Jump to content

2 TEORIA DEI SISTEMI SONAR


Totiano

Recommended Posts

Con questa discussione raggruppiamo tutto il materiale riguardante genericamente i sonar che il comandante Del Turco ci ha donato. ecco l'indice:

 

2.1 Lo stato del mare e il rumore conseguente 

2.2 Il rumore emesso dai bersagli

2.3 La trasmissione del suono in mare

2.4 Le basi idrofoniche dei sottomarini

2.5 La portata di scoperta del sonar passivo

2.6 Calcolatore dei parametri sonar

 

Link to comment
Share on other sites

  • 2 weeks later...

 Lo stato del mare e il rumore conseguente 

mare.jpg.91f3b4daba8fd2ea0ae415d767201c69.jpg

 

Discutendo sullo stato del mare ci si riferisce alle cause che provocano perturbazioni acustiche in mare e che, per loro natura, sono sempre presenti a diversi livelli, genericamente indicate come ''''rumore del mare'''', queste creano significative riduzioni delle portate di scoperta dei sistemi sonar.

 

Indice:

1- Lo stato del mare

 

2- Rumore del mare in funzione del suo stato

 

3- Utilizzo del diagramma

 

4- Livelli di tensione di rumore generati da un idrofono immerso in mare

 

5- Il rumore del mare e la probabilità di scoperta del bersaglio

 

6- Note

 

1- Lo stato del mare 

Allo stato del mare indicato con la sigla SS (''Sea State'') corrisponde, con notevoli tolleranze, l'ampiezza delle onde del mare H(m) secondo la tabella:

 

SS

0

1/2

1

2

4

6

H(m)

0 - 0.3

  -

0.3 -0.6

0.6 -0.9

1. 5-2.4

6 -

12

 

 Altre cause provocano perturbazioni acustiche in mare, perturbazioni non sempre presenti e dipendenti da diverse sorgenti di rumore, il livello di pressione di questi disturbi non è quantizzabile a priori a differenza del livello della pressione del rumore del mare che, con approssimazione, può esserlo con formule e grafici per i fenomeni dovuti a:

 

* Pioggia

 

* Fauna marina

 

* Traffico navale

 

* Cantieri navali

 

 

2- Rumore del mare in funzione del suo stato

 

Studi sullo stato del mare fanno riferimento al lavoro di Knudsen  e alle curve tracciate in figura 1.

  

fig. 1 livellorumore.jpg.5030ad09ceb4ac9cbc73769f178fa81f.jpg

 

Le curve indicano come varia la pressione acustica generata dal moto ondoso del mare in funzione dei due parametri fondamentali che caratterizzano la fisica del fenomeno:

 

* parametro 1 :

La pressione acustica generata dipende dallo stato del mare (SS) secondo le scritte a colori indicate in figura.

 

* parametro 2 :

La pressione acustica generata dal moto ondoso dipende dalla frequenza secondo l'andamento delle rette riportate in figura.

 

La figura mostra sei segmenti di retta diversamente colorati in dipendenza del valore dello stato del mare    ( SS ) ad esse attribuito.

 

Le ascisse indicano, in scala logaritmica a 3  decadi, il campo delle frequenze generate dal moto ondoso in un intervallo di valori che si estende da  100  Hz   a  100  kHz .

 

Le ordinate, in scala lineare, indicano i livelli di pressione acustica del rumore espressi come NL = x  dB / micro  Pascal / Hz *  (questa variabile è indicata con la sigla NL “Noise Level” (Livello spettrale del rumore) (1 micro Pscal = 1.01972e-11 kg/cmq)

 

Pressione acustica espressa in un intervallo esteso da 0 dB a + 100 dB con 20 divisioni da 5 dB/div.

 

La pendenza delle rette di -5  dB/ottava  indica come alle frequenze più basse il livello del rumore del mare sia molto più elevato che alle frequenze alte.

 

3- Utilizzo del diagramma

 

Generalmente il valore del livello spettrale del rumore del mare, NL, definito con la larghezza di banda di 1 Hz, viene aumentato se la valutazione del livello è fatta secondo una banda  di ricezione definita di ampiezza BW.

 

Computo di previsione in una data condizione ambientale con l'assunzione di tre variabili:

 

*stato del mare SS = 2

 

*frequenza centrale della banda da valutare ( f = 10  kHz )

 

*banda di frequenza entro la quale si valuta il rumore (  BW = 1000  Hz )

 

Per SS = 2 -retta blu- ed  f = 10  kHz  , si valuta il livello NL di pressione per  radice di Hz

 

NL = + 45 dB / micro Pa/ Hz 

 

L'utilizzo del dato calcolato consente di quantizzare il livello effettivo della pressione di rumore PBW nella banda  BW = 1000 Hz:

 

PBW = NL + 10 log BW  = +  45  + 10 log 1000

= + 75 dB/ micro Pa/BW.

 

4- Livelli di tensione di rumore generati da un idrofono immerso in mare

 

Considerando il caso del livello del rumore del mare per SS = 2 in banda BW = 1000 Hz si può avere un'indicazione del livello della tensione di rumore ai capi di un idrofono immerso in acqua, ad esempio per il modello prodotto dall'USEA per i sonar dei sottomarini Toti e Sauro riportato in figura 2:

idrofono.jpg.c6c4e1bd512feb4794292d02f48d8614.jpgfig.2

 

la sensibilità di questo manufatto è di  - 200 \ dB / V / micro Pa, se la pressione di rumore su di esso incidente è di  + 75 dB/ micro Pa/BW la tensione efficace generata ai suoi capi si computa secondo la relazione:

 

Vu = - 200  dB / V / micro Pa  + 75 dB / micro Pa/BW. = -125 dB /v = 0.56 microVolt efficaci in banda 1000  Hz.

 

La tensione Vu si presenta su di un oscilloscopio come in figura 3:

 

oscilloscopio.jpg.6b40775d054d090802ddf73a461c74fb.jpg fig.3

 

 

 

 

5- Il rumore del mare e la probabilità di scoperta del bersaglio

 

Il livello del rumore del mare incide nella   probabilità di scoperta del bersaglio in base al rapporto esistente tra la pressione acustica del rumore stesso e la pressione acustica generata dal bersaglio.

 

La valutazione della probabilità di scoperta sarà oggetto di nuova sezione.

 

6- Note

 

*Per ragioni tipografiche  nella scrita NL = x dB / micro  Pascal / Hz  l’indicazione Hz stà per radice di Hz 

 

*Sui decibel (dB): chiarimenti ed esempi  fruibili all'indirizzo:

https://github.com/sonar2020/APPENDICE/archive/main.zip

da pagina 457 a 462.

 

 

 

 

 

 

 

 

Edited by C. Del Turco
Link to comment
Share on other sites

 

Il rumore emesso dai bersagli

nave.jpg.1128e024048f89b3ab2b43c0f909e11a.jpg

 

Le portate di scoperta del sonar sono subordinate ai rumori dei semoventi navali a seguito delle loro attività dinamiche; generalmente i semoventi navali sono indicati come bersagli.

 

Indice:

 

1- Rumore dei bersagli

 

1.1- Diagramma di radiazione rumore delle navi

 

1.2- Rumore delle navi dipendente dalla velocità di navigazione

 

2- Utilizzo delle curve parametriche

 

3- Confronto tra rumore del mare e rumore del bersaglio

 

4- Rumore delle navi moderne

 

5- Note

 

1- Rumore dei bersagli

Il rumore dei bersagli  è caratterizzato dalle emissioni di onde acustiche in mare da parte dei semoventi. 

Il fenomeno interessa il calcolo delle portate del sonar passivo al pari del rumore del mare ma in senso opposto; il rumore del mare elevato ostacola la scoperta dei bersagli, il rumore emesso dalle navi è indispensabile per la loro scoperta.

 

1.1- Diagramma di radiazione rumore delle navi

 

La distribuzione del rumore attorno alla nave, figura 1, è illustrata con un particolare tracciato in coordinate polari detto a farfalla.

 

 farfalla.jpg.e73f79ecf361de3af77bd891aedb7e5a.jpg  fig.1

 

 

Le cause che provocano il rumore delle navi dipendono dai fenomeni sotto elencati:

 

| Cavitazione delle eliche

 

| Cavitazione dello scafo

 

| Eliche cantanti

 

| Assi eliche non equilibrati

 

| Motori principali ed ausiliari

 

1.2- Rumore delle navi dipendente dalla velocità di navigazione

 

Diagrammi del rumore emesso da un Cacciatorpediniere in figura 2 (Dati relativi a navi della II guerra mondiale)

 

 

livellorumore.jpg.8cfb4830e49f7175c6d6f588ae2d5d31.jpg  fig.2

 

Le curve, in coordinate cartesiane, mostrano come varia la pressione acustica, indicata con la sigla SL.

 

La sigla SL è un acronimo della indicazione inglese di Source Level (livello di pressione della sorgente acustica), generata dalla nave in funzione dei due parametri fondamentali che caratterizzano la fisica del fenomeno:

 

 

| - parametro 1 –

 

La pressione acustica generata dipende dalla velocità del semovente

 

| - parametro 2 –

 

La pressione acustica generata dipende dalla frequenza secondo l'andamento di quattro rette in dipendenza del valore della velocità della nave.

 

Nelle ascisse, in scala logaritmica a 3  decadi, il campo delle frequenze generate dal semovente in un intervallo di valori che si estende da 100  Hz   a 100  kHz.

 

Le ordinate, in scala lineare,  indicano i livelli di pressione acustica del rumore espressi come SL = x dB / micro Pa/ Hz /1  m.

Pressione acustica espressa in deciBel / micro Pascal per radice di Hz ad 1  m  , in un intervallo esteso da 0  dB  a + 200  dB  con 20 divisioni da 10 dB / div.

 

Le ordinate, in scala lineare,  indicano i livelli di pressione acustica del rumore espressi come SL = x dB / micro Pa/ Hz / 1  m.

Pressione acustica espressa in deciBel / micro Pascal per radice di Hz ad 1  m  , in un intervallo esteso da 0  dB  a + 200 dB  con 20 divisioni da 10 dB / div. 

La pendenza delle rette di -9  dB/ottava indica come alle frequenza più basse il livello del rumore della nave sia molto più elevato che alle frequenze alte.

 

2- Utilizzo delle curve parametriche

Computo di previsione del rumore di una nave con l'assunzione di tre variabili:

 

1 - velocità della nave in nodi, ( kn = 20   ) ; 1  kn  = 1.85  km / h  )

 

2 - frequenza centrale della banda da valutare (f = 10  kHz )

 

3 - banda di frequenza entro la quale si valuta il rumore della nave ( BW = 1000  Hz )

 

Per la velocità di kn = 20  -retta verde- ed   f = 10  kHz, abbiamo:

 

livello di pressione pari a + 123 \ dB / micro Pa / Hz / 1  m.

 

L'utilizzo del dato calcolato consente di quantizzare il livello effettivo

della pressione di rumore PBW  nella banda sopra definita di 1000  Hz

 

PBW = +  123 dB /  micro Pa / Hz / 1 m  + 10 log  BW =

+ 123  + 10 log 1000 = 123 + 30 = + 153  dB/ micro Pa / BW  1  m.

 

 

3- Confronto tra rumore del mare e rumore del bersaglio 

Il livello del rumore del mare incide nella   probabilità di scoperta del bersaglio in base al rapporto esistente tra la pressione acustica del rumore stesso e la pressione acustica generata dal bersaglio.

 

Confrontando ad esempio NL e SL in condizioni comuni  di f = 10000 Hz, BW = 1000 Hz il rumore del bersaglio è il rumore del mare sono:

 

Bersaglio = SL = + 153  dB/ micro Pa / BW / 1 m.

 

Mare = NL = + 75 dB/ micro Pa / BW.

 

Dai dati emerge che il livello di SL supera di 78 dB il livello di NL ma ad una distanza di 1m dal bersaglio, aumentando la distanza tra sonar e bersaglio, a causa di tre fenomeni fisici che andremo a indagare, il valore di SL può venire  attenuato  ben oltre i 78 dB rendendo difficoltosa o nulla la probabilità di scoperta.

 

 

4- Rumore delle navi moderne

Dati relativi a navi militari moderne non sono disponibili, per rumori delle navi di recente costruzione l'articolo:  Silents vessels in rete.

 

5- Note

 

*Per ragioni tipografiche  nella scrita SL = x dB / micro  Pascal / Hz  l’indicazione Hz stà per radice di Hz. 

 

*Sui decibel (dB): chiarimenti ed esempi  fruibili all'indirizzo:

https://github.com/sonar2020/APPENDICE/archive/main.zip

da pagina 457 a 462.

 

 

 

 

 

 

Edited by C. Del Turco
Link to comment
Share on other sites

La trasmissione del suono in mare

 

trasmissione.jpg.5738d089805acf181e451b1695481535.jpg

La trasmissione del suono in mare è dipendente da alcuni fenomeni fisici che penalizzano il regolare funzionamento dei sonar delle navi e dei sottomarini, questi sono:

 

Indice

1- L'anomalia termica

 

1.1- Il profilo della variazione della temperatura dell'acqua

 

2- Attenuazione per divergenza sferica

 

2.1- Attenuazione per divergenza sferico-cilindrica

 

3- Attenuazione per assorbimento

 

Dall'analisi di questi si determinano altrettante variabili che sono indispensabili per il calcolo di previsione della portata di scoperta dei sonar attivi e passivi.

 

 

1- L'anomalia termica

I raggi sonori che si propagano in mare sono suscettibili di deformazioni del loro percorso quando nelle zone di mare interessate la temperatura dell'acqua varia. Alle variazioni della temperatura corrispondono variazioni della velocità del suono in dipendenza della profondità.

I profili della variazione della temperatura dell'acqua possono assumere innumerevoli geometrie.

 

Il fenomeno si manifesta per quella parte dei raggi acustici emessi dalla sorgente la cui inclinazione raggiunge un particolare valore indicato come angolo limite; per angoli inferiori o superiori a detto angolo il percorso dei raggi è normale.

 

Questa anomalia provoca attenuazioni abnormi della pressione acustica sì da creare delle zone d'ombra dove il segnale acustico non può arrivare.

 

In figura 1 un tracciato di propagazione anomala in uno dei possibili casi dove:

 

a tratto rosso è indicato l'andamento della temperatura dell'acqua in funzione della profondità,

 

a tratto celeste è riportato  il raggio limite,

 

 in grigio la zona oscurata: lo spazio non percorso dai raggi acustici.

 anomalia.thumb.jpg.8b0df87b817e698873e031367a02cbda.jpg  fig.1

 

 

1.1.1- Il profilo della variazione della temperatura dell'acqua

 

Il profilo della variazione della temperatura indicato è uno dei molteplici che possono verificarsi in mare; può essere, ad esempio, costante per il primo intervallo di quota e variabile nel secondo tratto.

 

Un raggio acustico che si propagasse normalmente in corrispondenza della costanza della temperatura, piegherebbe verso il basso dall'inizio dell'intervallo dove la temperatura inizia a decrescere.

 

Nella zona d'ombra che si generasse per la deformazione del percorso del raggio acustico, la pressione emessa dalla sorgente sarebbe praticamente nulla.

 

Il calcolo delle traiettorie  dei raggi acustici un mare è uno dei più complessi relativi alle problematiche di acustica subacquea, i primi studi risalgono all'epoca della seconda guerra mondiale, studi eseguiti con pesantissimi calcoli di tipo manuale, oggi sono disponibili software in grado di calcolare e tracciare i percorsi dei raggi acustici una volta inserita la variabile indipendente relativa alla legge di variabilità della temperatura in acqua.

 

2- Attenuazione per divergenza sferica

Il fenomeno è relativo all'espandersi del suono generato da una sorgente acustica secondo le superfici di una sfera.

 

In tali condizioni la pressione acustica si riduce secondo il quadrato della distanza dalla sorgente.

 

Questo tipo di propagazione è indipendente dalla frequenza emessa dal generatore ed è illustrato nel diagramma di figura 2:

 

curvaatt.thumb.jpg.f9274f518ac984146a5ca5853e4bf0e6.jpgfig. 2

 

L'attenuazione del suono per divergenza  è  distinta con la sigla inglese TL (Target Loss) 

 

Il TL ( attenuazione del livello acustico emesso da un bersaglio in funzione dalla distanza da esso ) segue l'andamento della funzione:

 

TL = 60 + 20 log R

 

Dove:

 

 TL  in   dB

 

R in  km

 

Ad esempio la coppia delle due variabili caratteristiche:

 

* ascissa  R = 1   km 

 

* ordinata  TL = 60  dB 

 

indica come la pressione dell'onda acustica si riduca da uno ( Il valore unitario indica la pressione acustica generata dal bersaglio ad un metro di distanza da esso) ad un millesimo dopo aver percorso un tratto di mare di mille metri.

 

1.3- Attenuazione per divergenza sferico-cilindrica

 

Il fenomeno della propagazione avviene, oltre che per onde sferiche, anche per onde cilindriche quando, in acque poco profonde,  le onde subiscono l’effetto riflettente del fondo e della superficie del mare.

 

In tal caso si ha una combinazione dei due modi di propagazione, nel primo tratto del percorso dalla sorgente, per circa  1000  m , si verifica lo spostamento dell’energia acustica secondo onde sferiche, dopo si stabilisce, per effetto delle riflessioni il modo cilindrico; da  1000 m  in poi la pressione del suono si riduce linearmente secondo la distanza dalla sorgente.

 

Questo tipo di propagazione è indipendente dalla frequenza emessa dal generatore.

 

 

sfecil.jpg.d07c65b8df8de8db2e6d4c4f0b917307.jpg fig. 3

 

L'attenuazione del suono per divergenza sferico cilindrica   segue l'andamento della funzione:

 

TL = 60 + 10 log R

 

Dove:

 

TL  in  dB

 

R  in  km

 

In figura 3

''ad  esempio la coppia di variabili''

 

* ascissa  R = 10   km 

 

* ordinata   TL = 70 dB 

 

indica come la pressione dell'onda acustica si riduca da uno  a dieci milionesimi dopo aver percorso un tratto di mare di diecimila metri.

 

La diffeenza d'atenuazione tra la propagazione sferica e questa dipende dall'espressione logarimica:

 

diff(dB) = 10 Log R

 

ad esempio:

alla distanza  R = 8  km  la differenza delle attenuazioni  è  diff = 9 dB  la differenza operativa può stare nella possibilità di scoprire il bersaglio o non scoprirlo per niente.

 

 

1.4- Attenuazione per assorbimento  

Il fenomeno è determinato dall'attenuazione del suono in mare a causa dell'attrito delle onde acustiche nel mezzo di trasmissione, è dipendente dalla frequenza della sorgente, l'andamento del fenomeno è riportato graficamente in figura 4:

  

attenuazione.thumb.jpg.32e5e786c28bc741a101e803d7774fec.jpgfig.4

 

 

L'attenuazione per assorbimento (alfa) segue la legge di W H Thorp ed è espressa in dB/km

 

''Esempio di calcolo''

 

Calcolo attenuazione per assorbimento:

 

* Frequenza del segnale emesso dal bersaglio  f = 10  kHz

 

* Distanza del bersaglio R = 20  km

 

Dalla figura 4 per  f = 10  kHz  si ha:  Att = 1  dB / km

 

Alla distanza di  20 km dal bersaglio l'attenuazione  Attr  del suo rumore per assorbimento è:

 

 Attr = 1  dB / km  x 20  km = 20  dB

 

''In altri termini: la pressione dell'onda acustica di frequenza pari a diecimila Hertz emessa dal bersaglio si riduce da uno (con il valore uno s'intende la pressione acustica generata dal bersaglio ad un metro di distanza da esso) a 0.1  dopo aver percorso un tratto di mare di ventimila metri.

 

 

 

1.5- L’attenuazione globale

 

I fenomeni d’attenuazione del suono in mare si verificano praticamente in modo contemporaneo:

 

per fondali marini  superiori ai 1000 m  sono  sempre presenti   l’attenuazione per divergenza sferica e l’assorbimento.

 

 

per fondali marini  inferiori ai 1000 m presenti   l’attenuazione combinata sferico cilindrica e l’assorbimento.

 

 

se si verifica il caso dell’anomalia termica l’attenuazione è, in via teorica, infinitamene grande.

 

I computi delle attenuazioni combinate sono alla base dei calcoli di portata del sonar dai quali emergono le percentuali di probabilità di scoprire il bersaglio e le annesse probabilità di falso allarme.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Edited by C. Del Turco
Link to comment
Share on other sites

Comandante Del Turco, complimenti!

:smiley19: :smiley19: :smiley19:

Grazie per aver postato non uno, ma diversi approfondimenti su temi così tecnici e per me molto appassionanti.

 

Personalmente apprezzo molto l’altissimo livello di questi contenuti, anche se temo che nella lettura avrò (o avremo) bisogno di qualche ulteriore delucidazione.

Per questo non esiterò a porre delle domande, anche perché personalmente conosco l’acustica solo in aria, ma per l’acqua ho delle serissime deficienze.

 

Per esempio, il capitolo della divergenza sferico-cilindrica per me è interessantissimo.

Io non avrei mai detto che si potesse pensare ad una propagazione cilindrica e non sferica delle onde in campo libero, o meglio on quello che che al profano “sembra” campo libero.

Il fatto è che, ragionando sulle piccole dimensioni a cui sono abituato, non riuscivo ad immaginare che il fondale fosse “basso” se paragonato ai vari km di distanza da cui si effettua l’ascolto.

Al massimo, io avrei supposto un effetto di baffle se il target è vicino al fondale (il che genera l’emissione in una semisfera e non in una sfera): questo avrebbe ridotto la IL di 6 dB (perché raddoppio la SPL) ma senza cambiare la dipendenza dal raggio (che qui invece passa da 20 log R a 10 log R!).

Molto, molto interessante. Grazie!

 

Del resto, anche lo stesso computo delle distanze in km e non in metri è per me una novità assoluta: ammetto di averci pensato un po’ su quando ho visto quei 60 dB di TL, ma poi ho capito che era solo il risultato del passaggio da 1 m a 1 km...

 

Grazie quindi per aprirmi gli occhi, sia qui che, ne sono certo, anche nei prossimi post. Continuerò a leggere con molta attenzione.

_______

 

P.S. Ho solo un’ultima curiosità: nell’acustica che conosco IL significa Insertion Loss. In questo ambito diventa invece Target Loss?

 

Grazie e complimenti ancora!

Link to comment
Share on other sites

Buon giorno 

 

La ringrazio per il messaggio, cercherò di essere sempre all'altezza delle vs esigenze.

 

La variabile da lei indicata con  I L si riferisce all'attenuazione del livello di un generatore una volta caricato con  l'utilizzatore,  la variabile Target Loss in acusica subacquea indica di quanto scende il livello del rumore emesso dal bersaglio (Target) in funzione della distanza da esso.

Edited by C. Del Turco
Link to comment
Share on other sites

Le basi idrofoniche dei sottomarini

                                                              

 

Base idrofonica cilindrica

                                             (Sottomarino Cl. Sauro)basecilindrica.jpg.8ed5f22212eae23e0f7fffd7bc928b3e.jpg

 

Le basi idrofoniche nei sottomarini [sono l'insieme degli idrofoni [collocati all'esterno dei semoventi e sono parti essenziali del sonar.

Molteplici forme di basi idrofoniche sono impiegate nei sistemi di localizzazione subacquea: a struttura quadrata, cilindrica, conforme al profilo della scafo, rettilinea, sferica].

 

Per le basi idrofoniche sono studiate  due funzioni matematiche nominate rispettivamente "caratteristica di direttività" e "guadagno di cortina";  queste funzioni subordinano le portate di scoperta dei sonar.

 

1- Esempio per le basi idrofoniche dei sottomarini Cl. Sauro

 

-Base idrofonica ricevente in bassa frequenza  a prua nella parte inferiore del battello ( colore verde)

 

(Tecnologia) 46 idrofoni piezoelettrici a stecca  montati come cortina a proravia del battello -base conforme-.

 

-Base idrofonica ricetrasmittente in alta frequenza

 

(Tecnologia) 360 trasduttori elettroacustici del tipo Tompilz  sulla superficie laterale di un cilindro montato nella parte alta della prua del sottomarino (colore rosso)

 

-Base idrofonica a media frequenza per misuratore passivo della distanza (colore blu)

 

(Tecnologia) 6 pinne a mosaico rettangolare d’idrofoni piezoelettrici a dischetto montati lungo i fianchi superiori dello scafo.)

 

 Vista in dettaglio della collocazione delle basi acustiche 

 

In figura 1  sono mostrate, indicativamente e non in scala tra loro, le disposizioni delle tre basi idrofoniche del Sauro.

 

basisauro.thumb.jpg.a9914751c86eb505289f54929968bc8a.jpgfig.1

 

La base idrofonica per la ricezione dei segnali acustici in bassa frequenza collocata sotto il falso scafo del battello,  non è visibile dall'esterno; l'insieme degli idrofoni è detto base conforme.  Il nome ad indicare che la cortina idrofonica è conforme al profilo prodiero del sottomarino

 

La base cilindrica, sia per la ricezione idrofonica in alta frequenza, sia per la trasmissione, è collocata in alto a prua sotto la cuffia idrodinamica facente parte della prua del sottomarino.

 

2- Curve di direttività e guadagno basi acustiche

La curva di direttività espressa con il simbolo,  R (a) , rappresenta la variazione di sensibilità della base in funzione della direzione della sorgente acustica.

La curva di guadagno, espressa con il simbolo G ( f ), indica l'entità dell'abbattimento del rumore ( N ) rispetto al livello del segnale  ( S ).

I calcoli delle caratteristiche di direttività  R(a) , relativi a basi idrofoniche con profili regolari: retta, cerchio, quadrato, ecc, trovano nella letteratura specialistica le formule matematiche per il loro sviluppo. {{cita|Stenzel|pp. 27 - 30}}.

Nel caso del calcolo della direttività di una base conforme (con geometria non regolare), un tempo, si divideva questo profilo in parti per poi calcolare la direttività di ogni singola parte con l’aiuto degli algoritmi di Stenzel.

Oggi il problema del calcolo della Ra)  di una base conforme viene svolto, via software, inserendo nel computer le coordinate di ciascun idrofono che la compone.

In generale, per semplificare le procedure di calcolo, si assimilano i profili curvi di basi idrofoniche nelle loro proiezioni su di un segmento di retta (La proiezione è di fatto una base idrofonica rettilinea alla quale applicare gli algoritmi di calcolo relativi a tale profilo) <consentendo, con discrete approssimazioni, il computo di R(a)  e  G(f).

 

2.1- La direttività

541628073_diretivit.jpg.0165fad180896315331d8c72f9179a27.jpg

 

L'algoritmo è tedioso da calcolarsi con carta e penna; con l'aiuto di  un P.C, una volta implementato in una routine di calcolo, si possono ottenere risultati attendibili come mostra l'esempio in figura 2:

dircurva.thumb.jpg.6eda2e44d5d24ac12f97319ca97c228c.jpg

 

Per chiudere il paragrafo si ricordi ancora che 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 ( Idrofoni ) ottenuta sommando i contributi di tensione generati dai singoli idrofoni opportunamente ritardati, è governata da leggi matematiche, analoghe a quella esposta, che consentono di calcolare l'andamento della loro somma in funzione di diverse variabili.

 

2.2 Il guadagno


L'andamento del guadagno di cortina G ( f ) è stato esteso a basi di forme geometriche regolari con formule di calcolo semplificate. 

Nel testo specialistico in bibliografia {{Cita| Pazienza p. 137}}  è riportata un’utile esposizione delle formule più significative del “fattore di direttività”, dal reciproco del quale, come accennato, discende la  G(f)  di una base rettilinea per la frequenza media della banda  f  è dato dalla funzione:

 

guadagno.jpg.673c9746c984cc88185960f04ecc8c8c.jpg

 

curvaguad.jpg.74535de59dfb8560419da1f183e63c3e.jpg fig.3

 

La curva di fgura 3  mostra come, con l'incremento della frequenza, aumenti il guadagno di cortina a tutto vantaggio dell'abbattimento dei rumori presenti in mare. Osservazione: {\displaystyle G(f)} è il reciproco della funzione indicata come fattore di direttività.

 

La formula consente il calcolo del guadagno in termini di numeri decimali, nell'impiego del G(f) per il calcolo della portata di scoperta del sonar il G(f) viene espresso in decibel ed indicato con la sigla DI (Directivity Index); ad esempio per  f= 8000 Hz  G(f) = 28  il valore del DI è  

 

DI = 10 Log  G (f)= 10 Log 28 = 14.5 dB.

 

 

 

 

Edited by C. Del Turco
Link to comment
Share on other sites

La portata di scoperta del sonar passivo

 

 

La portata di un sonar  indica in generale la probabile distanza alla quale un sonar può scoprire un bersaglio. La portata di scoperta non è un dato certo ma una valutazione di carattere probabilistico.

 

Il calcolo della portata di scoperta di un sonar passivo si ottiene dalla soluzione del sistema trascendente in R dove tutte le variabili indicate sono  in  lingua inglese ed espresse in decibel:

 

Sistemadistanza.jpg.492bd513162dc2a5df8cac46bd687471.jpg

 

Le variabili  del sistema sono già state illustrate nei seguenti POST:

 

* Trasmissione del suono in mare

TL (Target Loss) = Attenuazione del segnale del bersaglio

alfa = coeff. d'assorbimento  in dB/km

R (Range) = distanza bersaglio sonar

Propagazione sferica

 

 

* Il rumore emesso dai bersagli

SL  (Source Level) = Livello del rumore emesso dal bersaglio

BW (Bandwidth) = Banda di ricezione del sonar

 

 

* Le basi idrofoniche dei sottomarini

DI  (Directvity Index) = Direttività della base ricevente

 

 

* Il rumore del mare

NL ( Noise Level) = Livello del rumore del mare

 

 

*Variabile da definire

Il DT (Detection Threshold) = Soglia di rivelazione sarà illustrato in prossimi POST

 

La soluzione del sistema

Nel 1960, ai tempi dei sottomarini  Cl. Toti,  la soluzione possibile del sistema era un metodo grafico numerico che, anche se tedioso nelle computazioni, consentiva un risultato sufficientemente preciso.

Oggi con l'impiego di P.C  e routine di calcolo iterativo il risultato si ottiene in pochi secondi, dopo però lo studio e la sperimentazione delle routine stesse.

 

In questo POST per non gravare il lettore con elaborati sviluppi  informatici nel tentativo di una soluzione  su P.C. si preferisce impiegare  il vecchio metodo del 1960.

 

Il vecchio metodo di calcolo consiste nel tracciamento in un sistema di assi cartesiani  della funzione  in TL ricavata dalla prima equazione del sistema, calcolata punto per punto in funzione di R .

 

Il tracciato cartesiano vede le ascisse nella variabile R espressa in km e le ordinate nella variabile TL  espressa in decibel.

 

Si completa il grafico tracciando una retta parallela delle ascisse secondo la funzione  in TL ricavata dalla seconda equazione; l'ascissa del punto d'incontro risolve il sistema.

 

Esempio di calcolo

 

Data la serie delle seguenti variabili risolviamo un sistema:

 

portata56.thumb.jpg.070feebbe8bc4c0ee1c1d740db7a28e5.jpg

 

La soluzione del sistema porta ad una distanza di scoperta di 56 km.

 

Si osservi che  la curva della prima equazione del sistema nel grafico risulta a tratto continuo perche è stata tracciata con una procedura automatica, in realtà sviluppando l'esercizio per un numero discreto di valori di R il tracciato sarà naturalmente una punteggiata, tanto più fitta tanto più elevati i saranno i punti di calcolo

 

Il valore della variabile DT specificato numericamente per l'esercizio in DT = 19,  è l'elemento che   porta la valutazione della portata di scoperta di carattere probabilistico.

 

Il DT condiziona la percentuale delle volte che il bersaglio venga scoperto alla disanza R , condiziona inoltre la percentuale delle volte il valore di R  sia errato a causa delle condizioni di lavoro.

 

Per il computo del DT  si dovranno valutare  algoritmi adattati ai processi di  rivelazione dei segnali  nel sonar, 

 

 

 

 

Edited by C. Del Turco
Link to comment
Share on other sites

Calcolatore dei parametri sonar

1- Storia

Nel periodo tra il 1993 e il 2005  ho svolto attività didattica presso l'arsenale Militare di La Spezia trattando temi attinenti al sonar ;  tra i diversi  materiali d'insegnamento il calcolatore a slitta in cartoncino edito dalla Raytheon, figura 1, fu d'uso molto comune.

 

regolo.jpg.c5bd87a3a7dc3d4f77fa289c8983b471.jpgfig.1

 

Il calcolatore Raytheon forniva le diverse grandezze che servivano a computare le variabili sonar, stava poi all'operatore combinarle secondo la teoria corrente e trasformarle in grafici. Queste procedure richiedevano anche giornate di lavoro.

 

Visto lo sviluppo dell'informatica dalla data di produzione del calcolatore fui sollecitato a studiare un software, in grado di girare su P.C. che potesse sostituire al meglio il vecchio sistema di calcolo.

 

Nella fase di sviluppo del software vennero ampliate notevolmente le capacità di calcolo del regolo Raytheon   rendendo il nuovo calcolatore in grado di computare le portate di scoperta del sonar sia passivo che attivo, di tracciare i grafici di tutte le funzioni in tempi di alcuni minuti necessari all'introduzione delle variabili del problema.

 

Il tutto venne strutturato in  file exe, titolato SONARMATH, distribuito a chi d'interesse.

 

Allora i sistemi antivirus dei P.C. non erano tanto sviluppati si da rifiutare l'impiego dell'eseguibile e l''uso del calcolatore non presentò alcun problema.

 

Il software in forma d'eseguibile è ora scaricabile da questo POST semplicemente, ma se ritenuto necessario  dopo controllo antivirus.  

 

2- Come si presenta il SONARMATH sonarmath.exe 

 

Al lancio del programma sul P.C. compare la schermata di figura 2:

 

uno.thumb.jpg.958465d392c460e4489dae6b8da6283a.jpgfig.2

 

 

L'impiego di questo strumento, versione perfezionata del 2010, può interssare chi, per studio, interesse, lavoro deve trattare le variabili inerenti al sonar, quali ad esempio quelle già illustrate nei post:

 

Il rumore emesso dai bersagli

La trasmissione del suono in mare

Le basi idrofoniche dei sottomarini

La portata di scoperta di un sonar passivo

 

Per accedere alla pagina di selezione argomenti clk sul logo del sottomarino di figura 3, si ha:

 

 

selettore2.jpgfig.3

 

3- Impiego  del calcolatore

Il pannello di selezione contiene 13 pulsanti così distribuiti: dal n° 1 al n°11 per l'esecuzione delle funzioni sovrascritte, i l n° 12  e il 13  mostrano una raccolta  di  algoritmi e informazioni varie.

 

3.1 Pulsante 1 : Calcolo del livello spettrale del rumore del mare

Il pannello di calcolo si presenta come in figura 4:

 

uno.jpg.0055be5b68bea64d098ade76b44d4611.jpgfig. 4

In figura un calcolo d'esempio è già impostato e risolto per f = 10 kHz e  SS =2

risulta  NL =  45.2 dB/micro Pa/ Hz ( radice di Hz).

 

Se pigiamo il pulsante grafici otteniamo tutta la fiamiglia di curve  relative al rumore del mare, figura 5:

unodisegno.jpg.34e25162317377ad2ea703dc7280cf35.jpgfig.5

 

3.2 Pulsante 2 : Calcolo del livello spettrale del rumore emesso da un CT (Cacciatorpediniere 2^ guerra mondiale)

 

Il pannello di calcolo si presenta come in figura 6:

 

duect.jpg.bc32bf1d5b52aa715ee5a68b2c44c65f.jpg fig.6

 

In figura un calcolo d'esempio è già impostato e risolto per f = 1 kHz e  Velocià = 10 kn

risulta  SL =  127.5 dB/micro Pa/ Hz ( radice di Hz).

 

Se pigiamo il pulsante grafici otteniamo tutta la fiamiglia di curve  relative al rumore di un CT figura 7:

duectgrafico.jpgfig.7

 

 

3.3 Pulsante 3 : Calcolo attenuazione per propagazione

 

Il pannello di calcolo si presenta come in figura 8:

 

tremath.jpg.c3d25665f745daba151e2e92640bd905.jpgfig.8

 

in figura un calcolo d'esempio è già impostato e risolto per f = 1 0 kHz ,  distanza R = 7 km, propagazione sferica:

risulta attenuazione  per divergenza TL =  76.9 dB, attenuazione per assorbimeno att= 7.6 dB. 

 

Pigiando il pulsante grafici si hanno le curve di figura 9:

 

tremathgrafica.jpg.4b2bc41a1c2b3a18aa64480fed0d4ba3.jpgfig.9

 

 

3.4 Pulsante 4 : Calcolo direttività trasduttore circolare

 

Il pannello di calcolo si presenta come in figura 10:

 

calcdiret.jpg.af6f69c2b5ee871260d7d0e90fc5ed79.jpg   fig. 10

 

E mostrata la curva di diettività  per F = 10 kHz e Diam. = 0.5 m ed i valori caraeristici ivi ricavati.

 

 

3.5 Pulsante 5 : Calcolo direttività base lineare

 

Il pannello di calcolo si presenta come in figura 11:

 

dirdue.jpg.8ec764e6307e58a06e46eb2bee542abf.jpgfig.11

E mostrata la curva di diettività  per F = 10 kHz e  Lunghezza =  1 m  ed i valori caraeristici ivi ricavati.

 

3.6 Pulsante 6 : Calcolo della frequenza Doppler

 

Il pannello di calcolo si presenta come in figura 12:

 

fig. 12doppler.jpg.1d7cf58cb864f257c909ab75cea9bcea.jpg

 

Per F = 10 kHz e velocità nave =15 kn la freq. Doppler= 104 Hz

 

 

3.7 Pulsante 7 : Calcolo distanza bersaglio  mediante riflessione sul fondo

 

Il pannello di calcolo si presenta come in figura 13:

 

 

 

fondo.jpg.fd978ff2110a77985f5742ccd9c18080.jpg

fig.13

 

3.8 Pulsante 8 : Calcolo del guadagno di direttività di una sorgente retangolare o quadrata

 

Il pannello di calcolo si presenta come in figura 14:

 

guadagno.jpg.a51f878fc2a30b757b9b71a44616bc67.jpg

 

fig.14

 

 

 

3.9 Pulsante 9 : Metodi di correlazione applicati all'acustica subacquea

 

Il pannello di calcolo si presenta come in figura 15:

fig.15corelazione.jpg.c5f6ffe53ee2eaa005136e64514a5352.jpg

 

3.10 Pulsante 10 : Calcolo portata sonar passivo (propagazione normale)

l pannello di calcolo si presenta come in figura 16:

 

fig. 16passivo.jpg.3fb154dc031bad1145b9c3adae9326ea.jpg

 

Nel pannello sono gia sate digitale le variabili di  prova indicate a caratteri celesti.

 

Nel pannello sono gia state digitale le variabili di  prova indicate a caratteri celesti.

Il calcolo della portata  viene eseguito in due modi:  Con soluzione grafica, come agli inizi degli sdudi, o con metodo numerico iterativo dove su di un label viene presentaa in forma numerica la il valore calcolato.

 

3.11 pulsane 11 : Calcolo portata sonar attivo (propagazione normale)

 

l pannello di calcolo si presenta come in figura 17:

 

fig.17attivo.jpg.5c725d68b41955a71dc5671e33fefda1.jpg

 

 

Nel pannello sono gia sate digitale le variabili di  prova indicate a caratteri celesti.

Il calcolo della portata  viene eseguito in due modi:  Con soluzione grafica, come agli inizi degli sdudi, o con metodo numerico iterativo dove su di un label viene presentaa in forma numerica la il valore calcolato.

 

 

 

Edited by C. Del Turco
Link to comment
Share on other sites

Ch.mo Comandante (e ritengo che il “Chiarissimo” sia più che meritato!),

continuo a seguire con attenzione questi interessanti argomenti; avrei già ulteriori domande o curiosità specifiche, che espliciterò in seguito.

 

In questa sede, invece, mi permetto di dare qualche suggerimento sulla proposizione degli argomenti, che sono certamente interessanti, ma che secondo me meritano qualche affinamento.

Non mi riferisco certo al testo o all’uso di formule e grafici, che trovo già ottimali, ma al modo e alla cadenza con cui i post vengono pubblicati.

Nel mio caso, per esempio, i miei impegni mi consentono di leggere questi post con la dovuta attenzione soltanto un paio di volte alla settimana. Considerando che desidero rileggere più volte per approfondire, sono già rimasto indietro!

In questo momento vorrei preparare un post di riposta in cui chiedo maggiori info sulle formule per il calcolo della portata, che per me sono il cuore della discussione affrontata sinora, visto che al loro interno utilizzano molti dei concetti precedenti.

Però ad oggi ci sono già un altro paio di post successivi, che per ora sto trascurando.

Sono indietro…

Probabilmente, un solo nuovo argomento a settimana basterebbe: tempo ne abbiamo, ed è meglio lasciare spazio a noi profani per digerire bene il tutto, piuttosto che “sprecare” queste interessantissime “munizioni”.

Ecco il mio modesto parere.

Fra l’altro, buoni indicatori della ricezione dei nuovi argomenti potrebbero essere il numero delle volte che il post è stato letto (che viene indicato sotto al titolo del thread) ma anche le domande che ne nascono. Potrebbero aiutarla a calibrare meglio il ritmo.

 

Vorrei poi sollevare un secondo tema, legato alle specifiche modalità di pubblicazione in questo forum.

Di solito, un singolo thread (ovvero una singola discussione che compare nell’indice con un solo titolo) accorpa più post (ovvero pubblicazioni successive da parte dell’autore), che sviluppano l’argomento di massima nei suoi diversi aspetti.

Se posso, vorrei fare l’esempio di un mio vecchio thread tecnico sul bilanciamento dei sottomarini radiocomandati:

Come si vede, il thread unico è facilmente reperibile ed apribile in blocco, così che il lettore possa usarlo per intero senza dover aprire e chiudere le diverse sotto-discussioni dall’indice degli argomenti (che fra l’altro è dinamico e quindi potrebbe anche sfalsare la sequenza temporale inizialmente proposta)

Quindi è meglio una sola discussione per ogni macro-argomento, questo è il mio modesto suggerimento.

 

_________

 

Mi permetto di fare queste segnalazioni nella speranza che non offendano ma al contrario aiutino, rendendo questi argomenti più fruibili da tutti noi.

Naturalmente attendo i suoi commenti. Se concorderà di procedere su questa strada, il mio suggerimento è di accorpare i vari thread in 2 o 3 discussioni riassuntive al massimo.

Personalmente li accorperei come segue, ma naturalmente ogni altra soluzione è ben accetta:

 

Thread: “SISTEMI SONAR BATTELLI M.M. (TECNICA E STORIA)”

 1. Sonar sottomarini Cl Sauro

 2. Sonar d’emergenza FALCON

 3. Note storiche dei misuratori passivi della distanza in mare

 4. … prossimi argomenti …

 

Thread: “TEORIA DEI SISTEMI SONAR”

 1. Il rumore emesso dai bersagli

 2. La trasmissione del suono in mare

 3. Le basi idrofoniche dei sottomarini

 4. La portata di scoperta del sonar passivo

 5. Calcolatore dei parametri sonar (lo metterei qui, anche se il primo paragrafo è storico e potrebbe anche andare nell’altra discussione)

 6. … prossimi argomenti …

 

A corredo, si potrebbe anche inserire dentro al primo post di ciascun thread accorpato un indice in continuo aggiornamento. Per farlo in modo retroattivo, è possibile cliccare sul pulsante “modifica” ed inserire del testo nel primo post della discussione, aggiornandolo in modo reiterato quando un nuovo post viene pubblicato in quel thread.

 

In questo modo si potrebbe anche aggiungere la corretta numerazione dei post nell’ambito della discussione.

Come si vede sopra, io ho provato a numerare i titoli: se fosse così per tutti i paragrafi, certo ne risulterebbe un’opera più fruibile. E dico “opera” perché per me lo è: un testo esaustivo sulla teoria dei sonar, che quindi merita una struttura interna adeguata per essere fruito al massimo.

(per esempio, anziché scrivere nel post del “Calcolatore dei parametri sonar” i riferimenti a “Rumore emesso…”, La trasmissione del suono…”, “Le basi idrofoniche…” etc, sarà molto più facile scrivere “Rif 1.1, 2.1, 3.1”, etc…)

 

_________

 

Cosa ne pensa? Se vogliamo procedere così, sono certo che il Dir @Totiano sarà disponibile ad accorpare le discussioni come gli vorrà segnalare.

Un sentito grazie. Sia per avermi letto, che per il grosso contenuto tecnico che ci sta regalando.

 

Link to comment
Share on other sites

Caro comandante, grazie
 

Ecco le rispose in ordine di richiesta:

 

1°) Ritengo utile un post alla settimana per non ingolfare l’accessibilità.

 

2°) Ottimo il parere di accorpare gli argomenti come indicato; la disposizione da lei suggerita è buona.

Non avendo esperienza della piattaforma le sarei grato se lei iniziasse la nuova disposizione alla quale poi io darei seguito regolandomi sul già fatto.

 

Saluti Del Turco

 

 

Edited by C. Del Turco
Link to comment
Share on other sites

Va bene, grazie del lavoro di ristrutturazione.

 

Tirerò a finire il calcolatore, dopo ho intenzione di preparare dei post con indicazioni delle pubblicazioni fatte negli anni da proporre liberamente e scaricare in pdf, questi di fatto non sarebbero subito elementi di studio ma materiale d'archivio per future consultazioni. 

 

 

Link to comment
Share on other sites

Buon giorno 

 

Mi sembra un bel lavoro, se si potesse rendere in grasetto il titolo forse sarebbe più visibile.

 

In attesa del prossiomo se si potesse fare una terza sezione per accogliere utte le pubblicazioni da scaricare liberamente in pdf.

 

Nel caso poi che scaturisse qualche altro gruppo di argomenti si potrebbe preparare il conenitore.

 

A proposio della frequenza di pubblicazione dei post faccio presente che il materiale disponibile è notevole e che per la data la mia classe, 1932,  un poco d'ansia c'è, avrei piacere di spostare più argomenti possibili.......

 

Abbiate pazienza

Grazie

Del turco.

 

Aggiungo: per inettitudine ho postato per 3 volte in modo errato sui testi e le pubblicazioni tencniche , se vuole usarmi la cotesia di cancellarle, grzie mi scuso

del urco

Edited by C. Del Turco
Link to comment
Share on other sites

12 hours ago, C. Del Turco said:

Buon giorno 

Mi sembra un bel lavoro, se si potesse rendere in grasetto il titolo forse sarebbe più visibile.

Grazie. non sono sicuro di avere capito la richiesta:  I titoli sono gia in grassetto, se invece si riferisce al titolo della discussione, non pè modificanile. L grasseto compare nell'elenco delle discussioni quando la stessa non è stata ancora visualizzata 

 

Quote

In attesa del prossiomo se si potesse fare una terza sezione per accogliere utte le pubblicazioni da scaricare liberamente in pdf.

In genere le pubblicazioni le inseriamo in biblioteca, che non è visibile a tutti. Comunque, procedendo qui in tecnica,  è sufficiente che apronti un primo post che riporterà l'indicje e modificheremo di volta in volta 

 

Quote

Nel caso poi che scaturisse qualche altro gruppo di argomenti si potrebbe preparare il conenitore.

Idem per le pubblicazioni, un post principale e a seguire i post con i dati 

 

Quote

A proposio della frequenza di pubblicazione dei post faccio presente che il materiale disponibile è notevole e che per la data la mia classe, 1932,  un poco d'ansia c'è, avrei piacere di spostare più argomenti possibili.......

 

Abbiate pazienza

Grazie

Del turco.

Comprendo, posti quando vuole e li leggeremo appena possibile, unico peccato sara il non potersi confrontare subito 

 

Quote

Aggiungo: per inettitudine ho postato per 3 volte in modo errato sui testi e le pubblicazioni tencniche , se vuole usarmi la cotesia di cancellarle, grzie mi scuso

del urco

 

Non li cancello,  veli rendo invisibili nel caso servissero in futuro per creare indici o altro.

 

IN ULTIMO_

Ho modifcato la discussione aggiungendo l'indice (purtroppo non ho piu post di DelTirco da impiegare per fare l'indice che abbiano una data corretta, ho dovuto impiegare uno dei miei).

Per favore verificate se torna tutto o ho dimenticato qualcosa

Link to comment
Share on other sites

Egr. CV

 

1)Ho preferito scrivere soltando download libero

 

2) La  informo di aver aggiunto alla sezione 1 il sonar del Toti, la prego di controllare le date nella parte inziale, eventuali informazioni sono bn accette.

 

3) ora che post tecnici e domande/risposte sono mescolate dove posso manenere i contatti ?; mi rendo comunque disponibile a discutere qualsiasi post di vostro ineresse.

 

Saluti

C.Del Turco

 

 

Link to comment
Share on other sites

Comandante Del Turco,

mi permetto di commentare anch’io la sequenza in cui arrivano le domande in un thread articolato, che potrebbe non essere ideale.

Sono d’accordo che ne possa emergere un ordine abbastanza casuale, che potrebbe ridurre la facilità di lettura.

Tuttavia, in questo caso abbiamo già un bel po’ di argomenti accorpati all’inizio e facilmente leggibili. Se il ritmo di pubblicazione ora cala, si potrebbe pensare di attendere un po’ di domande per spiegazioni e chiarimenti, per allineare chi ha deciso di approfondire questi argomenti.

 

Ad ogni modo, e penso al mio caso, le domande possono anche non essere solo di chiarimento, ma magari legarsi a curiosità o ad argomenti trasversali.

 

Se posso, butto lì un primo tema trasversale, citato nel calcolo della portata dei sonar: ma quanto rumore fa un bersaglio?

 

Qui dice che un cacciatorpediniere emette

136 dB / microPa / radice (Hz) misurati ad 1m.

Ma quant’è, per l’uomo comune? Tanto o poco? 

Sarebbe bello avere qualche riferimento in più, giusto per “toccare con mano”.

In aria, un ambiente lavorativo a 85 dB(A) impone già gli otoprotettori, mentre una sirena a 1 metro è a ben 120 dB(A)

Quindi i 136 del caccia in teoria mi sembrano tantissimi.

Però quelli non sono dB(SPL) e nemmeno dB(A), quindi non posso usare l’unico riferimento che avevo.

La prima domanda è se (dB / microPa) significhi dB riferiti ad 1microPa, ovvero dB = 20 log (P/P0) dove P0 è 1 microPa.

Se sì, questo standard è diverso dall’aria, dove normalmente ci riferiamo a P0 = 20 microPa e non 1. Sono 26 dB di differenza.

Quindi, i 136 dB/microPa corrisponderebbero a 110 dB(SPL), ovvero anche 110 dB(A) se la frequenza è 1kHz.

 

Poi però c’è il fatto che il rumore emesso è ad ampio spettro ed ha una densità di potenza legata alla radice della frequenza.

Quindi, se ci riferiamo alla frequenza a cui “ascolta” il sonar, ovvero 4900 Hz, i dB emessi a quella sola frequenza secondo me sarebbero 110-70 = 40 dB(SPL) a 1 metro. Capisco bene?

Oppure, sulla bassa frequenza di 100 Hz, il rumore emesso dal caccia sarebbe di 110-10 = 100 dB(SPL) a 1 metro. Sbaglio?

 

Ne deduco che starsene ad un metro di distanza dalla grossa elica che gira potrebbe far sentire, in acqua, un rumore di 100 dB a bassa frequenza, o magari anche fino a 105 dB a 20 Hz.

Come numero mi “suona” bene, è paragonabile ad un martello pneumatico ed intuitivamente direi che ci siamo.

 

Però... è proprio così oppure mi sto prendendo una cantonata colossale?

Sbaglio a fare questi calcoli, oppure c’è un senso?

La voglia di confrontare il rumore dell’elica del caccia con qualcosa di tangibile mi ha portato a farli, ma ora vorrei capire meglio.

 

Grazie in anticipo dei chiarimenti, ed anche della pazienza nel leggermi!

 

 

Link to comment
Share on other sites

On 9/9/2023 at 07:59, C. Del Turco said:

La cosa si può risolvere seguendo questo ragionamento supponendo l'ascolto in banda 10000 Hz:

Se il CT emette 130 dB/micro Pa / Hz* = 3162278 micro Pa  / Hz*  questi corrispondono a: 0.00003 kg/cmq/Hz*  che se valutati in babda 10000 HZ sono 0.003 kg/cmq  = 3 grammi /cmq (penso non pericolosi per l'orecchio umano).


comunque sono riuscito a recuperare il post nella forma originale, se può servire.

Edited by Ocean's One
Corretta la citazione da 3 milligrammi/cmq a 3 grammi/cmq
Link to comment
Share on other sites

Caro Comandante,

apprezzo il lavoro aggiuntivo fatto per soddisfare la mia richiesta.

Forse la correzione rende il valore di pressione sonora a 1 metro un po' meno tollerabile.

Rifaccio qualche conto, sempre usando i riferimenti che conosco.

In aria, 94dB(SPL) corrispondono ad 1 Pa.

Qui abbiamo 3 g/cmq = 3 mBar = 300 Pa, dobbiamo quindi aggiungere circa 49 dB ai precedenti 94.

Ne risulta 94+49 = 143 dB(SPL) che, pesati sulla curva dB(A) dell'orecchio umano a 10kHz, fanno 133 dB circa.

 

Ecco, la correzione a portato la pressione sonora ad un valore non certo basso, superiore ad un martello pneumatico ad 1 metro secondo i nostri riferimenti in aria.

Poi è vero che questo segnale a 10 kHz è in parte attenuato dalla minore sensibilità dell'orecchio umano ad alta frequenza (ed infatti per esempio possiamo tollerare senza problemi ultrasuoni a 130-140 dB/35 kHz), ma certo non è una quantità trascurabile.

Era il riferimento che cercavo, che posso confrontare con il martello pneumatico a 120 dB di cui sopra, ma anche con la misura di rumore presa di lato ad un motore a reazione, che ho saputo fa circa 160 dB ad 1 metro.

 

Grazie di aver soddisfatto la mia curiosità.

(poi, probabilmente, un topic interessante potrebbe essere anche l'evoluzione della segnatura acustica di navi e battelli nel corso degli anni, ma qui mi rendo conto di parlare solo per me stesso...

_________

 

p.s. poi devo constatare che, in acqua, il vero rischio per l'essere umano siano le onde di pressione a frequenza molto bassa. Quando ci si tuffa, per esempio, il timpano riceve quasi istantaneamente la pressione di 2-3 metri di colonna d'acqua, che in dB sono circa 180. Certo, non è un suono sostenuto ma un picco di pressione, che però può fare ugualmente male.

Ma del resto, starsene ad un metro dall'elica di un cacciatorpediniere porta anche problemi di diversa natura: tutto il corpo è esposto ad una pressione molto elevata, non solo l'orecchio...!

 

Edited by Ocean's One
Link to comment
Share on other sites

On 3/9/2023 at 08:42, C. Del Turco said:

Calcolatore dei parametri sonar

1- Storia

Nel periodo tra il 1993 e il 2005  ho svolto attività didattica presso l'arsenale Militare di La Spezia trattando temi attinenti al sonar ;  tra i diversi  materiali d'insegnamento il calcolatore a slitta in cartoncino edito dalla Raytheon, figura 1, fu d'uso molto comune.

 

regolo.jpg.c5bd87a3a7dc3d4f77fa289c8983b471.jpgfig.1

 

Il calcolatore Raytheon forniva le diverse grandezze che servivano a computare le variabili sonar, stava poi all'operatore combinarle secondo la teoria corrente e trasformarle in grafici. Queste procedure richiedevano anche giornate di lavoro.

 

Visto lo sviluppo dell'informatica dalla data di produzione del calcolatore fui sollecitato a studiare un software, in grado di girare su P.C. che potesse sostituire al meglio il vecchio sistema di calcolo.

 

Nella fase di sviluppo del software vennero ampliate notevolmente le capacità di calcolo del regolo Raytheon   rendendo il nuovo calcolatore in grado di computare le portate di scoperta del sonar sia passivo che attivo, di tracciare i grafici di tutte le funzioni in tempi di alcuni minuti necessari all'introduzione delle variabili del problema.

 

Il tutto venne strutturato in  file exe, titolato SONARMATH, distribuito a chi d'interesse.

 

Allora i sistemi antivirus dei P.C. non erano tanto sviluppati si da rifiutare l'impiego dell'eseguibile e l''uso del calcolatore non presentò alcun problema.

 

Il software in forma d'eseguibile è ora scaricabile da questo POST semplicemente, ma se ritenuto necessario  dopo controllo antivirus.  

 

2- Come si presenta il SONARMATH sonarmath.exe 

 

Al lancio del programma sul P.C. compare la schermata di figura 2:

 

uno.thumb.jpg.958465d392c460e4489dae6b8da6283a.jpgfig.2

 

 

L'impiego di questo strumento, versione perfezionata del 2010, può interssare chi, per studio, interesse, lavoro deve trattare le variabili inerenti al sonar, quali ad esempio quelle già illustrate nei post:

 

Il rumore emesso dai bersagli

La trasmissione del suono in mare

Le basi idrofoniche dei sottomarini

La portata di scoperta di un sonar passivo

 

Per accedere alla pagina di selezione argomenti clk sul logo del sottomarino di figura 3, si ha:

 

 

selettore2.jpgfig.3

 

3- Impiego  del calcolatore

Il pannello di selezione contiene 13 pulsanti così distribuiti: dal n° 1 al n°11 per l'esecuzione delle funzioni sovrascritte, i l n° 12  e il 13  mostrano una raccolta  di  algoritmi e informazioni varie.

 

3.1 Pulsante 1 : Calcolo del livello spettrale del rumore del mare

Il pannello di calcolo si presenta come in figura 4:

 

uno.jpg.0055be5b68bea64d098ade76b44d4611.jpgfig. 4

In figura un calcolo d'esempio è già impostato e risolto per f = 10 kHz e  SS =2

risulta  NL =  45.2 dB/micro Pa/ Hz ( radice di Hz).

 

Se pigiamo il pulsante grafici otteniamo tutta la fiamiglia di curve  relative al rumore del mare, figura 5:

unodisegno.jpg.34e25162317377ad2ea703dc7280cf35.jpgfig.5

 

3.2 Pulsante 2 : Calcolo del livello spettrale del rumore emesso da un CT (Cacciatorpediniere 2^ guerra mondiale)

 

Il pannello di calcolo si presenta come in figura 6:

 

duect.jpg.bc32bf1d5b52aa715ee5a68b2c44c65f.jpg fig.6

 

In figura un calcolo d'esempio è già impostato e risolto per f = 1 kHz e  Velocià = 10 kn

risulta  SL =  127.5 dB/micro Pa/ Hz ( radice di Hz).

 

Se pigiamo il pulsante grafici otteniamo tutta la fiamiglia di curve  relative al rumore di un CT figura 7:

duectgrafico.jpgfig.7

 

 

3.3 Pulsante 3 : Calcolo attenuazione per propagazione

 

Il pannello di calcolo si presenta come in figura 8:

 

tremath.jpg.c3d25665f745daba151e2e92640bd905.jpgfig.8

 

in figura un calcolo d'esempio è già impostato e risolto per f = 1 0 kHz ,  distanza R = 7 km, propagazione sferica:

risulta attenuazione  per divergenza TL =  76.9 dB, attenuazione per assorbimeno att= 7.6 dB. 

 

Pigiando il pulsante grafici si hanno le curve di figura 9:

 

tremathgrafica.jpg.4b2bc41a1c2b3a18aa64480fed0d4ba3.jpgfig.9

 

 

3.4 Pulsante 4 : Calcolo direttività trasduttore circolare

 

Il pannello di calcolo si presenta come in figura 10:

 

calcdiret.jpg.af6f69c2b5ee871260d7d0e90fc5ed79.jpg   fig. 10

 

E mostrata la curva di diettività  per F = 10 kHz e Diam. = 0.5 m ed i valori caraeristici ivi ricavati.

 

 

3.5 Pulsante 5 : Calcolo direttività base lineare

 

Il pannello di calcolo si presenta come in figura 11:

 

dirdue.jpg.8ec764e6307e58a06e46eb2bee542abf.jpgfig.11

E mostrata la curva di diettività  per F = 10 kHz e  Lunghezza =  1 m  ed i valori caraeristici ivi ricavati.

 

3.6 Pulsante 6 : Calcolo della frequenza Doppler

 

Il pannello di calcolo si presenta come in figura 12:

 

fig. 12doppler.jpg.1d7cf58cb864f257c909ab75cea9bcea.jpg

 

Per F = 10 kHz e velocità nave =15 kn la freq. Doppler= 104 Hz

 

 

3.7 Pulsante 7 : Calcolo distanza bersaglio  mediante riflessione sul fondo

 

Il pannello di calcolo si presenta come in figura 13:

 

 

 

fondo.jpg.fd978ff2110a77985f5742ccd9c18080.jpg

fig.13

 

3.8 Pulsante 8 : Calcolo del guadagno di direttività di una sorgente retangolare o quadrata

 

Il pannello di calcolo si presenta come in figura 14:

 

guadagno.jpg.a51f878fc2a30b757b9b71a44616bc67.jpg

 

fig.14

 

 

 

3.9 Pulsante 9 : Metodi di correlazione applicati all'acustica subacquea

 

Il pannello di calcolo si presenta come in figura 15:

fig.15corelazione.jpg.c5f6ffe53ee2eaa005136e64514a5352.jpg

 

3.10 Pulsante 10 : Calcolo portata sonar passivo (propagazione normale)

l pannello di calcolo si presenta come in figura 16:

 

fig. 16passivo.jpg.3fb154dc031bad1145b9c3adae9326ea.jpg

 

Nel pannello sono gia sate digitale le variabili di  prova indicate a caratteri celesti.

 

Nel pannello sono gia state digitale le variabili di  prova indicate a caratteri celesti.

Il calcolo della portata  viene eseguito in due modi:  Con soluzione grafica, come agli inizi degli sdudi, o con metodo numerico iterativo dove su di un label viene presentaa in forma numerica la il valore calcolato.

 

3.11 pulsane 11 : Calcolo portata sonar attivo (propagazione normale)

 

l pannello di calcolo si presenta come in figura 17:

 

fig.17attivo.jpg.5c725d68b41955a71dc5671e33fefda1.jpg

 

 

Nel pannello sono gia sate digitale le variabili di  prova indicate a caratteri celesti.

Il calcolo della portata  viene eseguito in due modi:  Con soluzione grafica, come agli inizi degli sdudi, o con metodo numerico iterativo dove su di un label viene presentaa in forma numerica la il valore calcolato.

 

 

 

 

Link to comment
Share on other sites

 

La probabilità di scoperta del sonar

 

image.png.1853b6fb0ae5d45d36f4c4582289349f.png

 

Nelle operazioni di ricerca dei bersagli con il sonar, il più delle volte, le tracce dei segnali sullo schermo video si confondono con le tracce dei disturbi dovuti al rumore del mare.

In tali condizioni la scoperta dei bersagli non è una cosa certa ma dipende da variabili di carattere probabilistico; in una percentuale x del tempo d'osservazione le tracce dei bersagli saranno visibili, in altra percentuale y del tempo saranno valutate erroneamente come segnali la tracce provocata dal rumore.

La probabilità di scoperta con il sonar è legata a coppie di variabili probabilistiche Priv. e Pfa.

Con la sigla Priv. s'indica la percentuale di probabilità di rivelare il bersaglio con il sonar.

Con la sigla Pfa. s'indica la percentuale di probabilità di avere un segnale di falso allarme invece del bersaglio.

 Le variabili entrano in gioco nei ricevitori sonar dotati di processori in correlazione nelle fasi di contatto con un bersaglio quando il rumore ambiente è sensibile.

 

 

1 Rumore del mare, scoperta e falso allarme

 

In figura 1 bersaglio scoperto, praticamente, in assenza di rumore

 

image.png.02213cf7a8a42cfacfcc36f30e36ba97.pngfig. 1


Le variabili probabilistiche Priv.  e  Pfa.  dipendono da un parametro indicato con la lettera (d).

Il parametro (d) è funzione. a sua volta, di tre variabili che caratterizzano il ricevitore del sonar:

 

*la prima è relativa al rapporto tra il segnale e il disturbo (Si/Ni) misurato all'ingresso del ricevitore stesso. Il rapporto dipende dall'intensità del rumore emesso dal bersaglio e dal rumore nell'ambiente marino

 

*la seconda interessa la larghezza di banda  BW,  

 

*la terza  è legata al tempo d'integrazione RC  ( Variabile funzionale dalla quale dipende il tempo di risposta del rivelatore alla variazione della coerenza tra i segnali del bersaglio)

 

Le tre variabili  definiscono ia funzione d secondo l'espressione: image.png.fb01c139a7e44a5a67074d141e28e44c.png (valida per rapporti Si/Ni  molto piccoli).

 

Ad ogni valore del parametro d corrispondono innumerevoli coppie di  {\displaystyle Priv.} (Probabilità di rivelazione]) e  Pfa.  (Probabilità di falso allarme) deducibili dalle curve ROC.  (Receiver Operating Characteristic)

 

2 Andamento del parametro ROC 
image.png.d3dc6ce09c886660ccfec281e5f7f6fd.pngfig. 2

L'andamento del parametro ROC espresso con la lettera d, come funzione del rapporto ( Si / Ni )   indicato in ( dB ), ad esempio per le variabili  BW =  7000   Hz e RC =   0.1 s,  è tracciabile in coordinate lineari logaritmiche come mostra la fgura 2:

 

Le ascisse in scala lineare si possono estendere per un campo di variabilità di Si/Ni tra Si/Ni = -20   dB a Si/Ni = 0 dB.

Le ordinate in scala logaritmica a tre decadi si possono estendere da d = 0.1  a  d = 100 .

Variando Si/Ni  tra  - 20 dB e  circa  -6  dB  il valore della funzione  d varia da un minimo di  d =  0.15  ad un massimo di  d = 99.99999  ad ogni possibile valore del d sono associabili, secondo le curve ROC,  innumerevoli coppie di  Priv.  e   Pfa.

 

3 Esempio

 

Curve ROC

image.png.73845e9439fe006b1fa3f90590b5d3c7.png

fig. 3

 

Se nelle curve ROC di figura 3 assumiamo per esempio  d = 9,  e con esso la coppia Priv. = 90% e Pfa. = 5 %, possiamo stabilire il punto, di coordinate   Si/Ni = -11  dB  e d = 9  su figura 2, a significare che con un rapporto Si/Ni = - 11  dB, con BW = 7000   Hz e RC = 0.1  , è possibile, una volta regolato il livello di soglia  (La soglia è una predisposizione del sonar da parte dell’operatore in base alle condizioni operative contingenti), avere il 90 % di scoperta con un 5 % di falso allarme.

Se a seguito di una variazione del rapporto (Si/Ni), ed una conseguente variazione del parametro d  la coppia Priv. e Pfa. sopra indicata cambia, tale cambiamento può essere compensato agendo sul tempo di osservazione (valore della costante del tempo RC d'integrazione del ricevitore in correlazione).

 

Ossevando figura 3 si nota come al parametro d = 9 corrispondano infinite coppie di Priv. e Pfa.

La scelta operativa di una qualsiasi coppia menzionata è dipendente dalla volontà dell'addetto al sonar che la seleziona, con uno strumento detto soglia, secondo le necessità di scoperta del momento.
 

Edited by C. Del Turco
Link to comment
Share on other sites

Join the conversation

You can post now and register later. If you have an account, sign in now to post with your account.

Guest
Reply to this topic...

×   Pasted as rich text.   Paste as plain text instead

  Only 75 emoji are allowed.

×   Your link has been automatically embedded.   Display as a link instead

×   Your previous content has been restored.   Clear editor

×   You cannot paste images directly. Upload or insert images from URL.

Loading...
  • Forum Statistics

    • Total Topics
      44.9k
    • Total Posts
      521.4k
×
×
  • Create New...