Эхо

    В зависимости от рельефа местности, места и ориентации наблюдателя, погодных условий, времени года и суток эхо изменяет свою громкость, тембр, длительность; меняется число его повторений. Кроме того, может измениться и частота звукового отклика; она может оказаться более высокой или, напротив, более низкой по сравнению с частотой исходного звукового сигнала.

    Не так просто отыскать место,  где эхо отчетливо слышно и  один раз. В России, впрочем,  найти подобные места сравнительно легко. Есть много равнин, окруженных лесами, много полян в лесах; стоит громко крикнуть на такой поляне, чтобы от стены леса донеслось более или менее отчетливое эхо.

   В горах эхо бывает разнообразнее, чем на равнинах, зато встречается гораздо реже. Услышать эхо в горной местности труднее, чем на окаймленной лесом равнине.

    Если представить, что человек  находится  у подножия горы, а препятствие, которое должно отразить звук, помещается выше его, например в АВ. Легко видеть, что звуковые волны, распространяющиеся по линиям Са, СЬ, С c , отразившись, не достигнут его уха, а рассеются в пространстве по направлениям аа, bb, cc .

    Другое дело, если  человек поместится  на уровне препятствия или даже чуть выше него. Звук, идущий вниз по направлениям Са, C b, возвратится к нему по ломаным линиям C ааС или С bb С, отразившись от почвы один или два раза. Углубление почвы между обоими пунктами еще более способствует отчетливости эхо, действуя как вогнутое зеркало. Напротив, если почва между точками С и В выпукла, эхо будет слабое и даже совсем не достигнет человеческого уха: такая поверхность рассеивает лучи звука, как выпуклое зеркало.

 Разыскивание  эхо на неровной местности требует  известной сноровки. Даже найдя благоприятное  место, надо еще уметь эхо вызвать. Прежде всего, не следует помещаться чересчур близко к препятствию: надо, чтобы звук прошел достаточно длинный путь, иначе эхо вернется слишком рано и сольется с самим звуком. Зная, что звук проходит 340 м в секунду, легко понять, что, поместившись на расстоянии 85 м от препятствия, мы должны услышать эхо через полсекунды после звука.

   Хотя эхо родит «на всякий  звук свой отклик в воздухе  пустом», но не на все звуки  откликается оно одинаково отчетливо.  Эхо не одинаково, «ревет ли  зверь в лесу глухом, трубит ли рог, гремит ли гром, поет ли дева за холмом». Чем резче, отрывистее звук, тем эхо отчетливее. Лучше всего вызвать эхо хлопаньем в ладоши. Звук человеческого голоса для этого менее пригоден, особенно голос мужчины; высокие тона женских и детских голосов дают более отчетливое эхо.

     Существует  эффект порхающего эха в больших помещениях размером 20 и более метров, когда имеются две параллельные гладкие стены, или потолок и пол, между которыми находится источник звука.    Он называется флаттер.

    В результате многократного отражения в точке приема звук периодически усиливается, а на коротких импульсных звуках, в зависимости от частотных компонент эха и интервала между ними, приобретает характер дребезга, тресков или ряда последовательных и затухающих сигналов эха. 
 

 5.Практическое применение. Эхолокация:

   Долгое время человек не извлекал из эха никакой пользы, пока не придуман был способ измерять с помощью его глубину морей и океанов. Изобретение это зародилось случайно. В 1912 году затонул почти со всеми пассажирами огромный океанский пароход «Титаник»,— затонул от случайного столкновения с большой льдиной. Чтобы предупредить подобные катастрофы, пытались в туман или в ночное время пользоваться эхом для обнаружения присутствия ледяной преграды впереди судна. Способ на практике себя не оправдал, "зато натолкнул на другую мысль: измерять глубину морей с помощью отражения звука от морского дна. Мысль оказалась очень удачной.

На рисунке, изображенном ниже, показана схема установки. У одного борта корабля помещается в трюме, близ днища, патрон, порождающий при зажигании резкий звук. Звуковые волны несутся сквозь водную толщу, достигают дна моря, отражаются и бегут обратно, неся с собой эхо. Оно улавливается чувствительным прибором, установленным, как и патрон, у днища корабля. Точные часы измеряют промежуток времени между возникновением звука и приходом эхо. Зная скорость звука в воде, легко вычислить расстояние до отражающей преграды, то есть определить глубину моря или океана.

 Эхолот, как назвали эту установку, совершил настоящий переворот в практике измерения морских глубин. Пользование  глубомерами прежних систем возможно было лишь с неподвижного судна и  требовало много времени. Лотлинь  приходится спускать с колеса, на котором он намотан, довольно медленно ( 150 м в минуту); почти так же медленно производится и обратный подъем. Измерение глубины в 3 км этим способом отнимает 3/4 часа. С помощью эхолота тоже измерение можно произвести в несколько секунд, на полном ходу корабля, получая при этом результат, несравненно более надежный и точный. Ошибка в этих измерениях не превосходит четверти метра (для чего промежутки времени определяются с точностью до 3000-й доли секунды).

 Если  точное измерение больших глубин имеет важное значение для науки океанографии, то возможность быстро, надежно и точно определять глубину в мелких местах является существенным подспорьем в мореплавании, обеспечивая его безопасность: благодаря эхолоту судно может смело и быстрым ходом приближаться к берегу.

 В современных  эхолотах применяются не обычные  звуки, а чрезвычайно интенсивные  «ультразвуки», неслышимые человеческим ухом, с частотой порядка нескольких миллионов колебаний в секунду. Такие звуки создаются колебаниями кварцевой пластинки (пьезокварца), помещенной в быстропеременное электрическое поле.

    Поскольку звуковые волны в воздушной среде обладают постоянной скоростью распространения (около 330 метров в секунду), время, необходимое звуку для возвращения может служить источником данных об удалении предмета. Чтобы определить расстояние до предмета в метрах, необходимо засечь время в секундах до возвращения эха, разделить его на два (звук проходит расстояние до предмета и обратно) и умножить на 330 — получится  примерное расстояние в метрах. На этом принципе основана эхолокация, применяемая, в основном, для промеров глубины водоемов (в этом случае нео бходимо учитывать, что в воде звуковые волны распространяются быстрее, чем в воздухе). Но неверно определять расстояние до молнии по разнице во времени между молнией и громом. Ударная волна движется быстрее скорости звука.

     Эхолокация  может быть основана на отражении  сигналов различной частоты — радиоволн, ультразвука и звука. Первые эхолокационные системы направляли сигнал в определённую точку пространства и по задержке ответа определяли её удалённость при извесной скорости перемещения данного сигнала в данной среде и способности препятствия, до которого измеряется расстояние, отражать данный вид сигнала.          Обследование участка дна таким образом при помощи звука занимало

 значительное  время.

   Сейчас используются различные технические решения с одновременным использованием сигналов различной частоты, которые позвляют существенно ускорить процесс эхолокации.

   Животные используют эхолокацию  для ориентации в пространстве  и для определения местоположения  объектов вокруг, в основном при  помощи высокочастотных звуковых  сигналов. Наиболее развита у летучих мышей и дельфинов, также её используют землеройки, ряд видов ластоногих (тюлени), птиц (гуахаро, саланганы и др.).

    Данный  способ ориентации в пространстве  позволяет животным обнаруживать  объекты, распознавать их и даже охотиться в условиях полного отсутствия света, в пещерах и на значительной глубине.

     Радиоволны также обладают возможностью отражаться от непрозрачных для радиоволн (металл, ионосфера или др.) поверхностей — на этом свойстве радиоволн основана радиолокация.

     Эхо является существенной помехой для аудиозаписи. Поэтому стены комнат, в которых проходит запись песен, радиорепортажей, а также начитка текстов телерепортажей, обычно оборудуются звукогасящими экранами из мягких или ребристых материалов, поглощающих звук. Принцип их работы в том, что звуковая волна, попадая на такую поверхность, не отражается обратно, затухает внутри за счёт вязкого трения газа. Этому особенно способствуют пористые поверхности выполненные в виде пирамид, так как даже отражённые волны переизлучаются вглубь впадины между пирамидами и дополнительно ослабляются при каждом последующем отражении.

5.1.Техническое обеспечение эхолокации:

   Эхолокация может быть основана на отражении сигналов различной частоты — радиоволн, ультразвука и звука. Первые эхолокационные системы направляли сигнал в определённую точку пространства и по задержке ответа определяли её удалённость при извесной скорости перемещения данного сигнала в данной среде и способности препятствия, до которого измеряется расстояние, отражать данный вид сигнала. Обследование участка дна таким образом при помощи звука занимало значительное время.

Сейчас используются различные технические решения  с одновременным использованием сигналов различной частоты, которые  позвляют существенно ускорить процесс  эхолокации.

5.2.Эхолокация у животных:

Животные используют эхолокацию для ориентации в пространстве и для определения местоположения объектов вокруг, в основном при  помощи высокочастотных звуковых сигналов. Наиболее развита у летучих мышей и дельфинов, также её используют землеройки, ряд видов ластоногих (тюлени), птиц (гуахаро, саланганы и др.).

Данный способ ориентации в пространстве позволяет  животным обнаруживать объекты, распознавать их и даже охотиться в условиях полного отсутствия света, в пещерах  и на значительной глубине.

Эхолокационная система бабочек.

   Совки (Noctuidae), или ночницы, - самое богатое видами семейство чешуекрылых, которое включает более 20 тыс. видов (в нашей стране около 2 тыс. видов).  Теплыми летними вечерами эти пушистые бабочки со сверкающими желтыми глазами часто бьются о стекла дачных веранд, привлеченные светом ламп. К семейству совок принадлежат также красивые крупные бабочки - "ленточницы", или "орденские ленты", (Catocalinae) с красным, желтым или голубым рисунком на задних крыльях. Эти совершенно безобидные создания чаще всего страдают от коллекционеров за свою красоту. Совки кормятся нектаром цветов или забродившим соком растений, но в стадии гусеницы нередко становятся злейшими вредителями сельского хозяйства. Из них особенно известны капустная совка (Mamestra brassicae) и совка озимая (Agrotis segetum).

    Свое  название совки получили из-за  сходства с совами, а внешний  облик тех и других во многом  определяется спецификой ночного образа жизни. Имеются и другие элементы конвергентного сходства: зрение, адаптированное к очень низкой освещенности, высокочувствительная слуховая система и, как необходимое условие реализации возможностей слуха, - способность к бесшумному полету. И совы, и совки используют слух при пассивной локации: птицы по характерному шуршанию определяют положение добычи, а бабочки, воспринимая эхолокационные сигналы летучих мышей, могут вовремя сманеврировать и уйти от своего основного врага.