英語版クイズをもとにAIで日本語で作成しました。出典は日本語版ウィキペディアにリンクしています。
ソナーは、水中を伝わる音波を使って水中や水底の物体の情報を得る装置。氷山の発見や潜水艦への対抗という切実な要請から生まれ、魚群探知や海底地形の測量にも広く使われている。 このクイズでは、ソナーの歴史と名前の由来、アクティブ式とパッシブ式の違い、送受波器の仕組み、音の伝わり方を左右する海の層構造までを出題する。 コウモリやクジラが行う反響定位の話題も交えた。やさしい問題から専門的な問題まで、順に挑戦してみよう。
全30問の答えと解説。クイズで遊ぶ
Q 01遠方の氷山の早期発見が求められる契機となった1912年の沈没船は？
タイタニック号
建造国のイギリスだけでなく、多くの犠牲者を出し、その後も海上交通を利用する必要のあった米仏でも新たな技術の開発が求められた。
Q 02自らは音波を発さず、目標が発する音波を捉えるソナーの方式は？
パッシブ式
自ら音波を発する方式のソナーは電波領域のレーダーに対応する装置で、反響定位を用いて目標の情報を得る。
Q 031490年に水中へ伸ばした器具で遠くの船の音を聞いた人物は？
レオナルド・ダ・ヴィンチ
ラッパにパイプと聴診器を付けたような器具を小船の上から伸ばし、音波は水中の方が空気中より良く伝わることを確認していた。
Q 04民生用の魚群探知機は船から見てどの方向を探知する？
真下
民生用途では、探知する方向によって装置の呼び名を区別している。クジラ向けのものは鯨探機とも呼ばれる。
Q 05「Sonar」という名詞が頭字語として発明された国はどこ？
アメリカ合衆国
元の語句は「音響航法・測距」を意味する英語。当時普及しつつあったレーダーと同じ発想の命名だったこともあり、広く受け入れられた。
Q 06ソナーの周波数を低くするほど優れるとされる性能は？
遠距離伝播
水中吸音材への対抗という面でも有利になる。一方で残響などのノイズが大きくなり、指向性も鈍くなる。
Q 07音響エネルギーと電気エネルギーを相互変換する送受波器の別名は？
トランスデューサー
この変換は磁歪や圧電効果によって行われる。実用機では、多素子を空間的に配列したアレイが用いられることが多い。
Q 08ハクジラ類の頭部にあり音波を収束させる脂肪組織の名は？
メロン
鼻腔で発した音波を屈折させるレンズとして働き、指向性の高い音波の発信にかかわるといわれる。
Q 091880年に圧電効果を発見した兄弟の姓は？
キュリー
1840年代にはジュールが磁歪効果を発見している。電気から音響へのエネルギー変換を扱う電気音響工学の知見は、水中音響研究に間接的に寄与した。
Q 10マルチビーム音響測深機が海底地形から即座に作図できる図は？
等深線図
複数のビームで同時に走査する方式で、MBESとも略される。魚の探知を重視した魚群探知機も音響測深機から派生している。
Q 11ソナー方程式が初めて定式化されたのはいつ？
第二次世界大戦中
レーダー方程式と同様に、媒質、目標および装置の効果を結びつける動作関係式である。
Q 12ランジュバン博士が1917年に圧電効果を利用した素材は？
水晶
博士は高性能の送受信器を開発し、真空管式アンプと組み合わせて実用的なアクティブ・ソナーを作った。
Q 13大日本帝国海軍でのパッシブ・ソナーの呼び名は？
水中聴音機
送受波器として受信専用のハイドロフォンだけを使うシステムで、戦術用途のほかサーベイランス用途のものもある。
Q 141910年代に英国の反響測距の研究グループに付いた秘匿名は？
Q 211914年にアクティブ・ソナーの原型で氷山の探知に成功した科学者は？
フェッセンデン
探知したのは2マイル先の目標。装置は1100Hzの可聴音による音響ビームを一方向に放ち、その反響波を受信するものだった。
Q 22三重逐次方向送信（TRDT）で3本のビームを旋回させる間隔は？
120度
音響ビームを旋回させながら送信する逐次方向送信（RDT）を、3本のビームで行う送信形式である。
Q 23送波器と受波器が同一場所にあるアクティブ・ソナーの形式は？
モノスタティック
古典的な形式で、その方程式には背景雑音型と背景残響型がある。
Q 241947年の定義でソナーの「低周波」の上限とされた周波数は？
ASDIC
対潜部門を表す英語の略語に、知識・学問領域を示す接尾辞を付けたものなどとされる。後に有名になり、反響測距を指す一般名詞として使われた。
Q 1520世紀初頭、水中ベルの音と霧笛の時間間隔で距離を測った対象は？
灯台
20世紀に入って水中音響学の実践的な応用が志向されるようになり、まず開発されたのがこの測距システムだった。水中ベルは危険海域に設置された。
Q 16近接対潜戦で潜水艦を捜索探知するのに適するとされる周波数帯は？
中周波
遠距離で潜水艦を捜索探知する場合には、より低い周波数が適するとされている。
Q 17ソナーで音波を発振する送波器の別名は？
プロジェクター
送波器は電気エネルギーを音響エネルギーに変換する。逆の変換で聴音する受波器はハイドロフォンと呼ばれる。
Q 181827年にコラドンとスツルムが水中の音速を実測した湖は？
レマン湖
スイスのコラドンとフランスのスツルムによるこの実測試験は、ソナーの理論化の端緒となった。
Q 19水中にあるソナーの送受波器を指す呼び名は？
ウェット・エンド
ソナー・システムの最前線にあることに由来する。捉えた音響信号を処理する艦船内のシステムには、対になる呼び名がある。
Q 20戦後に普及したスキャニング・ソナーが採用した方式は？
フェーズドアレイ
アメリカ海軍が1948年から艦隊配備を始めたQHBが端緒となった。背景にはデジタル信号処理技術の発達があった。
5キロヘルツ
下限は200ヘルツとされた。この定義では、より高い二つの周波数帯の範囲が一部重なっている。
Q 25ビーム形成によるSN比向上を評価する「指向性利得」の別名は？
アレイゲイン
直線状の配列なら長さが、円筒形や球形の配列なら受波面積が大きいほど向上する。これを「開口が大きい」という。
Q 26対潜用ハイドロフォンの艦載化が始まったのは何年？
1916年
ハイドロフォンは対潜戦でまず用いられたセンサーで、のちのパッシブ・ソナーにあたる。艦載化に先立って地上局が設置された。
Q 27ビームフォーミングではハイドロフォンを波長のどれだけ以下の間隔で置く？
半分
一方で指向性利得を高めるには、配列全体として対象音の波長の数倍の長さを確保しておくことが望ましい。
Q 28Submarine Signal Companyを後に合併した企業は？
レイセオン
同社は水中ベルを使って距離を測るシステムを開発していたが、間もなく電波航法が登場したため普及しなかった。
Q 29第一次世界大戦でU21の雷撃により沈んだ英海軍の偵察巡洋艦は？
パスファインダー
撃沈は大戦勃発から1ヶ月後の9月5日。その17日後にはU9がクレッシー級装甲巡洋艦3隻を立て続けに沈め、対潜戦の技術開発が急務となった。
Q 30電歪素子を使うには高電界を加えて何をさせる必要がある？
分極
電歪素子は圧電素子と類似しており、チタン酸バリウムやチタン酸ジルコン酸鉛などが用いられる。