声音在海水中传播的速度受到温度,压强,含盐量三方面因素的影响。水温每上升 1 摄氏度,声音的传播速度增加 3 米/秒。压强每提高 1 个大气压 (深度增大 10 米),声音传播速度加快 0.17 米/秒。1/1000 的含盐量增长对应 1.3 米/秒的额外声速。在温度,压强,含盐量三重因素共同作用下,开阔海域水体中声音传播的速度与水深存在上图所示的对应关系 (盐度大致恒定,压强随深度增加线性增长,由于得到阳光加热,中低纬度海域表层水体的温度通常显著高于其下水层,至较深处水温逐步趋向恒定)。
表层海水平均盐度。
传播速度的差异导致了水声信号的折射,即传递路径向声速较低的方向弯折。
温度跃变层 (水温在该层内迅速下降至接近深海区恒定值) 之下声速随水深稳步增长,水声信号的传播路径相应向浅水方向弯折,深海水体起到虚拟凸透镜的会聚作用,将分散的声学信号逐步汇集至宽数海里,深度数百米的狭小 (相对而言) 区域内,此即所谓水声会聚区 (Convergence Zone CZ)。
水声会聚区的间隔受海洋环境影响而无一定之规,但在北大西洋和北太平洋 (海军强国扎堆之处) 通常为 30-35 海里,宽度则随与声源的距离增加而逐步变大。舵效航速 (3-4 节) 下 (保证基本航向及配平控制能力,最大限度降低平台自噪音和声纳阵列流体噪音) 部署的低频被动拖曳线列阵往往能探测到在第三水声会聚区 (即大约 100 海里之外) 高速航行的水面战舰和潜艇。
水声会聚区的同心圆分布模式意味着近距离上 (但不在水声会聚区内) 的声源可能比远处位于水声会聚区内者更难以探测,为被动探测能力领先的平台提供了巨大的战术优势 (譬如首先低速航行通过水声会聚区 & 确定对方位置,航向,航速,随后利用两个水声会聚区之间的盲区高速接敌)。海域深度不足时水声会聚区无法形成。海长矛潜潜导弹的常规战斗部 (先进轻鱼) 版射程 35 海里,恰与第一水声会聚区重合,由于定位精度无法保证,攻击更远处 (第二,第三水声会聚区) 目标时必须使用杀伤半径巨大 (10 千米级) 的W89 (20 万吨 TNT 当量) 热核战斗部。
海水对声学信号的吸收强度随频率增加而上升。图中横坐标为频率 (千赫),纵坐标为吸收系数 (分贝/米)。因此远距探测只能依赖低频声纳。现代化潜艇的安静性日益改善则迫使低频声