É possível experienciar o comportamento das ondas sonoras em diferentes camadas de água e os seus reflexos em diversos materiais do fundo do oceano, como rochas, areia e lama. A miniaturização exige a máxima precisão possível dos equipamentos de medição, uma vez que os resultados experimentais são depois escalonados para indicar o que ocorreria no mundo real.
O novo depósito de água do laboratório é retangular, com 3,6 m de comprimento por 1,2 m de largura, com uma profundidade máxima de 0,91 m. A investigação envolve a utilização de um hidrofone para registar os sinais, ou chirps, gerados por um gerador de forma de onda arbitrária (AWG), o modelo Spectrum M2p.6546-x4. Esta placa de circuito impresso gera sinais com oscilações de saída de 24 V, que são depois amplificados antes de serem emitidos por um hidrofone. Após percorrerem o tanque, os sinais são detetados por outro hidrofone e processados por uma placa digitalizadora Spectrum M2p.5932-x4. O transmissor e o recetor são suportados por um braço robótico que os posiciona e orienta dentro de água, de modo a que a fonte e o recetor possam ser posicionados conforme necessário.
O tanque permite a realização de experiências sobre a forma como o fundo do mar afeta as ondas sonoras que nele refletem. Um fundo rochoso puro terá um efeito diferente em comparação com a areia, lama ou camadas de materiais diversos.
"É ainda mais complicado", explica a Dra. Traci Neilsen, professora responsável pelo projeto, "porque a água não é homogénea. As alterações na temperatura e na salinidade alteram a velocidade do som e fazem com que as ondas se curvem, de forma semelhante à formação de uma miragem. Planeamos examinar o impacto das alterações da temperatura da água na aprendizagem automática para a localização de fontes sonoras. Estes estudos em tanques são mais repetíveis, eficientes e económicos do que as experiências em mar aberto e permitir-nos-ão desenvolver técnicas que poderão ser testadas com dados oceânicos."
Adam Kingsley, o estudante de doutoramento responsável pelo software de aquisição, afirma: "Escolhemos os produtos da Spectrum porque demonstraram ser capazes de fornecer o elevado nível de precisão e sincronização de que necessitamos. Como este tanque é, na verdade, uma versão miniaturizada de um enorme corpo de água, a precisão da sincronização é vital para que os resultados sejam significativos quando ampliados."
O par de placas PCIe da Spectrum está alojado num chassis PCIe externo na consola de controlo principal, sincronizado com precisão por um módulo Spectrum Star-Hub. A configuração inclui um segundo par de placas idênticas num segundo chassis que pode ser ativado pelo primeiro.
Esta experiência à escala reduzida requer frequências muito mais elevadas, na gama dos quilohertz, do que as utilizadas no oceano. Os digitalizadores e as placas AWG têm uma elevada resolução de 16 bits e podem amostrar e emitir dados a taxas de até 40 megasamples por segundo, enquanto o desvio entre canais é inferior a 100 picossegundos. Isto proporciona a alta precisão necessária para as experiências. Os dois braços robóticos UR10e, juntamente com a geração de sinal e a aquisição de dados, são controlados por um software LabVIEW personalizado, criado por Adam Kingsley, denominado "Easy Spectrum Acoustics Underwater" (ESAU).
Uma parte fundamental da configuração experimental é a simulação do oceano aberto, pelo que painéis anecoicos especiais da Precision Acoustics, posicionados nas laterais do tanque, reduzem as reflexões. Uma inovação significativa foi o projeto de uma bomba de filtragem e circulação por John Ellsworth, supervisor dos laboratórios de investigação do Departamento de Física e Astronomia da BYU. Esta bomba mantém a água limpa sem criar bolhas no tanque, que são uma importante fonte de ruído. Com todos estes preparativos em vigor, as respostas ao impulso puderam ser medidas, facilitando a remoção de ruído das leituras durante a experiência. A precisão das placas de PC Spectrum, com uma relação sinal-ruído (SNR) superior a 71 dB, garante que a remoção da resposta ao impulso produz resultados experimentais precisos.
O Dr. Neilsen acrescentou: "Este novo laboratório foi construído para que os estudantes de investigação pudessem conceber e conduzir as suas próprias experiências como parte dos seus estudos de licenciatura. O meu primeiro estudante de pós-graduação, Cameron Vongsawad, e eu considerámos cuidadosamente o equipamento que precisávamos de adquirir, pois era importante que tudo fosse robusto e fácil de utilizar, uma vez que estes equipamentos estarão em funcionamento durante muitos anos. Tal como muitos outros laboratórios, valorizamos a garantia exclusiva de cinco anos da Spectrum Instrumentation, pois isso significa que podemos confiar nos seus produtos durante muitos anos."
