الميكروفون المائي

في بداية الحرب، وفّر الرئيس الفرنسي ريمون بوانكاريه لبول لانجفان التسهيلات اللازمة للعمل على طريقة لتحديد مواقع الغواصات عن طريق صدى النبضات الصوتية. وقد طوّرا ميكروفونًا مائيًا كهرضغطياً عن طريق زيادة قوة الإشارة باستخدام مضخم أنبوبي مفرغ ؛ وسهّلت المعاوقة الصوتية العالية للمواد الكهرضغطية استخدامها كمحولات طاقة تحت الماء. ويمكن اهتزاز نفس الصفيحة الكهرضغطية بواسطة مذبذب كهربائي لإنتاج النبضات الصوتية. ^{[ 3 ]}

كانت الغواصة الألمانية يو سي-3 أول غواصة يتم رصدها وإغراقها باستخدام ميكروفون مائي بدائي، وذلك في 23 أبريل 1916. رصدتها سفينة الصيد المضادة للغواصات تشيريو عندما كانت فوقها مباشرة ؛ ثم علقت يو سي-3 في شبكة فولاذية سحبتها سفينة الصيد، وغرقت بعد انفجار كبير تحت الماء. ^{[ 4 ] [ 5 ]}

في وقت لاحق من الحرب، شكّلت البحرية البريطانية لجنة علمية متأخرة لتقديم المشورة بشأن كيفية مكافحة الغواصات الألمانية. ضمت اللجنة الفيزيائي الأسترالي ويليام هنري براغ والفيزيائي النيوزيلندي السير إرنست رذرفورد . وخلصت اللجنة إلى أن أفضل أمل يكمن في استخدام الميكروفونات المائية للتنصت على الغواصات. أسفر بحث رذرفورد عن حصوله على براءة اختراعه الوحيدة للميكروفون المائي. تولى براغ زمام المبادرة في يوليو 1916 وانتقل إلى مركز أبحاث الميكروفونات المائية التابع للبحرية في هوك كريج على خور فورث . ^{[ 6 ]}

وضع العلماء هدفين: تطوير ميكروفون مائي قادر على سماع الغواصة رغم الضوضاء الصادرة عن سفينة الدورية التي تحمله، وتطوير ميكروفون مائي قادر على تحديد اتجاه الغواصة. وقد تم اختراع ميكروفون مائي ثنائي الاتجاه في كلية شرق لندن . حيث قاموا بتركيب ميكروفون على كل جانب من غشاء داخل علبة أسطوانية؛ وعندما تتساوى شدة الصوتين المسموعين من كلا الميكروفونين، يكون الميكروفون في خط مستقيم مع مصدر الصوت. ^{[ 7 ]}

صنع مختبر براغ ميكروفونًا مائيًا اتجاهيًا عن طريق تركيب حاجز أمام أحد جانبي الغشاء. واستغرق الأمر شهورًا لاكتشاف أن الحواجز الفعالة يجب أن تحتوي على طبقة من الهواء. ^{[ 8 ]} في عام 1918، أجرت مناطيد تابعة لسلاح الجو الملكي البريطاني، المشاركة في الحرب المضادة للغواصات، تجارب باستخدام ميكروفونات مائية مغمورة. ^{[ 9 ]} اختبر براغ ميكروفونًا مائيًا من غواصة ألمانية تم الاستيلاء عليها، ووجد أنه أقل كفاءة من النماذج البريطانية. وبحلول نهاية الحرب، كان لدى البريطانيين 38 ضابطًا متخصصًا في الميكروفونات المائية و200 مستمع مؤهل، يتقاضون أجرًا إضافيًا قدره 4 بنسات يوميًا. ^{[ 10 ]}

منذ أواخر الحرب العالمية الأولى وحتى إدخال السونار النشط في أوائل عشرينيات القرن العشرين، كانت الهيدروفونات هي الطريقة الوحيدة للغواصات لاكتشاف الأهداف أثناء غمرها؛ ولا تزال مفيدة حتى اليوم.

يستخدم هذا الجهاز عنصرًا واحدًا محولًا للصوت مع عاكس صوتي على شكل طبق أو مخروط لتركيز الإشارات، على غرار التلسكوب العاكس. يمكن تصنيع هذا النوع من الميكروفونات المائية من نوع متعدد الاتجاهات منخفض التكلفة، ولكن يجب استخدامه وهو ثابت، لأن العاكس يعيق حركته في الماء. ثمة طريقة جديدة للتوجيه تتمثل في استخدام جسم كروي حول الميكروفون المائي. وتكمن ميزة الكرات الموجهة في إمكانية تحريك الميكروفون المائي داخل الماء، مما يزيل التداخلات الناتجة عن العنصر المخروطي.

يمكن ترتيب عدة ميكروفونات مائية في مصفوفة بحيث تجمع الإشارات من الاتجاه المطلوب وتطرح الإشارات من الاتجاهات الأخرى. ويمكن توجيه هذه المصفوفة باستخدام مُشكِّل الحزمة . في أغلب الأحيان، تُرتَّب الميكروفونات المائية في "مصفوفة خطية" ^{[ 11 ]،} ولكن يمكن ترتيبها في ترتيبات مختلفة حسب الغرض من القياس. على سبيل المثال، في المقالة ^{[ 12 ]} ، تطلَّب قياس ضوضاء المراوح من سفن الأسطول استخدام أنظمة مصفوفات ميكروفونات مائية معقدة للحصول على قياسات قابلة للتنفيذ.

استُخدمت أجهزة الاستماع المائية SOSUS ، الموضوعة في قاع البحر والموصولة بكابلات تحت الماء، بدءًا من خمسينيات القرن الماضي، من قبل البحرية الأمريكية لتتبع حركة الغواصات السوفيتية خلال الحرب الباردة على طول خط يمتد من غرينلاند وأيسلندا والمملكة المتحدة يُعرف باسم فجوة GIUK . ^{[ 13 ]} تتميز هذه الأجهزة بقدرتها على تسجيل الأصوات تحت الصوتية ذات التردد المنخفض للغاية بوضوح ، بما في ذلك العديد من الأصوات المحيطية غير المفسرة .