Johan Antus

Main menu: Home

Lyssna på fiskar, båtar och ubåtar

Vet inte riktigt hur jag snöade in på detta men efter att ha lyssnat påfladdermöss började man undra om andra arter har ett lika rikligt ljud-liv. Att valar sjunger är väl känt för de flesta men vad mer kan man höra? Sagt och gjort, det var bara att börja löda.

Ljud fortplantar sig väldigt bra under vatten och ljudhastigheten beror på en mängd saker, bl.a temperatur och salthalt men ligger oftast runt 1400-1500 m/s. För att lyssna behöver man en undervattensmikrofon kallad hydrofon. Dessa är nog mest kända för sina militära användningsområden ombord på ubåtar och andra örlogsfartyg och går utmärkt att bygga själv. Jag provade lite olika varianter och de fungerade hyfsat. Hade turen att komma över en militär hydrofonboj som jag naturligtvis pillade isär och provade och med facit i hand kan jag lugnt konstatera att mina egna byggen fungerar minst lika bra. Har hydrofonen en aktiv del som sänder ut ljud (sk pingar) kallas de för SONAR.

Det finns flera olika metoder för att omvandla ljudvibrationer (förändringar i vattentrycket) till en elektrisk signal. Man kan sätta en spole runt en metallstav som avger en inducerad spänning, man kan naturligtvis trä på ett gummi över en vanlig ”land-mikrofon” också men då bör man använde en sort utan glidmedel för att få det tätt och för att slippa förklara varför man luktar glidmedel ;-). Moderna hydrofoner använder optisk fiber och ur dem kan man detektera frekvensskillnader då två olika långa fibrer rör sig. Vanligast är dock olika typer av keramer och kristaller som avger spänning då de böjs. Mycket vanligt är de sk. Piezoelektriska elementen och de har jag använt mig av. Dessa kan i sin tur användas nakna (dock vatten skyddade), i ett annat flytande medium (mineralolja) eller i en luftfylld kavitet. Jag har provat alla. Efter ett Internet tips provade jag även en kondensatormikrofon i olja men den funkade inget vidare..

Här ser vi olika typer:
Kondensatormikrofon i olja, Vattenskyddad dynamisk mikrofon och ett piezoelektriskt element i olja

Jag fick tag på en militär ”surplus” hydrofon som visade sig vara ett tekniskt litet underverk.
Dessa är av engångstyp och släpps, i mängder, från flygplan, helikoptrar eller fartyg vid ubåtsjakt. De ligger och lyssnar ett par timmar innan de sänker sig själva. Själva ljudet och ibland annan data (riktning mm) sänds till operatören via en VHF sändare (136-173,5 MHz). En parentes i detta sammanhang är att man själv kan lyssna på marinens bojar när de är ute och övar. Roligast var när ubåtsjakten var som aktivast och de använde frekvenser som samtidigt var in-frekvens för olika radiosystem i Stockholm. Då lät det ”kluck-kluck” på Securitas basstationer.

Efter att ha övervägt varningstexten så plockade jag isär den (gör inte det själv utan att veta hur för det kan göra ont!).
I detta lilla rör gömde det sig fiffiga lösningar och typiskt engelsk elektronik. När de släpps fäller de ut en fallskärm för att dämpa fallet. När den når vattnet aktiveras ett batteri som strömförsörjer en liten dator, sändaren och all analog teknik. En gasampull blåser upp en flytkropp som även innehåller antenn etc. Hydrofonen innehåller 50 meter kabel och kan programmeras på vilket djup själva hydrofonen skall sjunka till. Skalet blir ett ankare och det fälls även ut ett litet drivankare. En enkel men klurig funktion för självdestruktion (sänkning) finns också. Listigt!


För att kunna använda hydrofondelen så undersökte jag hur analogkretsarna var konstruerade och döm av min förvåning då den ansluts med -12V och jord. For Queen and country!
-Ja, ja. Prover visade i alla fall att jag inte var helt fel ute med mina egna konstruktioner.
Prestandamässigt så hör man en ubåt på 100-1000 meter med denna typ. För högljudda fartyg blir räckvidden längre.

För att sedan analysera ljuden använder jag mina favoritverktyg Goldwave och Cooledit. Hittade ett nytt verktyg som även det visade sig lämpligt nämligen ”Sonic Visualiser”. De ljud man hör är dels de uppenbara; regn, vågskvalp etc. Man kan tydligt höra båtar av olika slag då de oftast är ganska höjljuda men även olika former av marint liv. Jag har bara hört fiskar men även räkor och valar är kända för sina ljud.
Det som visade sig vara svårast med dessa experiment var att faktiskt hitta fisk (är alla utdöda?) för när man väl hade dem på kroken (förlåt) så var inspelningen enkel.

Fisk

 Fick naturligtvis läsa på en del om fiskar och hur/varför de låter och det var överraskande.


Ljuden framkallas genom påverkan på simblåsan, tandgnissel, eller genom avgashålet. Ljuden fiskar avger låter som knäppar, tuffanden, trummanden, klickar, grymtanden eller morrande. Jag har inte hört det själv men Knorrhanen (jodå det är en fisk) sägs kunna klaga högljutt när den fångas.
Varför de låter är de gamla vanliga: ”Ska vi kela”, ”Auchtung Spitfire!, en hungrig gädda”, ”Vi e polare” och andra sociala ljud. Därtill finns även mer eller mindre ofrivilliga ljud, t.ex pruttar. Det intressanta är att olika arter har olika ljud vilket medför att man kan artbestämma dem utan att veta var de finns.

Här ser jag framför mig en abborrpejl för sportfiskaren som vill öka sina chanser eller varför inte ta redan på om det finns fisk och vilka sorter det är redan innan du lastar ut spön etc. Ett flykt ljud kan vara indikation på att här jagar rovfisk. På med en wobbler! Kom ihåg var du hörde det först ;-)

Fartyg

Att båtar och fartyg låter är ju ganska självklart men jag blev lite nyfiken på vad (och hur) man kan analysera fram ur dessa ljud. Metoden används framför allt inom marinen för att hjälpa ytfartyg att upptäcka, klassificera och jaga ubåtar. Eller det omvända. Det är inte så konstigt som det låter (hihi) för de flesta kan väl skilja på en SAAB V4 och en Volvo 240 på ljudet.. I den militära världen använder man ett par specialinstrument för detta nämligen LOFAR (Low Frequency Analysis and Recording) samt DEMON (Demodulated noice) där den första i princip är ett spektrogram med lite extra funktionalitet och hydrofoner som kan registrera mycket låga frekvenser.

DEMON arbetar med att detektera ljud som finns överlagrade i kavitationsljudet. Jag har använt min verktyg på ett LOFAR-lokt sätt.
Tyvärr medgav inte min utrustning inspelning av de allra lägsta frekvenserna där vi med största sannolikhet kunnat identifiera fler saker.





Vad kan man då få fram? Ganska mycket faktiskt. Motorvarvtal, antalet cylindrar, antal propellerblad, hastighet, riktning, propellervarvtal samt övrigt maskineri t.ex växellådor, pumpar osv. Hela den här bilden blir typisk för en fartygstyp/individ och kan således användas för klassificering/identifiering.  Det finns två dominerande källor till ljud hos ett fartyg, dels framdrivningsmaskineriet som har ett flertal diskreta frekvenskomponenter och dels ett bruslikt ljud från propellerkavitationen. Att en förbränningsmotor (har inte tillgång till några kärnreaktordrivna..) låter är inte direkt någon hemlighet. En motor som dessutom sitter monterat i ett skrov gör att ljudet effektiv förmedlas ut i vattnet.  Kavitationsljud uppstår då när en propeller snurrar i vattnet med sådan fart att undertrycket kring densamma gör så att vattnet kokar. När bubblorna når vatten med normalt tryck kommer de att implodera (falla ihop) och då uppstår ett distinkt brus. Man kan, vid gynnsamma förutsättningar, se dessa bubblor om man lutar sig ut över aktern och spanar in propellern.

Hur som helst så kommer detta brus att moduleras med propellervarvet när den roterar. Då kavitation uppkommer olika fort/mycket på olika blad kommer man att kunna höra ett tydligt rytmiskt (nerblandat) ljud på varvtalsfrekvensen. Det låter lite ”tjoff-tjoff-tjoff” och är lätt att identifiera. Vidare kan man tydligt se när man ändrar varvtal på motorn för att öka/sänka farten. I samma veva ser man frekvenskomponenter som detta till trots är stabila. De är uppenbarligen andra maskiner ombord så som pumpar, hjälpmaskineri, generatorer etc.







Man kan ganska lätt få fram ett propellervarvtal på ca 230 varv/minut. Pilarna visar  det rytmiskt återkommande ljudet från propellern. Detta fartyg har en utväxling på 3:1 vilket ger ett motorvarv på 690 varv/minut. Fartyget har (sannolikt) en 12 cylindrig 2-taktsdisel. En 2-taktsmotor tänder varje varv vilket således ger 138 tändningar/sekund och i spektrumet ser vi ett bredbandigt ljud kring 140Hz.  En sak som hjälper till med analysen/klassificeringen av fartyg är övertoner. I bilden nedan ser vi två (eller fler) sådana. Notera att eventuella variationer i ljudet blir större för varje (högre) överton. Uppenbarligen har man här ändrat hastigheten och även fast skillnaden var liten kan den identifieras i de högre övertonerna.



En utombordsmotor är uppenbarligen mycket mer högvarvig och låter som en moped under vattnet. Lyssna
Hur man analyserar fram antalet propellerblad har jag dock inte kommit på. Kanske någon sjömajor där ute kan hjälpa mig på traven ?

 

Och hur låter då en ubåt ?

Så nu är det bara att "dra på ett gummi och ut å doppa". Med lite tur kanske vi får en ny ubåtsjakt och mer pengar till försvaret.