Эхолот показывает не дно, а эхо: как читать экран у штурвала

Гость поднимается к штурвалу, смотрит на экран секунд десять и спрашивает: «А вот эта штука — рыба?» Следом идёт второй по частоте вопрос: сколько там сейчас под нами. Цифра на дисплее крупная, светится, и ей верят как весам в аптеке.

Верить можно. Только прибор под собой ничего не видит — ни камеры, ни глаз у него нет. Он умеет ровно одно: щёлкнуть звуком вниз и засечь, через сколько вернётся эхо. В морской воде звук идёт примерно 1500 метров в секунду, вчетверо с лишним быстрее, чем в воздухе. До дна на двадцати метрах и обратно импульс успевает примерно за три сотых секунды. Всё остальное на экране — арифметика и догадки прибора о том, что он услышал.

Он меряет время, а глубину вычисляет

Формула, на которой стоит любой эхолот, влезает в строку: глубина равна скорости звука, умноженной на время и поделённой пополам. Пополам — потому что импульс проходит дистанцию дважды, вниз и обратно.

Скорость звука прибор подставляет усреднённую, те самые 1500 м/с. В природе она гуляет: прибавляет около четырёх метров в секунду на каждый градус тепла, чуть больше метра — на каждую единицу солёности, и понемногу растёт с глубиной. В Красном море, тёплом и солёном, звук идёт около 1548 м/с. В холодных водах — антарктических или в Финском заливе — около 1466. Восемьдесят с лишним метров в секунду разницы между крайностями.

Наша вода вдвое преснее океанской, летом сверху прогрета, зимой выстужена — реальная скорость звука под килем от подставленных 1500 всё время немного отличается, то в плюс, то в минус. На прогулочных глубинах это ничего не решает: расхождение в процент с небольшим даёт на двадцати метрах сантиметров двадцать, о которых можно не думать.

Вторая поправка на выходе заметнее. Глубину эхолот считает от датчика, вклеенного в днище, — не от ватерлинии и не от нижней точки киля. Хотите знать, сколько воды осталось под самым низом лодки, — вычитайте осадку либо введите поправку в настройках прибора. Кстати, почему морская примета просит именно семь футов и сколько их под нашими бортами — мы посчитали отдельно, цифра там неожиданная.

На катерах эхолот почти всегда штатный и стоит прямо у штурвала: выберите борт в каталоге и попросите капитана показать экран — отказывают редко, а объясняют с удовольствием.

Экран — это лента прошлого, а не вид вперёд

Первое, что ломает привычную картину: эхолот не смотрит вперёд по курсу. Конус звука уходит строго вниз, и на экран попадает только то, что было под датчиком.

Картинка ползёт справа налево. Справа — то, что прибор слышит сейчас, влево уходит история последних секунд и минут. Горизонталь — это минуты, а не метры.

Поэтому лента идёт и когда судно стоит на якоре: датчик продолжает пульсировать, экран прокручивается, а рисуется на нём одна и та же ровная полка дна. И поэтому же камень на банке эхолот покажет уже после того, как вы над ним прошли.

Почему дно выходит мягче, чем оно есть

Звук уходит вниз конусом. Не иголка, а расширяющийся книзу колокол — и ширина этого колокола зависит от частоты. Чем частота ниже, тем шире раствор и тем глубже прибор достаёт. Чем выше — тем уже конус и подробнее картинка, но глубина берётся хуже.

У судовых эхолотов на 50 кГц конус около 35–45 градусов, на 200 кГц — уже 6–10. У рыбопоисковых приборов классика другая: примерно 60 градусов на широком луче и около 20 на узком.

Дальше геометрия. Диаметр пятна на дне считается как удвоенная глубина, помноженная на тангенс половины угла. Для узкого двадцатиградусного конуса на сотне метров это круг метров тридцати пяти поперёк; для широкого шестидесятиградусного — уже за сотню.

Значит, «глубина под нами» — усреднённое эхо с круга приличного размера. Никакая не точка. Отсюда два следствия. Дно на экране всегда глаже, чем в жизни: узкая расщелина внутри пятна попросту теряется. И на склоне первым возвращается эхо от ближайшей точки конуса, то есть прибор покажет чуть мельче, чем под самим килем. Для нашего берега это не мелочь: уклоны в каньонах доходят до двадцати с лишним градусов.

Дуга вместо рыбки

Теперь про тот самый вопрос от штурвала. Рыба появляется на экране дугой — аккуратной, похожей на бровь. К форме рыбы эта дуга отношения не имеет.

Механика простая. Лодка идёт, конус вместе с ней, и объект сначала попадает в край луча, потом проходит через середину, потом выходит с другого края. От краёв конуса звуку идти дальше, чем от центра, эхо оттуда возвращается позже — прибор честно откладывает разницу как «глубже» и вычерчивает дугу. Чем она полнее и симметричнее, тем ближе к оси луча прошла рыба. Мелочь, стоящая косяком, рисуется облаком мелких точек.

А вот аккуратные значки в форме рыбок — уже интерпретация. Режим Fish ID берёт отражение, прикидывает силу сигнала и подставляет символ, покрупнее или помельче. Ошибается он охотно: за рыбу у него сходят пузырьки воздуха, водоросли, мусор после ливня. Рыбаки со стажем этот режим выключают и читают сырые дуги — там хотя бы видно, что именно прибор услышал. Как выглядит выход, где эхолотом действительно ищут стаю, — загляните в разбор морской рыбалки у Сочи, с рыбой, снастями и лицензиями.

Полоса поперёк экрана

Иногда где-то в середине толщи появляется горизонтальная полоса: рыхлая, размытая, с шумом вокруг. Дуг она не даёт и почти не меняется от кадра к кадру — тянется через экран ровно, как карандашная линия под линейку.

Это граница слоёв воды. Звук отражается не только от грунта: любой резкий перепад плотности возвращает часть импульса, а плотность задают температура и солёность. Термоклин слышен прибору примерно так же, как илистое дно, — слабее, но слышен.

Летом у нас такая граница есть почти всегда. Под прогретой крышкой лежит вода, оставшаяся с зимы, и она никуда не девается до следующего февраля — прочитайте, откуда под тёплым морем берётся февральская вода, если хочется понять, почему нырять за прохладой бессмысленно. На экране этот слой выглядит скучной чертой. По сути — разрез моря в реальном времени.

Почему цифры прыгают на ходу

Самое заметное для гостя: на стоянке цифра стоит намертво, дали ход — замигала, скакнула, пропала совсем, вернулась через полминуты.

Главный виновник — воздух. На ходу вдоль днища тянется шлейф пузырьков: от волны, от редана, от винта. Ультразвук на пузырьках рассеивается и вязнет, датчик перестаёт слышать дно, и прибор в этот момент показывает что угодно — мигает, обнуляется, выдаёт несуществующие глубины. Поэтому датчик и ставят подальше от винта, от сливов и от редана, а горизонт выставляют с расчётом на глиссирование, когда лодка задирает нос.

Вторая причина — реверберация. Сигнал отражается от дна, бьётся о днище судна, уходит вниз ещё раз и возвращается снова, рисуя фантомное второе дно ровно вдвое глубже настоящего. Ловится это обычно на каменистом мелководье и опознаётся по кратности: если «второе дно» лежит ровно вдвое глубже первого, никакого дна там нет.

Третья причина — сам берег. Рельеф под водой у Сочи злее, чем кажется с палубы: шельф узкий, его режут подводные каньоны, и над ними глубина уходит из двух десятков метров в сотни за минуту хода. Экран в такие моменты выглядит сломанным, хотя он просто честен. Сколько воды под килем в каждой миле от берега — смотрите в разборе сочинских глубин, там и про каньоны у Имеретинки, и про то, где начинается километр.

Коротко

• Эхолот засекает время возврата эха и переводит его в метры по скорости звука — по умолчанию 1500 м/с.
• Отсчёт идёт от датчика на днище; чтобы получить запас под килем, вычитают осадку.
• Экран — лента времени: справа настоящее, слева прошлое, впереди по курсу не показано ничего.
• Дуга — след прохода объекта через конус луча, а не силуэт рыбы. Значки-рыбки прибор рисует по догадке и врёт регулярно.
• Ровная размытая полоса в толще — граница слоёв воды.
• Скачки цифр на ходу — почти всегда пузырьки под датчиком, а не поломка прибора.

Спросить «что это за полоса» можно прямо на выходе: за штурвалом объясняют охотно, и через пять минут экран перестаёт быть шифром. Выходим из Имеретинского порта и от Морского порта Сочи — приходите смотреть на дно ушами. А что почитать перед выходом, найдётся в журнале.