Princípios Geofísica 1 - Aquatica 2

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Universidade de BrasíliaUniversidade de Brasília
Instituto de Geociências
Laboratório de Geofísica Aplicada
Cursos de Graduação em Geofísica
Disciplina: 205214 – Princípios de Geofísica 1
Módulo: Geofísica Aquática
Professor: Marco Ianniruberto
Princípios de acústica submarinha
Instrumentação para levantamentos marinhos
Estrutura de um sistema de levantamento marinho
Planejamento de uma campanha de levantamentos
Gestão de uma campanha de levantamento
Pós-processamento e cartografia
Campos de aplicação
TEMAS
Diagrama do sonar ativo
Equação do sonar ativo: SL + DIT + TS - 2TL - (NL-DI) > DT (ambiente dominado por ruido)
SL + DIT + TS - 2TL - RL > DT (ambiente dominado por reverberação)
Propagação do som na água: Transmission Loss
O mar, e suas interfaces, é um meio complexo de propagação do som, nele um sinal é retardado, 
destorcido e atenuado. Este ultimo efeito, em particular, é descrito pelo parâmetro Transmission Loss
(TL) na equação do sonar.
Este parâmetro descreve quantitativamente a diminuição da intensidade do sinal no caminho que vai 
de 1m do centro acústico da fonte e um ponto distante no mar. Se I0 é a intensidade de referencia e I1 é
a intensidade em um ponto distante, a perda de transmissão é indicada por:
A perda de transmissão pode ser considerada como o efeito cumulativo das perdas por espalhamento e 
atenuação do sinal. A perda por espalhamento (“spreading loss”) é um efeito geométrico que 
representa a diminuição regular do sinal com o aumento da distancia da fonte. Ao aumentar a distancia 
da fonte a energia se distribui em superfícies sempre mais extensas e a perda varia como função 
logarítmica da distancia. A perda por atenuação (“attenuation loss”) inclui os efeitos de absorção, 
difusão e vazamento do canal acústico, esta perda varia como função linear da distancia. 
dBTL 
1
0
I
I log 10=
Alem destas duas principais fontes de 
perdas, existem efeitos menores como 
o ganho por convergência no canal 
acústico e as perdas por refração em 
áreas de sombra.
Perdas geométricas: Espalhamento esférico
Perdas geométricas: Espalhamento esférico
Considere-se uma pequena fonte imersa em um meio homogêneo, ilimitado e sem atenuação. Neste 
simples caso, a potencia gerada pela fonte se irradia igualmente em todas as direções e se distribui 
homogeneamente sobre uma superfície esférica centrada na fonte acústica. Neste caso não há perda no 
meio e a potencia P, que atravessa as esferas concêntricas, tem que ser a mesma. Então, sendo a 
potencia igual a intensidade por área:
Se r1 é colocado a 1m, a perda de transmissão ate a distancia r2 é:
Esta lei de espalhamento é chamada de inverso do quadrado da distancia ou espalhamento esférico. 
A intensidade decresce com o quadrado da distancia e as perdas aumentam com o quadrado da distancia. 
Uma outra forma para definir o espalhamento esférico, lembrando que a intensidade é proporcional a 
pressão, é dizer que o produto entre a pressão acústica quadrática media e a distancia é uma constante.
K=== 2 221 21 44 IrIrP ππ
2
2
2
2
1 log20log10log10 rr
I
ITL ===
Perdas geométricas: Espalhamento cilíndrico
Perdas geométricas: Espalhamento cilíndrico
Quando o meio é limitado por superfícies planas e paralelas superior e inferior, o espalhamento não é
mais esférico porque o som não pode atravessar as interfaces. Apos uma certa distancia, a energia 
emitida pela fonte se distribui em superfícies cilíndricas que tem raio R igual a distancia e altura H
igual a distancia entre os planos que delimitam o meio. A potencia que atravessa as superfícies 
cilíndricas é:
Se r1 é colocado a 1m, a perda de transmissão ate a distancia r2 é:
e o espalhamento é chamado de inverso da distancia ou cilíndrico. Uma outra forma para definir o 
espalhamento cilíndrico é dizer que o produto entre a pressão acústica quadrática media e a raiz 
quadrada da distancia é uma constante. 
Este tipo de espalhamento se aplica a distancias medias e grandes, quando o som é limitado pelo canal 
acústico.
K=== 2 21 1 H2H2 IrIrP ππ
2
2
1 log10log10 r
I
ITL ==
Perdas por absorção: lei de Beer-Lambert
A absorção é um tipo de fenômeno que envolve um processo de conversão da energia acústica em 
térmica, e representa uma perda real de energia no meio onde a propagação esta acontecendo. Quando 
uma onda viaja em um meio absorvente, uma parte da energia é perdida por cada unidade de distancia 
percorrida. 
Se I1 é a intensidade a uma certa distancia r1, a a intensidade a uma distancia r2 , (r2 > r1) é expressa 
pela seguinte relação:
)(
12
12 rrneII −−= Lei de Beer-Lambert
onde n é o coeficiente de absorção e o sinal de menos indica que dI é uma variação negativa da 
intensidade. 
Aplicando o fator 10 e o logaritmo em base 10, se obtém:
e 
A quantidade α é o coeficiente logarítmico de absorção, expresso em dB per quilometro, o seja o 
numero de dB de diminuição da intensidade acústica por cada quilometro de atravessamento.
( ) errnII 101212 log10log10log10 −−=−
(dB/km) log10log10log10
12
21
10 rr
IIen −
−==α
Perdas por absorção
Este excesso de atenuação foi 
explicado por Liebermann com 
um tipo de reação química que 
envolve sal dissolvido na água sob 
a ação da pressão acústica.
As primeiras medições feitas em campo evidenciaram que os valores de absorção observados estavam 
muito altos comparados aqueles medidos na água pura. A explicação desse fato não poderia residir 
somente nos fenômenos de propagação em ambiente natural, como o espalhamento e a refração. 
Por exemplo, a absorção de uma onda acústica entre 5 e 50 kHz em água salgada é 30 vezes mais 
alta que na água destilada.
Perdas por absorção
Na água salgada a absorção do som é provocada 
por três causas:
1. Viscosidade ordinária (“shear 
viscosity”)
2. Viscosidade de volume (“volume 
viscosity”)
3. Relaxamento iônico (“ionic
relaxation”)
Perdas por absorção
Perdas por absorção em diferentes oceanos
Perdas por atenuação: formula pratica
•• Divergência esfDivergência esféérica: distancias curtas, ou seja, rica: distancias curtas, ou seja, 
menores da distancia entre a fonte e a superfmenores da distancia entre a fonte e a superfíície cie 
de interfacede interface
TL = 20 TL = 20 loglog r + r + ααr + Ar + A
•• Divergência cilDivergência cilííndrica: distancias longas, ou ndrica: distancias longas, ou 
seja, maiores da distancia entre a fonte e a seja, maiores da distancia entre a fonte e a 
superfsuperfíície de interfacecie de interface
TL = 10 TL = 10 loglog r + r + ααr + Ar + A
A = difusão e reverberaA = difusão e reverberaçção
Os termos de atenuação devidos a o efeito geométrico e a absorção podem ser 
combinados para obter a perda total:
ão
Velocidade do som na água
A velocidade do som na água é uma variável oceanográfica que determina muitas 
particularidades da propagação do som na água do mar. Do ponto de vista estritamente 
físico–químico, a velocidade do som na água é função de três variáveis principais: 
Temperatura
Salinidade
Profundidade
A velocidade do som na água aumenta ao aumentar da temperatura, salinidade 
e profundidade.
Relações empíricas baseadas em observações feitas por vários pesquisadores são 
freqüentemente usadas para modelagem numérica do campo de velocidade.
A equação UNESCO: Chen e Millero
O algoritmo internacional padrão, às vezes chamado de algoritmo UNESCO, foi proposto por Chen e 
Millero (C-T. Chen and F.J. Millero, Speed of sound in seawater at high pressures (1977) J. Acoust. 
Soc. Am. 62(5) pp 1129-1135). Esse algoritmo tem uma forma mais complicada que do Mackenzie e 
utiliza a pressão como variável no lugar da profundidade. Wong e Zu (G.S.K. Wong and S Zhu, Speed
of sound in seawater as a functionof salinity, temperature and pressure (1995) J. Acoust. Soc. Am. 
97(3) pp 1732-1736) recalcularam os coeficientes segundo a adoção da International Temperature
Scale do 1990. A forma da equação UNESCO atualizada é:
T = temperatura em graus Celsius; S = salinidade em ppm; P = pressão em bar
D00 + D10P D(T,P) = 
B00 + B01T + (B10 + B11T)P B(T,P) = 
(A10 + A11T + A12T2 + A13T3 + A14T4)P + (A20 + A21T + A22T2 + A23T3)P2 + (A30 + A31T + A32T2)P3
(A00 + A01T + A02T2 + A03T3 + A04T4) + (A10 + A11T + A12T2 + A13T3 + A14T4)P +A(T,P) = 
(C20 +C21T +C22T2 + C23T3 + C24T4)P2 + (C30 + C31T + C32T2)P3
(C00 + C01T + C02T2 + C03T3 + C04T4 + C05T5) + (C10 + C11T + C12T2 + C13T3 + C14T4)P +Cw(T,P) = 
onde
Cw(T,P) + A(T,P)S + B(T,P)S3/2 + D(T,P)S2c(S,T,P) = 
Campo de validade: temperatura 0 a 40 °C, salinidade 0 a 40 ppm, profundidade 0 a 1000 bar.
Estrutura do campo de 
velocidade do som
Mesmo em um ponto fixo, a 
velocidade do som varia com a 
estação, a locação geográfica e 
o tempo. 
O perfil típico da velocidade do 
som, definido pela variação da 
velocidade com a profundidade, 
pode ser dividido em camadas, 
como demonstra a figura 
abaixo.
Estrutura do campo de velocidade do som
O primeiro estrato situa-se imediatamente abaixo da superfície da água e se chama de “surface layer”; 
este é caracterizado pelas variações diurnas da velocidade causas pela variação térmica induzida pela 
radiação solar e pela ação do vento. O estrato superficial pode conter um substrato bem misturado 
(isotérmico e isoalino) causado pelo efeito dos agentes atmosféricos: neste caso a velocidade aumenta 
com a profundidade, o único parâmetro que varia ao longo do perfil. O estrato misturado tende a 
desaparecer quando se verificam condições estáveis de sol e sem vento. Nesse caso a temperatura tende 
a diminuir com a profundidade.
Abaixo do estrato superficial esta o termoclino sazonal, assim chamado porque é um estrato onde a 
temperatura diminui com a profundidade seguindo as variações sazonais. No verão e outono, quando as 
águas superficiais são quentes, o termoclino é forte e bem delineado; no inverno e primavera tende a 
desaparecer e juntar-se ao estrato misturado.
Abaixo do termoclino sazonal se encontra o termoclino principal, que é muito pouco influenciado 
pelas variações sazonais e caracterizado por uma diminuição marcada da temperatura.
Abaixo do termoclino principal se encontra um estrato isotérmico profundo, com temperatura 
praticamente constante de 39ºF (convertire in CELSIUS), no qual a velocidade do som aumenta pelo 
efeito do aumento da pressão.
No limite entre estes dois últimos estratos ocorre um mínimo de velocidade que define o centro do 
canal acústico, assim chamado porque o som emitido nesta região tende a ficar canalizado por causa 
da refração dos raios acústicos.
Estrutura do campo de velocidade do som: variabilidade geográfica
Estrutura do campo de velocidade do som: variabilidade sazonal
Estrutura do campo de velocidade do som: variabilidade diurna
Teoria da propagação: a lei de Snell
Um dos resultados práticos mais importantes da teoria dos raios é a lei de Snell que descreve a refração 
dos raios acústicos em um meio com campo de velocidade variável. A lei de Snell afirma que, em 
um meio caracterizado por estratos (camadas) com velocidades diferentes, mas constantes dentro 
de cada estrato, os ângulos de incidência dos raios nas interfaces (θ1, θ2, θ3, ....) são relacionados 
com as velocidades do som nos estratos (c1, c2, c3, ....):
raio cadapor constantecoscoscos
3
3
2
2
1
1 ==== LL
ccc
θθθ
Superficie de
Fase constante
(Frente de onda)
Medio 1
C1 , λ1
Medio 2
C2 , λ2
A B
α1
α2
θ2
θ1 λ1
λ2
Direção de propagação
AB = λ1 /cos θ1 = λ2 /cos θ2
pois λ = c/f , c1 /cos θ1 = c2 / cos θ2 ou 
c1 /sin α1 = c2 / sin α2
c1 > c2
Esta formula constitui a base para a 
computação dos modelos de propagação 
enquanto permite traçar cada raio de 
acordo com a estrutura do campo de 
velocidades: em ambientes caracterizados 
por estratos com velocidades constantes, 
as trajetórias dos raios são segmentos 
retos; em ambientes com variações 
continuas das velocidades, as trajetórias 
serão curvas continuas.
Teoria da propagação: a lei de Snell
A figura abaixo mostra o caso simples de dois estratos com velocidades c1 e c2, onde c1 < c2; pode-se 
notar como o raio é refratado no sentido da camada de velocidade mínima. Reescrevendo a lei de 
Snell em termos do angulo de incidência, medido a partir o plano de interface, se obtém:
que permite de calcular o angulo da onda refratada conhecendo o angulo de incidência e as velocidades 
nos dois estratos.


= −
1
121
2
coscos
c
c θθ
Da formula acima pode-se também verificar que 
existe um valor limite para o angulo de incidência, 
além do qual a formula fornece um erro, porque 
sendo c2>c1 o co-seno de uma quantidade >1 não 
pode ser calculado. Em termos físicos isso indica a 
existência de um ângulo critico alem do qual a 
energia acústica não é transmitida para o estrato 
abaixo sendo totalmente refletida. A equação 
seguinte permite calcular o angulo critico:
c1 < c2


= −
2
11cos
c
c
critθ
Teoria da propagação: a lei de Snell
http://www.physics.nwu.edu/ugrad/vpl/optics/snell.html
Propagação no canal acústico
Exercício
Um barco utiliza um ecobatímetro perto da foz de um rio. A água doce forma uma 
camada em cima da camada de água salgada, mais densa. O raio acústico emitido pelo 
ecobatímetro chega a interface com um angulo de 85º. A velocidade do som na água 
doce é 1425.87m/s e na água salgada é 1518.89m/s. Calcular o ângulo da onda 
refratada.
89.1518
cos
87.1425
85cos 2θ=°
67.8485cos
87.1425
89.1518 arccos85cos
87.1425
89.1518cos 22 =

 °=⇒°= θθ
Utilizando a lei de Snell nota-se que no caso acima reduzindo o ângulo de incidência 
abaixo do valor 20.16 se apresenta um erro.
Reflexão
O processo da reflexão das ondas pode ser definido como o retorno de toda o parte do sinal acústico 
quando este encontra uma interfaca entre dois meios. Por definição, o ângulo de incidência e o angulo 
reflexão são iguais, em referencia a uma linha imaginaria perpendicular a superfície. 
A reflexão é quantificada através de um coeficiente que espreme a razão entre as amplitudes das ondas 
refletida e incidente. 
R = ar / ai
onde ‘ai’ e ‘ar’ são as amplitudes das ondas incidente e reflexa respectivamente. 
Na acústica submarinha a impedância acústica, z = cρ, dos dois meios de propagação determina a 
magnitude do coeficiente de reflexão. A impedância acústica é medida em Rayles (1 Rayle = 1 m/s.kg/m3
= 1 kg/m2/s).
A expressão que define o coeficiente de reflexão é:
onde n = (c2 / c1)2 e αi é o ângulo de incidência do raio acústico. 
Reflexão
Devendo a energia ser conservada, a energia que não é reflexa deve ser dissipada (em forma de calor) 
ou transmitida no segundo meio, onde poderá acontecer refração se a velocidade do som for diferente. 
Quando é possível negligenciar a dissipação, a amplitude da onda transmitida será (1-R).
Incidência normal 
Se a onda incidente é perpendicular a interface, a equação da reflexão pode ser simplificada em:
E o coeficiente de reflexão se torna função simples da impedância dos dois meios. Se os dois meios têm 
a mesma impedância, mesmo tendo densidade e velocidade diferentes, não haverá reflexão. O 
coeficiente de reflexão pode variar entre -1 e +1. Dentro desta variabilidade, pode-sem diferenciar 4 
tipos de reflexão:
1) z2 >> z1, R => 1 (interface rígida), ou seja, a maior parte da energia será reflexa sem 
mudança de fase.
2) z2 << z1, R => -1 (interface macia ou “pressure release boundary”), ou seja, a maior parte 
da energia é reflexa com umcambio de fase de 180º. 
3) z1 = z2, R = 0, (não há reflexão)
4) Impedância acústica similar, -1 << R << 1, variação de fase intermediaria.
Reflexão
Vale ressaltar que a reflexão acústica será maior quando tem gradientes espaciais grandes na 
impedância acústica. Alguns exemplos típicos de impedância para materiais diferentes e seus 
coeficientes de reflexão na água do mar são abaixo listados. 
Material Impedância, z (Rayles) R
Ar 415 -1
Água doce 1 480 000 0.04
Água salgada 1 540 000 0
Carne do peixe: 1 600 000 0.02
Osso de peixe: 2 500 000 0.24
Goma: 1 810 000 0.08
Granito: 16 000 000 0.82
Quartzo: 15 300 000 0.81
Argila: 7 700 000 0.67
Arenito: 7 700 000 0.66
Concreto: 8 000 000 0.68
Aço: 47 000 000 0.94
Bronze: 40 000 000 0.92
Alumínio: 17 000 000 0.83
Classificar estes materiais em rígidos, macios e refletores débil.
Reflexão
O exame dos números acima deixam claro porque coberturas de plástico são utilizadas para 
minimizar reflexão e evitar a detecção.
Vale notar como mesmo tendo uma diferencia de impedância acústica pequena entre a água e a 
carne do peixe, e de conseqüência um coeficiente de reflexão pequeno, um ecobatímetro é capaz 
de detectar cardume devido a presencia de ar na bexiga.
A refletividade das diferentes superfícies tem uma implicação na “target strength” de objetos a 
ser detectados com sonar. A “target strength” é a medida da razão entre a intensidade da onda 
incidente e onda reflexa a distancia de 1m do centro acústico do alvo, por isso é relacionada ao 
coeficiente de reflexão. 
O fato de diferentes materiais ter diferente impedância acústica e coeficiente de reflexão, permite 
a diferenciação acústica entre os alvos. O sonar de varredura lateral utiliza esta característica para 
diferenciar entre areia (quartzito), lama e rocha. Esta diferenciação é feita analisando a 
intensidade do eco acústico, em conjunto com as características de textura.
Reflexão e 
espalhamento 
no fundo
O fundo do mar também é
um superfície de 
descontinuidade que 
provoca reflexão e 
difusão da energia 
acústica, de uma forma 
parecida como acontece 
na superfície do mar, 
mas mais complexa por 
causa da sua 
composição diferente e 
estratificação múltipla. 
Por este motivo a 
reflexão na superfície é
menos previsível.
Reflexão e espalhamento no fundo
Uma coletânea de experimentos foi conduzida para associar “back-scattering strength” com o tipo de 
fundo; é intuitivo pensar que um fundo rochoso seja um difusor melhor que um fundo limoso, todavia 
tem muita variabilidade envolvida e as medições mostram a vezes resultados discordantes. 
A respeito da dependência da freqüência, vale notar que abaixo de 10kHz a “back-scattering strength”
é substancialmente independente da freqüência, enquanto a freqüências maiores os fundos de areia 
mostram um incremento da difusão com a freqüência.
Isso se explica porque fundos de aspereza maior comparada com o cumprimento de onda têm uma 
“back-scattering strength” independente da freqüência; fundos com aspereza comparável com o 
cumprimento de onda mostram uma “back-scattering strength” que aumenta com a freqüência.
Embora o tamanho das partículas que compõem o fundo seja um indicador das propriedades acústicas 
do fundo, sua aspereza é a que mais determina a intensidade de “back-scattering strength”.
Reflexão e espalhamento no fundo
Reverberação do fundo do mar 
Como a superfície do mar, o fundo também é um ótimo difusor da energia acústica. A figura abaixo 
mostra o diagrama de radiação difusa por fundos com propriedades refletivas diferentes: o diagrama de 
tipo A é característico de solos lisos e refletivos; o diagrama de tipo B é típico de solos ásperos e menos 
refletivos.
Ruído de fundo
O nível de ruído do meio, como parâmetro da equação do sonar, é definido como a intensidade do 
campo acústico do fundo medido com um hidrofone onidirecional e referido a intensidade de uma 
onda plana com nível quadrático médio de 1 µPa. Os níveis de ruído de fundo costumam ser reduzidos 
a bandas de freqüência de 1Hz, e são chamados de níveis espectrais de ruído de fundo. 
O procedimento de medição do ruído de fundo apresenta problemas difíceis, pois é preciso eliminar ou 
reduzir todas as fontes de ruído internas do hidrofone e os efeitos hidrodinâmicos para que estes não 
interfiram na medição.
Medições efetuadas na banda de freqüências entre 1Hz ate 100kHz mostram que o ruído de fundo tem 
características que variam com a freqüência; com declive e comportamento variáveis dependendo das 
condições ambientais, como a velocidade do vento.
Algumas das mais importantes fontes de ruído serão analisadas nos capítulos seguintes.
Fontes de ruído em águas profundas: correnteza e maré
Maré e efeito hidrostático das ondas
A maior parte dos hidrofones subaquáticos são sensíveis a variações da pressão ambiental, mesmo que 
não sejam de origem acústica. Maré e ondas provocam mudanças de pressão hidrostática com 
amplitude significativa a baixas freqüências. Por exemplo, as maré produzem uma linha espectral de 1 
ou 2 ciclos por dia que, considerando uma excursão de 30 cm, gera uma variação hidrostática com 
amplitude de 3x104 dyn/cm2; felizmente, esta variação de pressão fica fora da banda de interesse para 
as aplicações de acústica submarinha. Um outro efeito das ondas e correntes de maré e a variação de 
temperatura, que produz uma alteração da voltagem nos terminais dos transdutores, que por esse 
motivo precisam ser protegidos.
As ondas superficiais também provocam variações da pressão hidrostática, mas as variações decaem 
rapidamente com o aumento da profundidade e diminuição do comprimento de onda. Todavia, em 
águas rasas o efeito das ondas pode ser significativo. 
Fontes de ruído em águas profundas: Eventos sísmicos
Eventos sísmicos
A terra mantém um estado constante de atividade sísmica, e isso é uma das fontes mais importantes de 
ruído a baixa freqüência no oceano. Fenômenos microsísmicos são caracterizados por uma freqüência 
de cerca de 1/7Hz e uma amplitude, na terra, de cerca 10-4 cm. Se tal amplitude existe no fundo 
oceânico, e considerando uma vibração sinusoidal, o campo de pressão gerado será:
onde 
ƒ é a freqüência
ρ a densidade da água 
c a velocidade do som e 
a o deslocamento. 
Usando os dados indicados acima, se obtém um nível de intensidade acústica de 120 dB re 1 µPa, que 
corresponde aos níveis medidos a freqüências abaixo de 1Hz. Outras medições demonstram que esta 
fonte contribui também na banda 10-100 Hz e constitui uma fonte importante de ruído a baixas 
freqüências.
cafp ρπ2=
Fontes de ruído em águas profundas: Turbulência
Turbulência - A contribuição da turbulência se manifesta quando o hidrofone se encontra em um 
campo de corrente, ou em movimento relativo ao fluido circundante, porque as componentes 
turbulentas do movimento provocam flutuações de pressão percebidas pelo hidrofone. De acordo com 
Wenz, a componente turbulenta pode ser estimada como porcentagem da velocidade laminar do 
fluido; se a componente turbulenta é definida como u, a pressão associada é ρu2, onde ρ é a densidade 
do fluido. Em um campo de correnteza de 1 nó, estimando a turbulência em 5% , a pressão dinâmica 
será de 6.3 dyn/cm2, ou 116 dB re 1 µPa. A figura abaixo mostra estimativas do espectro de pressão 
turbulenta por 3 valores de correnteza regular u. Estes espectros aproximam-se de observações de 
campo e pode-se deduzir que a turbulência é uma componente significativa de ruído a baixas 
freqüências.
Fontes de ruído em águas profundas: Transito de navios
Transito de navios - O transito de navios, mesmo que a distancia, é a fonte de ruído principal na 
banda de freqüências entre 50 e 500Hz; isso foi demonstrado comparando dados de áreas com 
diferente intensidade de transito, observandoque o ruído chega preferencialmente na direção 
horizontal e o espectro nesta banda não é influenciado pelo vento e pelas condições meteorológicas.
O ruído produzido por navios pode ser detectado a centenas de quilômetros de distancia. A figura 
abaixo ilustra o espetro de radiação do ruído de um navio mercante. 
Fontes de ruído em águas profundas: Ondas de superfície 
Ondas de superfície - A freqüências mais altas, o ruído ambiental é governado por a aspereza da 
superfície do mar. Já durante a Segunda Guerra Mundial, as medições indicaram a conexão direta entre 
o estado do mar, o a força do vento, e o nível de ruído entre 500 e 25kHz. O famoso Knudsen spectra
foi obtido como resultado destas observações. Mais tarde foi definida com maior clareza a correlação 
do ruído com o vento, mais que com o estado do mar, provavelmente pela dificuldade de estimar a 
altura das ondas.
O processo de geração das ondas é o que produz o ruído através de vários mecanismos:
• Quebra das ondas;
• Fluxo do vento contra a superfície áspera do mar;
• Quebra das bolhas de ar formadas por o fluxo turbulento do vento;
• Geração de ondas com cumprimentos de onda diferentes.
Fontes de ruído em águas profundas: Síntese 
Fontes de ruído em águas profundas: Ruído térmico
Ruído térmico - Em 1952, Mellen demonstrou teoricamente que o ruído térmico das moléculas coloca 
um limite na sensitividade de um hidrofone a altas freqüências, o seja um limiar para a mínima pressão 
acústica observável no mar. Mellen calculou a pressão equivalente a uma onda plana para o ruído 
térmico, no caso de um hidrofone onidirecional e com eficiência perfeita:
onde ƒ é a freqüência em kHz. Por exemplo, a 100kHz o nível limitante do espectro é –15 + 40 = 25 
dB. 
fNL log2015 +−=
Espetro do ruído em águas profundas
A figura seguinte, derivada por Wenz (G. M. Wenz, “Acoustic ambient noise in the ocean: Spectra and
sources,” J. Acoust. Soc. Amer., vol. 34, pp. 1936–1956, 1962), ilustra o espectro de ruído que 
pode ser observado em águas profundas. O espectro é composto de segmentos com 
características diferentes dependendo das condições:
1. Na banda entre 20 - 500 Hz, o ruído ambiental é gerado por transito de navios a distancia, mesmo 
removendo o ruído das embarcações perto do hidrofone pode-se escutar o ruído vindo de longe. 
O nível efetivo deste ruído depende da intensidade do transito, sendo por esta razão menor no 
hemisfério sul;
2. Na banda entre 500 – 100 000 Hz, o ruído ambiental é gerado das bolhas, spray e quebra de 
ondas produzidas do vento;
3. A freqüências maiores de 100 000 Hz, o ruído é gerado do moto casual das moléculas de água, 
fenômeno chamado de ruído térmico. Este tipo de ruído coloca o limiar para a detecção de um 
som no mar.
A freqüências abaixo de 20Hz as medições som difíceis a causa do ruído interno dos hidrofones, 
todavia fontes de ruído são individuadas em efeitos hidrostáticos e micro-tremores do fundo.
Wenz Spectra
	Universidade de Brasília
	TEMAS
	Diagrama do sonar ativo
	Propagação do som na água: Transmission Loss
	Perdas geométricas: Espalhamento esférico
	Perdas geométricas: Espalhamento esférico
	Perdas geométricas: Espalhamento cilíndrico
	Perdas geométricas: Espalhamento cilíndrico
	Perdas por absorção: lei de Beer-Lambert
	Perdas por absorção
	Perdas por absorção
	Perdas por absorção
	Perdas por absorção em diferentes oceanos
	Perdas por atenuação: formula pratica
	Velocidade do som na água
	A equação UNESCO: Chen e Millero
	Estrutura do campo de velocidade do som
	Estrutura do campo de velocidade do som
	Estrutura do campo de velocidade do som: variabilidade geográfica
	Estrutura do campo de velocidade do som: variabilidade sazonal
	Estrutura do campo de velocidade do som: variabilidade diurna
	Teoria da propagação: a lei de Snell
	Teoria da propagação: a lei de Snell
	Teoria da propagação: a lei de Snell
	Propagação no canal acústico
	Exercício
	Reflexão
	Reflexão
	Reflexão
	Reflexão
	Reflexão e espalhamento no fundo
	Reflexão e espalhamento no fundo
	Reflexão e espalhamento no fundo
	Reverberação do fundo do mar
	Ruído de fundo
	Fontes de ruído em águas profundas: correnteza e maré
	Fontes de ruído em águas profundas: Eventos sísmicos
	Fontes de ruído em águas profundas: Turbulência
	Fontes de ruído em águas profundas: Transito de navios
	Fontes de ruído em águas profundas: Ondas de superfície
	Fontes de ruído em águas profundas: Síntese
	Fontes de ruído em águas profundas: Ruído térmico
	Espetro do ruído em águas profundas
	Wenz Spectra