Veden ja ilman välinen akustinen viestintä

Meren luonnonvarojen etsintä- ja hyödyntämistarpeen kasvaessa suoran ja tehokkaan kommunikoinnin saavuttaminen veden ja ilman välillä on tarpeellinen hanke.

Ääniaaltoja, jotka ovat ainoa etenemistapa, jolla on alhainen vaimennus sekä vedessä että ilmassa, on pidetty käytännöllisimpänä tapana saavuttaa vesi/ilma -kommunikaatio.

Aiemmat tutkimukset voivat kuitenkin toteuttaa vain kapeakaistaisen resonanssiin perustuvan äänensiirron, mikä rajoittaa viestintäkapasiteettia ja tehokkuutta.

Tehokkaan vesi/ilma-akustisen viestinnän saavuttamiseksi Kiinan tiedeakatemian akustiikan instituutin (IACAS) tutkijat ovat yhdistäneet ilmapohjaisia ja vesipohjaisia metafluideja toteuttaakseen eksponentiaalisen gradientti-impedanssin sovituskerroksen laajakaistaiseen vesi/ilma -äänensiirtoon.

Säätämällä yhteistoiminnallisesti äänen nopeutta ja sovituskerrosten paksuutta tutkijat moduloivat gradientti-impedanssin sovituskerroksen (GIML) vaaditut akustiset parametrit saavutettavalle kantamalle, mikä lupaa vesi-ilma sovituskerroksen toteutumisen.

He rakensivat suunnitellun sovituskerroksen ja mittasivat äänen läpäisyparannuksen vesisäiliössä. Kokeet osoittivat, että ehdotettu sovituskerros voisi saavuttaa yli 16,7 dB:n keskimääräisen äänienergian siirron parannuksen 880 - 1760 Hz:in kaistalla vesi-ilma-rajapinnan yli.

Lisäksi he valitsivat monivärisen kuvan ja koodasivat sen impedanssisovituskerroksen lähetystaajuuskaistalle. Koodatut signaalit lähetettiin ilmassa ja vastaanotettiin vedessä. He havaitsivat, että paljaan rajapinnan kautta vastaanotettu kuva oli tuskin tunnistettavissa 45 %:n bittivirhesuhteella, kun taas GIML:n kautta vastaanotettu kuva oli lähes sama kuin kohdekuva merkityksettömällä 0,05 %:n bittivirhesuhteella.

Laajakaistainen impedanssisovitus ilman ja veden välillä voisi siten edistää sovelluksia vesi-ilma-akustisessa viestinnässä.

Tämä työ tarjoaa referenssin laajakaistaisen impedanssisovituksen suunnitteluun ja toteuttamiseen äärimmäisten medioiden, kuten veden ja ilman välillä. Lisäksi saavutetulla laajakaistaisella vesi-ilma-äänensiirrolla on tärkeitä sovellusmahdollisuuksia lukuisissa valtamerten tutkimussovelluksissa ja vedenalaisen äänisaasteen vähentämisessä.

Aiheesta aiemmin:

Pidemmän kantaman vedenalaista viestintää

Langaton tiedonsiirto vedestä ilmaan