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ソナー(SONAR、Sound navigation and ranging、ソーナー)は、水中音波を使って水上船舶や潜水艦、水中の物体を捜索、探知、測距する装置である。超音波探信儀とも呼ばれるソナーは、船舶航法装置であり、水中測的のための音波発信装置と聴音装置の組み合わせで、振動子や検知器を中心とした探知システム全体を指す。通常は超音波を使い、水中の物体からの反射によって距離や方位を探知するが、反射ではなく水中の物体から発する音を探知するものもある。

兵器としての、自ら音波を発するモードや自らは音波を発せずに聴音するだけのモードを組み合わせた複雑で大規模な水中測的装置から、レジャー用を含む簡易な魚群探知機まで、多様なソナーが存在する。水深を測るのにも使用され、船の航行速度を測るドップラー・ソナーも存在する。

◆ 名称

「ソナー」や「ソーナー」は "Sound navigation and ranging"(音波 航行と測距)の頭文字をとった英語名称 "SONAR" "SONAR"は第二次世界大戦中に米海軍によって作られた造語である。時系列で言えば、英国の"ASDIC"の方が早くに登場しているが委員会名を付けたため判り難いためか、世界的にはSONARの方が普及している。に基づく日本語での名称である。英国では第一次世界大戦時の英国海軍の対潜技術の専門家と科学者達による委員会 "ASDIC" (Anti-Submarin Detection Information Comittiee、対潜探知情報委員会)から、ソナー装置がその委員会の名前で呼ばれたこともあり、英国とドイツではASDICと呼ばれ、日本語でも「アスディック」と呼ばれる場合がある。

;海上自衛隊での呼称

海上自衛隊では旧海軍時代よりの「ソーナー」で呼称を統一している。なお、海上自衛隊ではソーナーとは、装置の名称であると共に水測することも指す。海上自衛隊でのソーナー操作員は水測士と呼ばれる。

;超音波探信儀

レーダーが電波探信儀とも呼ばれるように、ソナーが超音波探信儀と呼ばれることがある。レーダーが電磁波を使用した探信儀であるのに対して、ソナーは超音波を使用した探信儀であるため超音波探信儀と呼ばれる。

;派生的用法

本来の水中でのソナー以外でも、波の反射によって物体を探知するという技術を使用したもの一般にソナーと呼ぶ事があり、例えば、赤外線を使ったセンサー・システムを自動車に備えることで、後進や右左折時の衝突防止に役立てる警報装置の名前に使われたりするソナーの技術を応用した医療機器が超音波診断装置である。。

;魚群探知機

ソナーの技術は民間用途でも魚群探知機として普及しており、精度と解析技術が格段に進歩し小型化されている。魚群探知機としてのソナーはゴムボートに搭載できデジタルで解析するタイプまで存在する漁労用途では、船の真下方向を探知するものを「魚群探知機」と呼び、船の周囲方向を探知するものを「ソナー」と呼んで区別している。。

◆ 歴史

1490年にレオナルド・ダ・ヴィンチは、ラッパにパイプと聴診器を付けたような器具を作成して小船の上から水中にそれを伸ばし、遠くのガレオン船の水中音を聞いて空気中より良く伝わる事を確認している。

1912年のタイタニック号の沈没事故によって、海上に浮かぶ遠方の氷山を何とか早期に発見することが求められるようになると、タイタニック号の母国であった英国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るようになった。

1914年には、米国科学者フェッセンデンが、アクティブ・ソナーの原型となる装置を開発し、2マイル先の氷山の探知に成功した。彼の装置はダイナミック・スピーカーの可動コイルと同じ原理で、トランスデューサー(送受信器)を作り、一方向に音響ビームを放って反響波を受信するものだった。この年に第一次世界大戦が始まり、大戦の後半には徐々に欧州各国の船舶にドイツ海軍の潜水艇Uボートによる被害が出ることになる。

1917年にはフランス・パリ工科大学のランジュバン博士が水晶の圧電効果による高性能のトランスデューサーを開発し、真空管式アンプと共に実用的なアクティブ・ソナーを作った。ランジュバン博士のソナー装置はフランス海軍の興味を引き、1918年には1,500m先の潜水艇を発見している。1917年2月から、ドイツ海軍はUボートによる無制限潜水艦戦を始める。これは英国に向かう船は中立国であっても攻撃を加えると云うものであり、英米海軍はこの頃から各国で実用段階に入ったサーチライト型とも呼ばれたアクティブ・ソナーを、船団護衛の駆逐艦やフリゲートに搭載してUボートの攻撃に対抗した欧州連合国側の輸送船団の被害はソナー導入前には25%の撃沈率が4%にまで改善したとされる。同時に実用化されたマイクロ波レーダーもUボートに対向できる有力な新兵器であったため、ソナーとレーダーのそれぞれがどれほどの割合で被害低減に寄与したかは不明である。。サーチライト型アクティブ・ソナーでは、ランジュバン博士の作った水晶の圧電効果によるトランスデューサーと同様のもので、一方向に絞った音響波を放射する仕組みであるため、首振り機構を備えることで距離だけでなく方位や深度までが探知できた。

日本では第一次世界大戦終了が終わる1918年ごろに、欧米からソナー類を輸入した。この頃はソナーは「水中音波探信儀」と呼んでいた。米国からはフェッセンデンが開発したF式アクティブ・ソナー「水中探信儀」に加えて、Kチューブ・ハイドロフォン「水中聴音機」というパッシブ・ソナーも購入している。またドイツ海軍のUボート搭載のパッシブ・ソナーも購入している。

第二次世界大戦時にドイツ海軍が再びUボートを使い始めると、欧州各国と米国を含む連合国はサーチライト型アクティブ・ソナーやレーダー、そして新開発の「ヘッジホッグ」投射型対潜弾で再びUボートと対決した。米海軍では大戦末期になると近距離探知用の30kHzと遠距離探知用の14kHzの2種類のアクティブ・ソナーを対潜用艦艇に搭載するようになった鳥羽利男著 『「海中音響兵器ソーナー」出現と発展』、軍事研究2009年5月号、(株)ジャパン・ミリタリー・レビュー。

やがて、第二次大戦時に探信義の探知結果がブラウン管で視覚化され、聴音装置と完全に分離された後も音波深信儀と聴音機やそのシステムを日本語でもソナーと呼ばれるようになった日本でソナーがブラウン管式になったのは第二次大戦後期(1943年ころ)の三式探信儀とよばれるソナーが最初である。。

主に軍事兵器として発展してきたソナーも、電子技術の発展によって小型・軽量・安価となり、民生用の使いやすい製品が登場して、ゴムボートに積んでレジャーの釣りなどに手軽に利用されている。

第二次大戦中の戦争映画などに登場するソナーは「ピン...ピン...」と水測士がスイッチで水晶発信機に交流電流を流して超音波を発信し、水中に放射した超音波パルスのエコーを、ヘッドホンで同じ水測士が聴音し、その音感で距離などを訓練により感覚的に判断しブリッジに報告するタイプのものである。

◆ 原理

;アクティブ・ソナーの原理

アクティブ・ソナーの原理はやまびこと同じである。自分から音を出し、その音が反射して戻って来て、その音が聞こえるまでの時間差から目標までの距離を知るのが原理である。

ソナーは水晶振動子に交流電流を流すことで発生する超音波を水中に放射して、物体に当り反射して戻って来た超音波を振動子で受信することで電気信号を得て、発信から受信までの時間差と水中における超音波の伝播速度から、物体までの距離を算定する。

ソナーによる距離の測定は、ある方向に出した音波が、大きく反射されてT秒後に観測された(エコーが返ってきた)とすれば、音波の往復を考慮して、

: 物体までの距離 = (音速×T)/ 2

として求められる。例えば音波を360度の全周にわたって放射しエコーを記録すれば、水中音波を反射する全物体を探知する事ができる。この原理はレーダーと同じである。

;水中の伝播特性

空中での音波と異なり、超音波による縦波の振動、つまり水中超音波は水中でも長距離まで届く。

水平方向だけでなく垂直方向でも深くまで届き、海底面では波は反射され、水中の浮遊物でも比較的小さなものまで反射される。

例えば、電波は海水中では急速に減衰してしまうために、観測・測定用にはあまり役立たない。海水は塩などの電解質が解けた電解液であるため、電波は入射するとエネルギーが消費されて急速に減衰する。また、光も海水や湖水、河川水といった自然水は浮遊物を多く含み、光は散乱や吸収されるために届く距離はせいぜい15-100mである上、光線は屈折を受ける。

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