深海サウンドチャネル

海中での音速に影響を与える物理特性は、気泡や微生物といった混入物を除けば、海水温・塩濃度・水圧という3つの基本量のみとされている。これを利用して、海中での音速は、深度を変数とする関数として定義でき、この音速-深度関数を音速プロファイルと称する。音速プロファイルは、下記のように、それぞれ異なる特性と成因をもついくつかの層に分けられる^[3]。

表面層（surface layer）

海面直下に位置しているため、熱交換や風の作用を受けやすく、音速は不安定である。雲で覆われたり風浪のある海域では、風や波により撹拌されて等温層を生じることがあり、これを混合層 (mixed layer) と称する。

水温躍層（thermal layer）

音速の負の勾配（水温および音速が深度とともに減少）に特徴がある。季節による影響を受けやすい（場合によっては表層と一体化して消滅する）季節水温躍層と、わずかしか影響を受けない主水温躍層に分けられる。

深海等温層（deep isothermal layer）

海水温は39 °F (4 °C)で一定であり、音速は圧力の影響を受けて、深度とともに増加する。

上記のように、音速勾配（sound speed gradient）は主水温躍層では負の勾配、深海等温層では正の勾配をとることから、この境界で、音速が最小となる深度が存在する^[3]。中緯度海域では深度4,000フィート (1,200 m)、北極海では海面付近に認められる。この音速極小点は、音線（音の伝播経路）に対して一種のレンズのように働くため、この層のなかで放射されたエネルギーはチャネル内に留まり、海面や海底への反射による音響的損失を生じにくい。これを深海サウンドチャネルと称する。中程度の音響出力であっても、非常に長距離まで伝搬することができるという特性がある^[1]。

アメリカ海軍では、1940年代より海洋における音波伝搬の研究に着手し、音源の探知や位置極限に関する実験が行われた。深海サウンドチャネルは、この際にモーリス・ユーイング博士たちによって発見された。これを活用して、まず配備されたのがSOFAR（Sound Fixing and Ranging）システムであった。これは洋上で墜落した飛行士の捜索救難のためのシステムであり、着水した飛行士が爆発させた小さな爆弾 (Sofar bomb) の音をハイドロフォンで捉えて、三角測量によって飛行士を発見するというものであった^[1]。そしてまもなく、このシステムは対潜戦に応用されるようになり、最終的にSOSUSとして結実することになる^[4]。