Отражение звука. Эхо

Отражение звука

Отражение звука — это явление, при котором звуковая волна, встретив на пути преграду, изменяет направление распространения и возвращается обратно в среду. Отражение происходит на границе двух сред с разными свойствами.

Звук — это механическая волна, поэтому, как и любые волны, он подчиняется закону отражения: угол падения волны равен углу отражения. Хорошо отражают звук твёрдые гладкие поверхности — стены, скалы, вода.

Что такое эхо

Эхо — это звук, отражённый от препятствия и вернувшийся к наблюдателю. Мы слышим эхо как повторение исходного звука, потому что отражённая волна доходит до уха с запозданием.

Человеческое ухо различает два звука как раздельные, если промежуток между ними не меньше 0,06 с. За это время звук в воздухе проходит около 20 метров туда и обратно, значит, преграда должна быть не ближе примерно 11 метров.

Как рассчитать расстояние

Зная скорость звука в воздухе v ≈ 340 м/с и время t между криком и эхом, можно найти расстояние до преграды. Звук проходит путь до преграды и обратно, то есть 2s:

s = v·t / 2

Разобранный пример

Человек крикнул и услышал эхо от скалы через 2 с. Найдём расстояние до скалы.

s = (340 · 2) / 2 = 340 м.

Эхолот и гидролокация

Отражение звука используют для измерения глубины моря. Прибор эхолот посылает вниз звуковой сигнал, который отражается от дна и возвращается. По времени запаздывания вычисляют глубину. В воде скорость звука около 1500 м/с.

Реверберация

В больших залах звук многократно отражается от стен, и звучание как бы «тянется». Это реверберация. При проектировании концертных залов её специально регулируют, чтобы звук был чистым. Если реверберация слишком сильная, речь становится неразборчивой; если её совсем нет, зал звучит «глухо». Поэтому стены залов обивают материалами, которые частично поглощают звук.

Применение отражения звука

Отражение звуковых волн широко используют в технике и медицине:

• Гидролокатор определяет расстояние до подводных объектов и обнаруживает косяки рыбы.
• Ультразвуковое исследование в медицине строит изображение внутренних органов по отражённым ультразвуковым волнам.
• Дефектоскопия позволяет находить скрытые трещины внутри металлических деталей.

Почему мы не всегда слышим эхо

В комнате эхо обычно не слышно, потому что стены расположены слишком близко: отражённый звук возвращается раньше чем через 0,06 с и сливается с исходным. Чёткое эхо возникает на открытой местности у леса, гор или больших зданий, когда преграда находится достаточно далеко.

Частая ошибка: забывать, что звук до преграды и обратно проходит удвоенное расстояние. В формуле обязательно делят на 2.

Кратко о главном

• Звук отражается от преград по закону «угол падения равен углу отражения».
• Эхо — это отражённый и вернувшийся звук.
• Расстояние до преграды: s = v·t / 2.
• Отражение звука используют в эхолоте и гидролокации.
• Многократное отражение в залах называют реверберацией.