现在，让我们来较为详细地研究一下，在水下发射出的声脉冲，是怎样变成回声探测所必需的定向声线的。把一种能变为另一种能的装置，叫做换能器。在声呐中，这种装置可以把电振动变为声振动，就像扬声器把电信号变为声信号（空气振动），传声器把声振动变为电振动一样。但是，由于空气和水的声学性质不同，它们的结构有很大差别。扬声器和传声器是电动式的（带电导线和恒定磁场相互作用产生机械振动），而换能器中通常利用的是某些材料在电场或磁场影响下能改变自己体积的特性。这里有必要讲一讲三种物理现象：磁致伸缩、压电效应和电致伸缩。
磁致伸缩换能器利用的是磁场。其磁场通常是交流电通过线圈时在线圈里形成的。线圈内放有磁性材料，磁性材料在交变磁场作用下，或是膨胀，或是收缩。这种换能器通常在频率不超过10万赫时使用。线圈本身经过严格绝缘，因此，整个装置可以放心地放入水中。
压电换能器的主要元件是石英晶体。石英晶体在电场作用下，主要在一个方向改变自己的长度，因此，电振动产生机械振动，机械振动又传给水。反过来，水振动（声波）引起晶体机械振动，在晶面上形成交变电场，很容易用记录装置记录下来。实践中应用最广的电致伸缩换能器，也用类似方法工作。这种换能器的特点是：某些材料（陶瓷）体积的变化依赖于所加电场强度，而与其符号无关。类似的材料可以举出的还有钛酸钡和钛—锆酸铅。
电致伸缩换能器以及压电换能器，都可以不透水层。但是，这种不透水层必须保证换能器产生的振动能“进入水中”。声波在液体介质中传播，经过金属或橡胶薄膜，把振动传给水。
现在有一个问题：用什么方法才能产生定向声束。水中或空气中产生的声从声源向所有方向传播（球对称）。第一次世界大战期间，只能用声波测出潜艇的距离，并不能测定潜艇的位置。如果能造出像探照灯光束一样的声波束，就能迅速测定目标的方向（在射线束宽范围内）。使用严格定向接收反射信号的接收装置，也能获得类似的结果。实际制造声呐时，这两种原理都用上了。
目前，声束的形成是基于干涉现象的应用：两列波以同一相位传播时相互叠加，形成较强的波；而在截然相反的相位运动时则相反，它们相互抵消。因而，相互靠近的两个声源将会形成一系列极小值和极大值（相应于声波抵消或重叠的地方）。结果，声强的分布就具有“花瓣形”的特点——形成一系列声束。随着声源数目的增加，干涉图越加复杂：形成各种大小的“花瓣”（波束的系统）。其中有一些很小很弱。但同时还有位于排成一条线的声源中间同声源连线垂直的强声束。定向接收反射信号的方法同定向发射的方法相同。在许多声呐系统中，同一个换能器（或一组换能器）通常既用来发射也用来接收声信号。
发射换能器（发射机）发出短的声信号（脉冲），其频率取决于发生器的频率和换能器固有频率。像脉冲持续时间这种很重要的信号特性用开关选定。脉冲发射时接通钟表机械。脉冲到达目标后反射回来，由于声在传播中的衰减和目标只反射照射在它上面的部分能量，回声信号是比较弱的。反射回来的声脉冲进入接收换能器（接收机）。脉冲在这里又变成电信号，放大并被测量仪器记录。大多数声呐系统中，反射信号可以用目力观察，经常是记录在自动记录仪的纸带上。发射机刚一发生脉冲，自动记录仪的笔尖就横跨纸带运动。钟表机械通常附在自动记录仪上。反射信号进入接收装置，自动记录仪的笔尖就在纸带上记上标志。根据标志间的距离，可以判断信号发射和接收之间所经过的时间。在脉冲传到目标和返回的过程中，自动记录仪的纸带缓缓地作垂直于笔尖运动方向的运动。下一个脉冲发射时，笔尖回到垂直方向的初始位置，又开始做横向纸带的运动。如果到目标的距离没有变化，那么，经过反射信号的全部标志可以作一根同纸带两边平行的直线。否则，这根直线就成了倾斜线。
