Onderwaterakoestiek: Hydrofoons

 

Hydrofoons: microfoons voor geluid onder water

 
Onderstaande, licht geredigeerde, tekst is ontleend aan een TNO verhandeling over hydrofoons en onderwatergeluid uit 1974

 

De historie van onderwatergeluid

Geluid, zoals dat door ons wordt waargenomen, bereikt ons oor als trillingen die zich voortplanten door de lucht. Dat er ook geluiden onder water zijn en dat die geluiden zich sneller en over grotere afstanden voortplanten dan in de lucht is voor velen onbekend omdat die geluiden slechts zelden worden waargenomen. Men moet hiervoor met het hoofd onder water zwemmen, iets wat men niet dagelijks doet. Geluid onder water kan vrijwel niet worden waargenomen boven water. Dit hangt samen met het grote verschil dat er bestaat tussen lucht en water voor wat betreft het soortelijk gewicht en de samendrukbaarheid. Hierdoor wordt geluid onder water zo goed als volledig teruggekaatst tegen het wateroppervlak en dringt slechts een fractie ervan door tot de lucht erboven.

Volgens historische geschriften was het bestaan van geluid onder water reeds bekend aan Leonardo da Vinci. In 1490 beschreef hij hoe hij de roeislagen van ver verwijderde schepen kon horen door te luisteren aan een buis die hij met een uiteinde in het water stak. Het viel hem toen reeds op dat geluid onder water over veel grotere afstanden hoorbaar bleef dan boven water. Het verschijnsel van geluid onder water werd in die tijd slechts beschouwd als een curiositeit. In de 17e eeuw berekende Isaac Newton dat geluid zich onder water met een veel hogere snelheid moest voortplanten dan in lucht als gevolg van de geringere samendrukbaarheid en het hogere soortelijk gewicht van water. In 1820 luidde François Beudant een klok onder water waarbij tegelijkertijd een vlagsignaal werd gegeven. Een zwemmer op afstand gaf een teken als de klok gehoord werd. Beudant kwam op een geluidsnelheid van 1500 m/s. In 1827 werd de geluidsnelheid onder water door Calladon en Sturm gemeten in het meer van Genève. Zij kwamen op 1435 m/s.

Deze prent toont de primiteve meetmethode voor het bepalen van de geluidsnelheid onder water, Op het ogenblik dat de hamer de klok raakt wordt door de brandende lont magnesiumpoeder ontstoken. Een waarnemer op grote afstand neemt de lichtflits waar en start de chronometer die bij het horen van het klokgeluid weer gestopt wordt. Vanwege de meetafstand van 5-10 km moesten deze proeven 's-nachts worden uitgevoerd bij helder zicht.
Deze prent toont de primiteve meetmethode voor het bepalen van de geluidsnelheid onder water, Op het ogenblik dat de hamer de klok raakt wordt door de brandende lont magnesiumpoeder ontstoken. Een waarnemer op grote afstand (13.5 km) neemt de lichtflits waar en start de chronometer die bij het horen van het klokgeluid weer gestopt wordt. Vanwege de meetafstand van 5-10 km moesten deze proeven ‘s-nachts worden uitgevoerd bij helder zicht.

In die tijd maakte men geluid onder water door een klok onder water te luiden of door met een hamer op de scheepshuid te slaan. Microfoons bestonden toen nog niet en men ving de signalen op door met het oor aan de binnenzijde van de scheepshuid te luisteren. Men ontdekte hierbij dat de geluiden weerkaatst werden tegen de bodem en tegen de oevers van het meer.

Pas na de ramp van de Titanic in 1912 bedacht men de mogelijkheden om ijsbergen en klippen bijtijds te ontdekken door onder water te luisteren naar hun echo’s wanneer men zelf geluidsignalen had uitgezonden. Men kon de geluiden onder water opvangen met behulp van (telefoon)microfoons die aan de binnenzijde van de scheepshuid werden geplaatst (Fessenden oscillator). Veel schepen werden toen uitgerust met luidklokken onder water en microfoons om aanvaringen tijdens mist te voorkomen.
Met soortgelijke voorzieningen was men in staat om de waterdiepte onder de kiel te bepalen (‘echolood‘).

In 1914 werd de onderwaterluidspreker uitgevonden, waarbij men gebruik maakte van de piëzo-elektrische eigenschappen van kwartskristallen. Men kon nu langs elektrische weg geluiden onder water uitzenden. Ook bedacht men betere constructies voor onderwatermicrofoons.

De dreiging van onderzeeboten tijdens de Tweede Wereldoorlog leidde tot de ontwikkeling van apparaten waarmede dit onzichtbare gevaar met behulp van geluidsignalen kon worden opgespoord. Deze apparaten werden aangeduid met de codenaam ”ASDIC” (Anti Submarine Detection Investigation Committee) en later met ”SONAR” (SOund Navigation And Ranging). 

Daarna vond men steeds meer toepassingen voor geluid onder water. Zo bleek bijvoorbeeld dat visscholen bij bepaalde frequenties sterke echo’s kunnen geven. Vissersschepen werden als snel voorzien van speciale visserij-sonars werden uitgerust. Naarmate biologen zich meer gingen interesseren voor het gedrag van vissen ging men meer gebruik maken van de mogelijkheden die de onderwaterakoestiek biedt. Men voorzag vissen van miniatuur geluidzendertjes (pingers) die gedurende maanden en soms zelfs jaren geluidstootjes bleven uitzenden. Met behulp van geschikte luisterapparaten kon men dan de bewegingen van die vissen blijven volgen. Ook ontdekte men dat veel andere zeedieren geluiden produceren, zoals bijvoorbeeld dolfijnen. Die zijn toegerust met een hoog ontwikkeld sonarapparaat dat ze gebruiken bij het zoeken naar voedsel, voor hun navigatie en ook voor onderlinge communicatie.

Recente ontwikkelingen op het gebied van de exploratie en het winnen van delfstoffen onder de zeebodem vragen in toenemende mate om apparaten die werken met geluid onder water. Er bestaan nu echoloden waarvan de geluidsignalen diep kunnen doordringen in de zeebodem, zodat echo’s kunnen worden ontvangen van dieper gelegen aardlagen. De plaats van een boorput voor olie- of gaswinning kan op de zeebodem gemarkeerd worden met geluidbronnen (pingers). Men kan pingers eveneens gebruiken als hulpmiddel voor een nauwkeurige plaatsbepaling op zee door op bekende posities deze pingers op de zeebodem te plaatsen en gebruik te maken van de tijdverschillen waarmede gelijktijdig uitgezonden signalen worden ontvangen.

Ook voor militaire doeleinden wordt de toepassing van geluid onder water van steeds groter belang, niet alleen voor het opsporen van onderzeeboten en voor het geleiden van torpedo’s, maar ook voor telefonisch contact met onderzeeboten. Voor al deze toepassingen dient men te beschikken over gevoelige en betrouwbare microfoons voor geluid onder water, ”hydrofoons” genoemd.

 

Microfoons zijn nog geen hydrofoons

Het is in principe mogelijk om microfoons, die bedoeld zijn om luchtgeluid op te vangen, waterdicht te maken om ze als hydrofoons te kunnen gebruiken. Microfoons worden tegenwoordig in grote aantallen vervaardigd en de eenvoudige soorten zijn zeer goedkoop. Het blijkt echter dat microfoons die gevoelig zijn voor luchtgeluid onder water een lage gevoeligheid hebben. De oorzaak is het verschil in soortelijk gewicht en samendrukbaarheid van lucht en water.
Geluid is een trillende beweging van de stof, die gepaard gaat met een periodieke drukvariatie die zich met een bepaalde snelheid voortplant (de geluidsnelheid).

Lucht heeft een laag soortelijk gewicht en een hoge samendrukbaarheid waardoor de geluidtrillingen gepaard gaan met een betrekkelijk lage amplitude van de druk, terwijl de luchtmoleculen met betrekkelijk hoge snelheid trillen. Een luchtmicrofoon is dan ook altijd uitgerust met een zeer licht en dun membraan dat door de zwakke druktrillingen gemakkelijk wordt meegenomen. Aan de trilling van dat membraan wordt dan op een of andere wijze een elektrisch signaal ontleend.
Water heeft daarentegen een hoog soortelijk gewicht terwijl de samendrukbaarheid gering is. Geluid onder water gaat daarom gepaard met een betrekkelijk hoge drukamplitude, terwijl de watermoleculen zich nauwelijks verplaatsen. Een door het water in beweging gebracht membraan kan daardoor nooit met een grotere amplitude trillen dan het water zelf. Een luchtmicrofoon onder water kan dus slechts een zwak signaal afgeven ook al is de drukamplitude daar hoog.
De beweeglijkheid van het membraan van een hydrofoon zal dus aangepast moeten worden aan de traagheid van het water wat leidt tot een hoge stijfheid van het membraan en een doorgaans zeer robuuste constructie van het hydrofoonhuis.

Werkingprincipes

Er bestaat een groot aantal fysische grondbeginselen waarop de werking van een microfoon en van een hydrofoon gebaseerd kan zijn. De vijf meest interessante zullen hier genoemd worden:

  • De koolmicrofoon.
    Deze vindt toepassing in vrijwel alle [klassieke] telefoontoestellen over de gehele wereld. De werking berust op een verandering van de weerstand van koolkorrels die door de druk van het membraan dat het geluid opvangt tegen elkaar worden gedrukt. Als een gelijkstroom door het pakket koolkorrels wordt gestuurd ontstaat er een spanning over de microfoonklemmen die fluctueert in overeenstemming met de geluidtrillingen tegen het membraan. Vanwege de grote uitwijkingen die het membraan moet ondergaan om een redelijke weerstandsverandering te veroorzaken is deze microfoon niet geschikt als hydrofoon.
  • De condensatormicrofoon.
    Deze bestaat uit een gespannen metaalfolie dat zich op korte afstand van een metalen plaat bevindt en hiermede een condensator vormt. Luchttrillingen brengen het metaalfolie in beweging waardoor de capaciteit verandert. Een elektrische lading die via een hoge weerstand wordt aangevoerd verandert de spanning over de condensatormicrofoon in overeenstemming met de geluidtrillingen. Ook deze microfoon is niet geschikt als hydrofoon vanwege de vereiste grote uitwijkingen van het membraan.
  • De elektromagnetische microfoon.
    Hiervan bestaan vele varianten. Het principe berust op een spoeltje dat in sommige gevallen wordt aangedreven door een membraan en dan beweegt in een magnetisch veld. In andere gevallen staat het spoeltje stil en beweegt een stukje ijzer in de spoel in een magnetisch veld of is het membraan zelf van ijzer. In alle gevallen verandert de magnetische flux in het spoeltje in overeenstemming met de geluidtrillingen. Het spoeltje geeft dan door inductie een elektrische spanning af. In verband met de grote uitwijkingen die nodig zijn voor een redelijke inductiespanning is ook deze microfoon minder geschikt als hydrofoon.
  • De magnetostrictieve of piëzomagnetische microfoon.
    Volgens het principe van magnetostrictie (of piëzomagnetisme) verandert de magnetiseerbaarheid van een ferromagnetisch materiaal onder invloed van een elastische deformatie. Nikkel en Vanadium-permendur (49% Nikkel, 49% Cobalt en 2% Vanadium) vertonen dit effect in sterke mate. Omdat voor de deformatie van het metaal grote krachten nodig zijn terwijl de verplaatsingen gering zijn, is dit principe  uitermate geschikt voor hydrofoons. De constructie bestaat uit een gesloten magnetisch circuit van magnetostrictief materiaal waarin een magnetisch veld wordt gehandhaafd, gewoonlijk met behulp van een permanente magneet. Door het geluidveld wordt het magnetische circuit gedeformeerd wat een verandering van de magnetische flux tot gevolg heeft die door middel van een draadwikkeling omgezet wordt in een wisselspanning.
  • De piëzo-elektrische microfoon.
    Hierbij wordt gebruik gemaakt van de eigenschap van sommige kristallen en sommige polykristallijne stoffen dat onder invloed van een mechanische deformatie een elektrische veldsterkte ontstaat in het materiaal. Met behulp van elektroden kan deze veldsterkte als een elektrische spanning worden afgenomen welke evenredig is met de deformatie van het kristal.
    Omdat kristallen onder hoge druk slechts weinig deformeren zijn deze uitstekend geschikt om toe te passen in hydrofoons. In verband met de grote gevoeligheid van dit soort materiaal en de eenvoud van constructie wordt het ook veel toegepast in luchtmicrofoons. Hierbij wordt door een vernuftige kunstgreep de kleine kracht die het membraan levert bij een grote uitwijking overgebracht op het kristal als een grote kracht met een geringe deformatie van het kristal.

Van de vijf genoemde soorten blijken de piëzo-elektrische hydrofoons dermate gunstige eigenschappen te bezitten dat hieronder alleen dit type nader zal worden behandeld.

Piëzo-elektrische hydrofoons

Het oudst bekende piëzo-elektrische kristal is kwarts. De eerste goede hydrofoons waren dan ook gebaseerd op kwartskristallen. Dit materiaal is uiterst stabiel van eigenschappen, ook onder extreme condities van temperatuur en druk èn het is onoplosbaar in water. De kristallen zijn echter kostbaar en de bewerking is moeilijk. Bovendien zijn kwartskristallen betrekkelijk ongevoelig. De opgewekte piëzo-elektrische spanning is betrekkelijk laag in vergelijking met later ontdekte piëzo-elektrische kristallen. Die waren niet alleen veel gevoeliger dan kwarts, ze waren bovendien veel goedkoper en makkelijker te bewerken. Het meest bekende hiervan is Seignettezout, dat tot voor kort werd toegepast in vrijwel alle kristalmicrofoons en grammofoonelementen.

Voor hydrofoons gebruikte men in de jaren 40-50 liever het wat minder gevoelige ADP (Ammonium Dihydrogeen Phosphaat) omdat dit sterker en stabieler is dan Seignettezout. Het nadeel van al deze kristallen is wel dat zij makkelijk oplossen in water. Dit is een ongunstige eigenschap die deze kristallen minder geschikt maakt voor toepassing in hydrofoons omdat reeds een kleine lekkage kan leiden tot oplossen van het kristal.

Omstreeks 1950 ontdekte men dat sommige keramische materialen die vervaardigd werden uit bariumtitanaat, loodzirconaat en aanverwante stoffen een sterk pièzo-elektrisch effect vertonen. De technologie van deze piëzo-elektrische keramieken is daarna aanzienlijk vooruitgegaan. Ook in aanstekers en ontsteekmechanismen voor gaskachels en verbrandingsmotoren vinden keramische elementen hun toepassing, wat vroeger met kristallen niet mogelijk was. Piëzo-elektrische keramieken zijn, evenals kwarts, in water onoplosbaar. Zij bezitten, in tegenstelling tot kwarts, een hoge gevoeligheid. Door de mogelijkheid van massafabricage uit goedkope grondstoffen kan de prijs van dit materiaal laag gehouden worden (sommige soorten witkalk bestaan uit bariumoxide, titaanoxide of loodoxide of mengsels hiervan). Deze stoffen dienen als grondstoffen waaruit bariumtitanaat en loodzirconaat worden vervaardigd.

Een ander voordeel van piëzo-elektrische keramieken is dat men ze in allerlei vormen en afmetingen kan vervaardigen. Kristallen moesten vroeger onder bepaalde hoeken met de kristallografische assen uit het moederkristal worden gezaagd. Hierdoor bleef de vorm beperkt tot rechthoekige blokjes, waarvan de grootst mogelijke afmeting bepaald werd door de grootte van het moederkristal. De vorm en de afmetingen van keramische elementen worden bepaald door de mogelijkheden die de keramische technologie biedt. Men heeft nu een veel grotere vrijheid om de vorm van het piëzo-elektrische element aan te passen aan de gewenste hydrofoonconstructie.

Beperkingen aan hydrofoons

De bruikbaarheid van een hydrofoon wordt gekenschetst door drie factoren:

  • De gevoeligheid
    De gevoeligheid is gelijk aan de verhouding tussen de elektrische spanning die de hydrofoon afgeeft en de geluiddruk die de hydrofoon opvangt. Voor zwakke geluiden heeft men gevoelige hydrofoons nodig, voor sterke geluiden minder gevoelige. De gevoeligheid wordt bepaald door de eigenschappen van het piëzo-elektrische materiaal, door de afstand tussen de elektroden en door de constructie van de hydrofoon.
  • De elektrische capaciteit
    De elektrische capaciteit tussen de elektroden is een belangrijke factor die een rol speelt wanneer de hydrofoon wordt aangesloten op een lange kabel. Wanneer de elektrische capaciteit van de kabel groter is dan de capaciteit van de hydrofoon, dan veroorzaakt de kabel een spanningsverlies dat groter is naarmate de capaciteit van de kabel groter is. Evenals de gevoeligheid wordt ook de capaciteit van de hydrofoon bepaald door de eigenschappen van het piëzo-elektrische materiaal, de afstand tussen de elektroden en de constructie van de hydrofoon.
  • De resonantiefrequentie
    Elke hydrofoon gedraagt zich als een systeem waarin massa’s en verende elementen met elkaar gekoppeld zijn, zodat bij een aantal frequenties het verschijnsel van resonantie optreedt. Resonantie zorgt ervoor dat de hydrofoon ongevoelig wordt voor frequenties die hoger zijn dan de resonantiefrequentie. De constructie van de hydrofoon dient dus zodanig te worden uitgevoerd dat in het frequentiegebied dat men wil beluisteren geen resonanties optreden. Aan deze voorwaarde wordt gewoonlijk voldaan door een compacte bouw met toepassing van lichte materialen, zoals magnesium, aluminium, titanium, glas en kunststoffen. Van de genoemde metalen geniet titanium de voorkeur omdat het uitermate bestendig is tegen de corrosieve inwerking van zeewater en goede mechanische en elastische eigenschappen heeft waarbij in sommige legeringen bepaalde gunstige eigenschappen nog eens extra versterkt worden. Tenslotte is de thermische uitzettingscoëfficiënt betrekkelijk laag wat gunstig is wanneer lijmverbindingen worden toegepast met glas en keramische materialen, waarvan de uitzettingscoëfficiënt ook laag is.

Constructies

Door het Physisch Laboratorium TNO wordt al jaren lang gewerkt aan het ontwerpen en vervaardigen van hydrofoons voor allerlei toepassingen. Enkele van de meest voorkomende typen zullen hierna worden behandeld.

Een hydrofoon in zijn eenvoudigste vorm
Een hydrofoon in zijn eenvoudigste vorm

Een hydrofoon in zijn eenvoudigste vorm bevat twee blokjes piëzo-elektrisch keramisch materiaal die worden ingeklemd tussen een metalen membraan en de bodem van een stevig metalen doosje. De blokjes kunnen zowel rechthoekig van vorm zijn als cilindrisch. Ze zijn ten opzichte van elkaar zo gerangschikt dat ze beiden bij indrukking van het membraan dezelfde elektrische spanning leveren aan de gemeenschappelijke elektrode. De uitgaande kabel is slechts schematisch aangegeven: de doorvoering door de wand van het doosje dient uiteraard op deugdelijke wijze waterdicht te zijn. Ook de schroefdraad van het dekseltje moet met pakkingmateriaal worden afgedicht. De afmetingen van de hydrofoon dienen in overeenstemming te zijn met het te beluisteren frequentiegebied: een hydrofoon waarvan de buitenmaten van de grootte-orde van 10 millimeter zijn, kan gebruikt worden voor frequenties tot 100 kHz. Voor een tienmaal grotere hydrofoon, met buitenmaten in de buurt van 100 millimeter loopt het frequentiegebied slechts tot in de buurt van 10 kHz. Deze grote hydrofoon is dan echter wel tienmaal gevoeliger dan de kleine.

Betere aanpassing

Bovenstaande hydrofoon is verre van optimaal gedimensioneerd. Het piëzo-elektrische element is veel stijver dan het omringende water zodat de geluiddruk het element niet voldoende kan deformeren.

Verhoogde gevoeligheid
Verhoogde gevoeligheid

Bovenstaand figuur toont een mogelijke verbetering. Net als bij een hydraulische pers wordt de druk op het membraan geconcentreerd op de veel kleinere doorsnede van het piëzo-elektrische element dat hierdoor een grotere deformatie ondergaat en daardoor een grotere elektrische spanning afgeeft. Diameter en lengte van het piëzo-elektrische element hebben een relatie met de resonantiefrequentie en de gevoeligheid waarbij een betere aanpassing van de hydrofoon aan het omringende medium kan plaatsvinden.

Keramische buis als element

Een bezwaar van deze constructie is wel dat het staafvormige keramische element de neiging vertoont om zijdelings uit te knikken wanneer een sterke drukstoot scheef op het membraan valt. Dat is te voorkomen door het massieve piëzo-elektrische element te vervangen door een dunwandige holle cilinder.

Holle cilinderhydrofoon
Holle cilinderhydrofoon

Het keramische element kan hierbij uit één stuk worden vervaardigd waarbij de elektroden later met geleidende verf kunnen worden aangebracht. De gevoeligheid en de elektrische capaciteit tussen de elektroden zijn binnen hierbij bepaalde grenzen te wijzigen.

Hydrofoon met O-ring afdichting
Hydrofoon met O-ring afdichting

Door de flexibele rand van het membraan te vervangen door een afdichting met een O-ring wordt een nog compactere constructie bereikt. Een centrale bout dwars door de hydrofoon heen klemt het nu losse voorstuk stevig tegen de keramische cilinder aan en zet deze onder axiale druk. Dit is noodzakelijk omdat de lijmverbindingen en ook het keramiek zelf slechts een geringe treksterkte hebben maar daarentegen wel een hoge druk kunnen weerstaan. Door een permanente voorspanning is de hydrofoon beter bestand tegen schokken in axiale richting. Wanneer de doorsnede van deze bout klein is ten opzichte van de doorsnede van het keramische materiaal vormt deze geen belemmering voor een ongehinderde overdracht van de geluiddruk naar het piëzo-elektrische element. 

Buigtrillers

Een geheel andere constructie van hydrofoons is mogelijk door gebruik te maken van het effect dat een doorbuigend membraan aan de bolle zijde gerekt wordt en aan de holle zijde gestuikt. Een dunne schijf piëzo-elektrisch materiaal, gelijmd aan één zijde van het membraan, zal dan een elektrische spanning afgeven evenredig aan deze doorbuiging.

Een buigtriller
Een buigtriller

De doos is gevuld met lucht om een vrije beweging van het membraan niet te hinderen. Een ringvormige groef langs de buitenrand van het membraan zorgt ervoor dat de deformatie van de keramische schijf op alle plaatsen ongeveer gelijk is. Door een juiste keuze van de dikte van het membraan kan worden bereikt dat de stijfheid hiervan wordt aangepast aan de samendrukbaarheid van het water.
In tegenstelling tot de eerder genoemde hydrofoons is dit type niet geschikt voor gebruik diep onder water. Door de grote hydrostatische druk zou het membraan teveel worden ingedrukt waardoor de keramische schijf zou kunnen scheuren. Alternatieve ontwerpen leiden tot andere problemen en maken de hydrofoon duur en omvangrijk. Ook het verschil in thermische uitzetting tussen het metalen membraan en de keramische schijf kan tot gevolg kan hebben dat de schijf breekt. Het metalen membraan moet ook nog eens zeer goed bestendig zijn tegen de corrosieve werking van zeewater. Zirkonium, hoewel duur, is zo’n metaal. 

Alle tot nu toe beschreven hydrofoons bestaan uit stevige metalen doosjes waarvan één wand min of meer flexibel is uitgevoerd en daardoor gevoelig is voor geluid. Deze hydrofoons zijn bedoeld om gemonteerd te worden in de wand van een schip (onder de waterlijn), een boei of een ander ondergedoken voorwerp, met het gevoelige vlak naar het water gekeerd.

Bolhydrofoon

Een hydrofoon, die vrij in het water kan worden opgehangen en die dan in alle richtingen gevoelig is, kan op de eenvoudigste manier worden geconstrueerd met twee halve bollen van piëzo-elektrisch keramisch materiaal worden in- en uitwendig bekleed met een geleidende laag (elektrode) en aaneen gelijmd tot een gesloten bol. Door een gat wordt de elektrische verbinding met de binnenelektrode naar buiten gevoerd. De buitenelektrode wordt geaard. De bol en de verbinding met de kabel worden door een beschermende laag rubber of kunsthars omgeven. Zo’n bolletje met een diameter van 29 millimeter resoneert bij ongeveer 100 kHz en kan dus tot die frequentie als hydrofoon gebruikt worden. Door de gelijkmatige verdeling van de hydrostatische druk kunnen dergelijke bolletjes nog diep onder water worden toegepast zonder gevaar voor breuk van het keramiek.

Bolvormige hydrofoon
Bolvormige hydrofoon

Buishydrofoons

Bij een buisvormige hydrofoon heeft het keramisch element de vorm van een holle cilinder die waterdicht gemaakt wordt door middel van twee dekseltjes. Die kunnen zowel uit metaal als uit kunststof worden vervaardigd. De buisvorm van het keramisch element heeft het voordeel dat deze vorm zich gemakkelijk leent tot massafabricage door extrusie. De prijs kan daardoor lager kan zijn dan van bolvormige elementen, terwijl er bovendien meer vrijheid bestaat in het aanbrengen van de elektroden, bijvoorbeeld door het metalliseren van de beide cilinderoppervlakken. Een hogere gevoeligheid wordt bereikt ten koste van de elektrische capaciteit tussen de elektroden door deze elektroden uit te voeren als een aantal smalle stroken evenwijdig met de as. 

Buisvormige hydrofoon
Buisvormige hydrofoon

Voorbeelden

Onderstaande foto toont een opengewerkt model van een holle cilinderhydrofoon. De hydrofoon is tussen O-ringen bevestigd in een waterdichte vatting met een waterdichte elektrische contactplug. De elektroden op de keramische buis bedekken de beide cilinderoppervlakken geheel. De elektrische verbindingen worden door de bodem van de hydrofooncapsule naar buiten gevoerd. De ruimte achter de capsule is gevuld met siliconenolie. De witte ring onder de zeskantige moer is een borgring. Deze hydrofoon, die aan de buitenzijde voorzien is van gasdraad, kan in allerlei constructies onder water worden aangebracht.

Opengewerkt model van een hydrofoon. (1) hydrofooncapsule (2) keramische buis (3) voorstuk (4) O-ringen (5) doorvoeringen (6) borgring (7) contactplug
Opengewerkt model van een hydrofoon
(1) hydrofooncapsule
(2) keramische buis
(3) voorstuk
(4) O-ringen
(5) doorvoeringen
(6) borgring
(7) contactplug

Door een groot aantal hydrofoons samen te bouwen kan één grote cilindervormige 360-graden luisterpost voor gebruik onder water gemaakt worden, zoals het testexemplaar uit 1965.

Samenstelsel van 216 hydrofoons (uit 1965)
Samenstelsel van 216 hydrofoons (uit 1965)