國立成功大學 近海水文中心
Coastal Ocean Monitoring Center, National Cheng Kung University (COMC, NCKU)

水中聲學 Underwater Acoustics

在物理現象上，聲波在水中的傳播距離，比起光波而言能夠傳遞得更遠，甚至在某些情況下，可達數千公里。此傳播特性使聲波成為研究海洋中的物理、化學和生物等問題的利器。海洋中的聲速亦隨著溫度、鹽度和壓力(深度)而變化，使得聲速在海洋的垂直剖面上分布不均勻，即聲波在海洋中之傳遞速率有快慢之分。而聲波在分層海水中聲速不一致的情況，在海洋中形成聲波傳遞的陰影區(shadow zone)，在陰影區中的聲源難以將聲波向外傳遞，因此，陰影區往往是生物或是艦艇良好的藏身處。
為了探測廣大的海洋，水中麥克風(hydrophone，或稱水聽器)被廣泛使用來聆聽海洋中的聲音，進行海洋聲學相關研究。在探究海洋環境之前，必須要先了解海洋中的環境噪音是由許多複雜的因素所造成，比如海洋中常見的聲源如生物、風浪、船舶等。海洋環境噪音資料特性多樣，分成日、夜、月份、季節等，有不同變化。
以台灣附近海域而言，海洋環境噪音的可能來源包括：海洋亂流 (ocean turbulence)、航行船隻、風浪、降雨、海洋生物等。航行船隻的噪音主要在 10-50 Hz；降雨噪音的產生主要是雨滴撞擊海面時的聲音，加上雨滴撞擊海面過程產生氣泡所發出的聲音，主要集中在100-3,000 Hz；風浪所產生的噪音頻率在 50-50,000 Hz。針對海洋聲學之研究，Wenz等人於1962年發表的海洋聲音頻譜(Wenz curve)，呈現了多種聲源產生的噪音頻段，幫助後來研究海洋聲學的科學家，能夠更有條理的分辨環境中的音源。
圖：海洋聲源頻譜圖 (資料來源: Wenz curves (Wenz, 1962)，由Miksis-Oldsa等人 (2013) 重繪)
Reference
  1. Wenz, G. M. (1962). Acoustic Ambient Noise in the Ocean: Spectra and Sources. J. Acoust. Soc. Am., 34, 1936－1956. https://doi.org/10.1121/1.1909155.
  2. Miksis-Olds, J. L., Bradley, D. L., and Maggie Niu, X. (2013). Decadal trends in Indian Ocean ambient sound. J. Acoust. Soc. Am., 134(5):3464–3475. 41, 42, 56.
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