione acustica e penalizza pesantemente la scoperta sonar.

10)La zona 8
La figura 1 mostra che la zona 8 è la seconda zona di convergenza che si genera alla distanza di circa 125 Kyds per oceani profondi.
Questa zona è più estesa della zona 6 ma subisce un'attenuazione molto più elevata a causa del percorso più lungo dei raggi.