הידרופון

הידרופון (מאנגלית: Hydrophone) הוא מיקרופון המיועד לשימוש מתחת למים למטרות הקלטה והאזנה לקול תת-מימי. מרבית ההידרופונים מבוססים על מתמר פיזואלקטרי אשר מייצר חשמל בתגובה ללחץ משתנה. מתמרים פיזואלקטריים אלו יכולים להמיר אות קולי לאות חשמלי מכיוון שקול מתבטא בשינויי לחץ. הידרופון מסוגל לקלוט קול גם באוויר אך הוא רגיש לו פחות בגלל שהוא מעוצב במיוחד להאזנה מתחת למים, הצפופים יותר מאוויר. באותה מידה ניתן להניח מיקרופון מתחת לאדמה או בתוך מכל אטום מתחת למים וזה יספק ביצועים נחותים בשל חוסר התאמתו לעכבה האקוסטית של חומרים אלו. ההידרופון החל להיות בשימוש בסוף מלחמת העולם הראשונה. שיירות של כלי שיט השתמשו בהם כדי לזהות צוללות, ובכך להפחית בצורה משמעותית את יעילותה של הצוללת. ארנסט רתרפורד הוביל מחקר חלוצי באנגליה על הידרופונים העושים שימוש בהתקנים פיזואלקטריים והפטנט היחיד אותו רשם היה על הידרופון פיזואלקטרי. ביוני 1917, רתרפורד הגיע לפגישה בארצות הברית של מדענים ממדינות ההסכמה. הוא תיאר את הניסויים שערכו בבריטניה עם צינורות ברוקה, וכיצד גייסו את עיקרון ההאזנה דרך שני צינורות במקביל (בדומה לאוזניים של בן אדם) לצורך איתור מקור גל הקול.מהצד הצרפתי נכחו בפגישה המדענים שארל פברי (Charles Fabry) והנרי אברהם (Henri Abraham). השניים הציגו את "מנגנון וולצר" (Walzer apparatus) שהיה פעיל במשחתות בצי הצרפתי. המנגנון הזה עבד על בסיס שתי עדשות קול, שהיו מחוברות בשני צידי ספינה, שתפקידן היה לרכז את הרעש שפולטת צוללת רחוקה. בתיאוריה, המנגנון אמור לנטרל רעשי רקע תת-ימיים, כמו המנוע של הספינה הנושאת אותו, והעדשות אמורות היו לאפשר מתיחת קו שעליו אמורה להימצא הצוללת. עם זאת, המנגנון לא היה מדויק, והטווח שלו היה מוגבל מאוד. שתי השיטות פועלות על פי העיקרון שגלי קול נעים מהר יותר בים מאשר באוויר, תוך ניסיון לגייס עובדה זו לצורך איתור צוללות. שתי הדמויות המובילות מהצד האמריקאי היו ג'ורג' הייל (George Ellery Hale), ורוברט מיליקן (Robert Andrews Millikan) שפעלו במסגרת המועצה הלאומית למחקר. השניים הבינו כי המחקר המדעי המנוהל באירופה מביא תוצאות טובות מהקיים בארצות הברית ופנו לצי האמריקאי בבקשה להקים מתקן מחקר בתחנה של הצי בניו-לונדון שבקונטיקט, ולהביא לשם מדענים מובילים מאוניברסיטאות מכל רחבי המדינה. בניו-לונדון בחן כיצד ניתן לשפר את "מנגנון וולצר" הצרפתי. אחד מחברי הצוות, מקס מייסון (Max Mason), מדען מאוניברסיטת וויסקונסין, הציע להחליף את המנגנון בשורה של "צינורות ברוקה" מכוסים שמחוברים לאוזנייה, שדרכם יעבור הקול. דרך הצינורות הללו, גלי קול המגיעים מהמים יאבדו מעט מאוד אנרגיה, ומאזין יוכל לקבוע ברמת דיוק גבוהה יחסית את כיוון מקור הקול. השיטה של מייסון הצליחה בניסויים הראשונים שהוא ערך בוויסקונסין ובקונטיקט, ולקראת סוף שנת 1917 הצוות כבר החל לייצר מערכת מבצעית ראשונה. זהו הפיתוח הראשון מבין שורה של מנגנוני הידרופון שפיתח הצי האמריקאי המכונים סידרה M. שימוש מבצעי ראשון על ידי הצי בפלטפורמות החדשות נעשה בשלבים האחרונים של המלחמה, כאשר נשלחו ספינות מצוידות במנגנונים להגנה על אוניות ששטו באוקיינוס האטלנטי. בנוסף, נשלחו ספינות מצוידות באמצעים לתעלת למאנש ולמצר אוטרנטו בים האדריאטי, היכן שהבריטים ניסו ללכוד צוללות שיצאו מבסיסים באוסטרו-הונגריה. ספינות הגילוי פעלו בצוותים של שלוש ספינות, וניהלו קרבות התשה לאיתור כל צוללת אויב. באוטרנטו, ביולי 1918, זיהו הצוותים שמונה צוללות אוסטריות, הצליחו להשמיד ככל הנראה ארבע מתוכן, ומנעו מעבר של צוללות באופן מוחלט דרך המיצר לכיוון הים התיכון. בחודשים האחרונים של המלחמה המדענים שפעלו תחת המועצה הלאומית למחקר בארצות הברית הצליחו לשפר את אמצעי הגילוי של מייסון כך שהמערכת תוכל להיות מורכבת על משחתת, ולאתר צוללת בזמן שהיא שטה במהירות גבוהה של ארבע עשר קשר. אדמירל ויליאם סימס (Vice Admiral William Sowden Sims), מפקד הצי האמריקני שפעל באירופה בזמן המלחמה, טען כי זה היה אמצעי הגילוי הטוב ביותר בארסנל של מדינות ההסכמה. החל מסוף מלחמת העולם הראשונה עד לגילוי הסונאר, הידרופונים היו השיטה היחידה לגילוי מטרות בעת שהייה מתחת למים והם נמצאים בשימוש גם היום למטרות שונות בהן חקר בעלי חיים תת-מימיים כגון לווייתנאים וכן איתור ומדידת זיהום בגופי מים. מיקרופון סונאר מערכת הצוללות במלחמת העולם הראשונה מדיה וקבצים בנושא הידרופון בוויקישיתוף הידרופון, באתר אנציקלופדיה בריטניקה (באנגלית) https://www.rutherford.org.nz/biography.htm , Roy R, Manstan, The Listeners: U-Boat Hunters During the Great War. Middletown, CT: Wesleyan University Press, 2018, p. 107. Manstan, pp. 102-103 הרחבה על תרומתו של מקס מייסון ניתן למצוא בפרסום של האקדמיה הלאומית למדעים לאחר מותו בשנת 1961: W Weaver, "Max Mason, Biographical Memoirs", in National Academy of Sciences 37, 1963, pp. 205-236. Daniel J. Kevles, The Physicists: the History of a Scientific Community in Modern America. Cambridge, Mass.: Harvard University Press, 1995, pp. 121-122. Kevles, pp.124-125 William Sowden Sims, and Hendrick, Burton Jesse. The Victory at Sea. Doubleday, Page & Company, 1920, pp. 165-197. שם המאמר: לווייתנים וקולות http://www1.biu.ac.il/File/journals/BIU%20feb%202009-Hebrew.pdf