Отражение звука. Эхо

Эхо. Что мы знаем об этом интересном физическом явлении? Кто хорошо помнит школьный курс физики, то наверняка ответит, что эхо является физическим явлением, суть которого заключается в принятии наблюдателем волны, что отразилась от какого-либо препятствия. Однако эхо отнюдь не так просто как кажется. В этой статье будут приведены несколько интересных фактов об этом по-настоящему удивительном физическом явлении, которых Вы, возможно, не знали. Итак, начнем.

Что такое эхо?

Как было сказано выше, эхо – это отраженная от какого-либо препятствия звуковая волна (впрочем, она может быть и электромагнитной, но такое эхо вы, разумеется, не услышите). Отраженные звуковые волны возвращается к наблюдателю (источнику шума), который порой может услышать их гораздо позже. Именно этот отраженный от препятствий звук и зовется эхом.

О происхождении слова эхо

Слово это имеет довольно интересную историю. В русский язык оно пришло из немецкого слова echo. В немецкий язык это слово попало, как и множество других слов в западноевропейских языках, из латыни — ēсhō . А латынь переняло это слово из греческого — ἠχώ , что означало «отзвук».

Условия для существования эхо

Для появления эхо нужно несколько условий. Вы никогда не задумывались, почему эхо не слышно в квартире или магазине, но при этом его крайне легко услышать в горах? Дело в том, что человеческое ухо слышит эхо только тогда, когда отраженный звук звучит отдельно от произнесенного, а не «наслаивается» на него. Для создания такого эффекта необходимо, чтобы время, прошедшее между влиянием самого звука и отраженной волны на ухо прошло не меньше 0,06 секунд. В обычной обстановке (например, в квартире) это не случится из-за небольшого расстояния и различных предметов, которые также поглощают звук.

Иногда эхо подавляют

Существует термин «эхоподавление». Он используется в телефонии. Процесс эхоподавления являет собой удаление ненужного в связи эха, которое ухудшает качество связи. Эхоподавление нужно не только для улучшения качества звука, но и для увеличения пропускной способности у канала связи.

Существует помещение, где эхо нет вообще. Оно называется безэховая камера. Безэховые камеры бывают двух видов. Каждый вид служит для «глушения» того или иного вида эха. Проще говоря, в такой камере звук (или радиоволны) просто не отражаются от стен. Первый – акустический тип. Он, как понятно из названия, служит для подавления обычного звукового эха. Второй, соответственно, радиочастотный и необходим для подавления отражения радиоволн.

Световое эхо – это астрономический термин. Это явление возникает при резкой вспышке света (например, при вспышках новых звезд). При такой вспышке свет отражается от объектов и доходит до наблюдателя значительно позже.

Мировое эхо

Мировое эхо, оно же «эхо длинной задержки» это особенный эффект, связанный с радиоволнами. Этот особый вид эха являет собой звук, иногда возникающий в диапазоне коротких волн, который возвращается через некоторое время после передачи сигнала. Это необычное и труднообъяснимое явление было в 1927 году скандинавом Йоргеном Хальсом.

Древнегреческий миф о природе эха

Древние греки объясняли многие природные явления мифами. Не стало исключением и эхо. Миф о рождении эха гласит примерно следующее: однажды ревнивая жена Зевса Гера наказала прекрасную нимфу Эхо, запретив ей отвечать на вопросы – Эхо могла лишь повторять последние слова, обращенные ей. Эхо увидела прекрасного Нарцисса, гуляющего по лесу. Он, услышав шорох, воскликнул:

• -Кто здесь?
• -Здесь! – прокричала в ответ Эхо.
• -Иди сюда!
• -Сюда! – радостно ответила Эхо, побежав навстречу Нарциссу, но тот оттолкнул ее, ведь он считал, что его любви достоин лишь он сам. Так и прячется теперь прекрасная нимфа в лесах и горах, изредка повторяя слова путников.

Об эхолокации

Все знают, что летучие мыши и дельфины используют эхолокацию для ориентирования в пространстве. Однако мало кто может ответить на вопрос «а как же это все работает?». А работает это примерно так. В первую очередь мышь испускает ультразвук. Дальше она улавливает эхо того самого испущенного ей звука, отразившегося от объектов. Летучая мышь обладает способностью распознавать сверхкороткие промежутки, что проходят от испускания звукового сигнала до возвращения эха. Таким образом мышь определяет расстояние между деревьями или другими объектами, а также «видит» как далеко находится от нее то или иное насекомое. Что удивительно – летучая мышь прекрасно различает эхо от статичного (недвижимого) объекта от объекта движущегося.

У дельфинов эхолокацию обнаружили больше полувека назад. Дельфины так же, как и летучие мыши, используют ультразвук, в основном частоты 80-100 гКц . Испускаемые сигналы у дельфинов невероятно мощны: например, они могут «увидеть» стаю рыб на расстоянии более одного километра!

Небольшие интересные факты

• Если расстояние от источника шума до ближайшего препятствия (стены или скалы), то эхо не образуется.
• Знаменитая немецкая река Рейн полна сюрпризов. Например, там есть место, где эхо повторяется 20 раз
• В городе Верден, что во Франции, есть две башни. Если крикнуть стоя между ними, то эхо от своего голоса вы услышите до 11 раз.
• Ухо Диониса – настоящий рекордсмен в области эхо. Это грот в Сиракузах, по форме и впрямь напоминающий человеческое ухо. Но интересен он отнюдь не этим. За счет своей формы грот делает эхо невероятно сильным. Бросок камня или простой хлопок отзовутся из тьмы настоящим громом

Эхо возникает в том случае, когда звуковые волны, распространяющиеся в стороны из источника (так называемые падающие волны) наталкиваются на твердое препятствие, например, на склон горы. Звуковые волны отражаются от таких препятствий под углом, равным углу своего падения.

Ключевым фактором для возникновения эха является удаленность препятствия от источника звука. Когда препятствие находится неподалеку, отраженные волны совершают обратное путешествие достаточно быстро и смешиваются с исходными волнами без образования эха. Если же препятствие удалено по меньшей мере на 15 метров, отраженные волны возвращаются уже после рассеяния падающих. В результате люди услышат повторенный звук, как если бы он шел со стороны препятствия. Инженеры-акустики должны проектировать зрительные и концертные залы с учетом эхообразования, добавляя звукопоглощающие элементы и устраняя поверхности с чрезмерной отражательной способностью.

Правило отражения

В этом эксперименте низкочастотные волны от звукогенератора проходят через стеклянную трубку А, отражаются от зеркала и входят в трубку В. Эксперимент доказывает, что угол отражения волны равен углу ее падения.

Днем - быстрее

Звук распространяется с большей скоростью в теплом воздухе у земли (рисунок под текстом) и замедляется, когда достигает более холодных верхних слоев атмосферы. Такое изменение температуры приводит к преломлению (отклонению) волны вверх.

Ночью - медленнее

Пониженные ночные температуры воздуха у поверхности земли замедляют прохождение звука (рисунок под текстом). В более теплых вышележащих слоях скорость звука увеличивается.

Звук переносится вместе с ветром

Скорость ветра на значительных высотах намного больше, чем вблизи земли. Когда звуковые волны распространяются от наземного источника, они путешествуют вместе с ветром. Наветренный слушатель будет слышать только слабый, едва различимый звук; подветренный слушатель услышит колокол на очень большом расстоянии.

Сообщение на тему:

«ЭХО, ЭХОЛОТ,

ЭХОЛОКАЦИЯ»

Работа учеников 9 В класса

Косогорова Андрея

СШ № 8 МО РФ

г. Севастополь

ЭХО (от имени нимфы Эхо в древне-греческой мифологии), волна (акустическая, элек­тромагнитная и др.), отражённая от препятствия и принятая наблюдателем. Акустическое эхо можно наблюдать, например., при отражении звукового импульса (сту­ка, короткого отрывистого крика и т. д.) от хорошо отражающих поверхностей. Эхо различимо на слух, если принятый и по­сланный импульсы разделены интерва­лом времени t 5= 50-60 мсек. Эхо ста­новится многократным, если имеется несколько отражающих поверхностей (вблизи группы зданий, в горах и т. д.), звук от которых приходит к наблюдателю в мо­менты времени, различающиеся на интер­валы t 50-60 мсек. Гармонич. эхо. возникает при рассеянии звука с широким спектром частот на препятствиях, разме­ры которых малы по сравнению с длинами волн, составляющих спектра. В помеще­нии отдельные многочисленные эхо сливаются в сплошной отзвук, называется реверберацией. Эхо может служить средством измерения расстояния от источника сигнала до отражающего объекта: г = ст/2, где т - промежуток времени между посылкой сигнала и возвращением Эхо., а с - ско­рость распространения волн в среде. На этом принципе основаны различные при­менения эхо-сигналов. Акустическое эхо при­меняется в гидролокации, а также в на­вигации, где для измерения глубины дна применяют эхолоты. Электромагнитным эхо пользуются в радиолокации; отражаясь от ионосферы, оно позволяет осущест­влять коротковолновую радиосвязь на большие расстояния и судить о свойствах ионосферы. Принцип эхо-волны начи­нает применяться и в оптическом диапазоне электромагнитных волн, генерируемых квантовым оптическим генератором. Упругие волны, распространяющиеся в земной коре, отражаясь от слоев различных гор­ных пород, образуют сейсмическое эхо., этим пользуются для поиска месторождений ископаемых. При помощи Эхо измеряется глубина буровых скважин («эхометриро-вание» скважин), высота уровня жидко­сти в баках (ультразвуковые уровнеме­ры). Эхо-методы широко применяются в ультразвуковой дефектоскопии. Аку­стическое эхо. для некоторых животных (летучих мышей, дельфинов, китов и др.)служит средством ориентировки и поиска добычи (см. Локация звуковая).

ЭХОЛОКАЦИЯ (от эхо и лат. locatio - размещение) у животных, излуче­ние и восприятие отражённых, как пра­вило, высокочастотных, звуковых сигна­лов с целью обнаружения объектов в про­странстве, а также получения информа­ции о свойствах и размерах лоцируемых целей (добычи или препятствия). Эхо- один из способов ориентации животных в пространстве. Эхо развито у летучих мышей и дельфинов, обнаружена у зем­лероек, ряда видов ластоногих (тюлени), птиц (саланганы и некоторые др.). У дельфинов и летучих мышей Эхо осно­вана на излучении ультразвуковых им­пульсов частотой до 130-200 кгц при длительности сигналов обычно от 0,2 до 4-5 мсек, иногда более. С помощью эха дельфины даже с закрытыми глазами могут находить пищу не только днем, но и ночью, определять глубину дна, близость берега, погруженые предметы. Их эхолокационные импульсы человек воспринимает как скрип двери, поворачивающейся на на ржавых петлях. Свойственна ли эхолокация усатым китам, издающим сигналы с частотой лишь до нескольких килогерц, пока не выяснено.

Звуковые волны дельфины посылают направленно. Жировая подушка, лежащая на челюстных и межчелюстных костях, и вогнутая передняя поверхность черепа действуют как звуковая линза и рефлектор: они концентрируют сигналы, излученные воздушными мешками, и в виде звукового пучка направляют их на лоцируемый объект.

У птиц, живу­щих в тёмных пещерах (гуахаро и салан­ганы), используется для ориентации в темноте; они излучают низкочастотные сигналы в 7-4 кгц. У дельфинов и лету­чих мышей, кроме общей ориентации, эхо служит для определения пространств, положения цели, размеров, а в ряде слу­чаев - и распознавания облика цели. У упомянутых млекопитающих часто слу­жит важным средством поиска и добычи объектов питания.

Лит.: Айрапетьянц Э. Ш., Кон­стантинов А. И., Эхолокация в при­роде, 2 изд., Л., 1974. Г. Н. Симкин. ЭХОЛОКАЦИЯ, один из способов зву­ковой локации, при котором расстояние до объекта определяется по времени возвра­щения эхо-сигнала.

ЭХОЛОТ (от эхо и лот), навигационный прибор для автоматического измерения глубины водоёмов с помощью гидроаку­стических эхо-сигналов. Обычно в днище судна устанавливается вибратор, к ко­торому периодически подаются от гене­ратора электрические импульсы, преоб­разуемые им в акустические, распростра­няющиеся в ограниченом телесном угле вер­тикально вниз. Отражённый дном акустический импульс принимается тем же виб­ратором, который преобразует его в элек­трический. После усиления импульс по­ступает на индикатор глубины, отмечаю­щий отрезок времени (в сек) от момента посылки импульса до момента возвраще­ния эхо от дна и преобразующий его в визуальные показания или запись глу­бины h = ст/2 в м, где скорость звука с = 1500 м/сек. Длительность импуль­сов - от 0,05 до 20 мсек с частотой заполнения от 10 до 200 кгц. Малые дли­тельности и высокие частоты использу­ются при измерениях малых глубин, большие длительности и низкие частоты- при измерении больших глубин. Вибра­тором может служить магнитострикционный преобразователь или пьезокерамический. В качестве индикаторов глубин применяются проблесковые указатели с вращающейся неоновой лампочкой, вспыхивающей в момент приёма эхо-сиг­нала; стрелочные, электроннолучевые и цифровые указатели, а также самописцы, записывающие измеряемые глубины на движущейся бумажной ленте электротермическим или электрохимическим методом. Эхолот из­готовляются на разные интервалы глу­бин, в пределах от 0,1 до 12 000 м и работают при скоростях хода судна до 30 узлов (55 км/ч) и даже более. Погреш­ность Эхолота от 1% до сотых долей процента. Эхолот используются также для поиска косяков рыбы, подводных лодок, для ис­следования звукорассеивающих слоев, определения типа грунта, стратифика­ции донных осадков и других гидроакустических измерений. В 1958 г. на советском судне «Витязь» эхолотом обнаружена и точно измерена максимальная глубина (11 022 м) Мирового океана в Мариинской впадине в западной части Тихого океана. К идее эхолота независимо и практически одновременно пришли сразу несколько человек: немецкий инженер А.Бем из Данцига (Гданьска), американский инженер Р. А. Фессен-ден, французский физик П. Ланжевен и инженер Константин Васильевич Шиловский (1880-1952) из Рязани, работавший во Франции. Ланжевен и Шиловский создали ещё и первый гидролокатор

См. Гидроакустика.

Лит.: Федоров И. И., Навигацион­ные эхолоты, М.-Л., 1948; его же, Эхо­лоты и другие гидроакустические средства, Л., 1960; Толмачев Д., Федоров И., Навигационные эхолоты, «Техника и воо­ружение», 1977, № 1. И.И. Федоров.

ЭХОЭНЦЕФАЛОГРАФИЯ (от эхо и энцефалография), ультразвуко­вая энцефалография, метод исследования головного мозга с помощью ультразвука. Основан на свойстве ультра­звука отражаться от границ сред (струк­турных образований мозга) различной плотности. Основной диагностический критерий (предложен в 1955-56 швед, врачом Л. Лекселлем) - отклонение срединного эха, или М-эха (М - от позднелат. те-dialis - срединный), представляющего собой отражение ультразвука от средин­ных структур мозга (эпифиза, 3-го желу­дочка, прозрачной перегородки, межполу-шарной щели). В норме М-эхо, регистри­руемое в виде пика на ультразвуковой энцефалограмме, совпадает со средней линией головы. При наличии внутриче­репной опухоли, кровоизлияния, абсцес­са и др. патологических образований М-эхо смещено в сторону здорового полушария (см. рис.). Предложены и др. диагностические критерии: увеличение расстояния между эхо-сигналами от боковых стенок 3-го желудочка при гидроцефалии; относи­тельно быстрая нормализация возник­шего смещения М-эха при острой непро­ходимости сонной артерии и т. д. При ЭХОЭНЦЕФАЛОГРАФИИ применяют специальные ультразвуковые энцефалографы, преобразующие отражённые ультразвуковые сигналы в электрические им­пульсы. Эти импульсы отображаются графически на экране аппарата и фотографируются.

Лит.: Клиническая эхоэнцефалография, М., 1973; L е ks е 1 1 L., Echo-encephalog» raphy. Detection of intracranial complications following head injury, «Acta chirurgica scan» dinavica», 1956, v. 110, S. 301 - 315.

В. Е. Гречко.

ЭХО , композиционный и исполнитель­ский приём, основанный на повторении муз. фразы с меньшей силой звучности теми же или другими голосами, инструментами.

Применяется главным образом в хоровой, опер­ной, оркестровой, камерной инструментальной му­зыке. На основе использования приёма эхо иногда создаются целые музыкальные пьесы, например «Эхо» О. Лассо для хора и пьеса того же назв. из «Французской увер­тюры» для клавесина И. С. Баха. Эхо название также один из регистров органа.

Лит.: Р э л е и Д ж., Теория звука, пер. с англ., 2 изд., т. 2, М., 1955; Г р и ф ф и н Д., Эхо в жизни людей и животных, пер. с англ., М., 1961.

Что такое ЭХО?

Громкий звук, отражаясь от преград, возвращается к источнику звука спустя несколько мгновений, и мы слышим эхо.

Умножив скорость звука на время, прошедшее от его возникновения до возвращения, можно определить удвоенное расстояние от источника звука до преграды. Такой способ определения расстояния до предметов используется в эхолокации.

"Прежде всего, он купил эхо в штате Джорджия, которое повторяло четыре раза, потом шестикратное в Мериленде, затем 13-кратное в Мэне. Следующей покупкой было 9-кратное эхо в Канзасе, дальнейшей - 12-кратное в Теннеси, дешево приобретенное, потому, что нуждалось в ремонте: часть утеса обвалилась".

М. Твен "Коллекционер эха."

В качестве рекордов многократного эхо можно отметить примеры, приведенные Я. И. Перельманом:
1.замок Вудсток (17-сложное эхо);
2.развалины замка Деренбург (27 слогов);
3. некий разрушенный замок возле Милана,
повторявший выстрел 40-50 раз,а громкое слово - около 30 раз.

ПОПРОБУЙ ДАТЬ ОТВЕТ

Почему, когда приходится есть что-то, а особенно грызть, вы совершенно отчётливо слышите
страшный грохот, хотя ваши соседи почему-то едят совершенно бесшумно?

СДЕЛАЙ САМ

Зеркало для звука Если встать перед столом, поставить обеденную тарелку на стол перед собой и в нескольких сантиметрах чуть выше нее держать наручные часы, то, приблизив другую тарелку вогнутой стороной к уху, можно отчетливо услышать тикание часов. Кажется, что оно исходит от тарелки, находящейся около уха

ПОДУМАТЬ ТОЛЬКО

Комар машет крыльями с частотой 10 000 раз в секунду!

Звук - бегущая механическая волна и передает энергию. Однако мощность одновременного разговора всех людей на земном шаре едва ли больше мощности одного автомобиля "Москвич"!

На свойстве отражения звука основана эхолокация.

Некоторые животные, например летучие мыши, также используют явление отражения звука, применяя метод эхолокации

Секрет «ультразвукового разглядывания» дельфинами удаленных предметов – в узкой направленности акустических сигналов. Например, черноморские афалины способны безошибочно подплывать к дробинке диаметром около 4 миллиметров, брошенной в море на расстоянии 20 – 30 метров от животного.

Механические колебания и волны - Класс!ная физика

Бывает иной раз, гуляете вы по лесу со своими друзьями, разбредетесь в разные стороны и начинаете весело перекликаться.

Вдруг… что это?

Вы слышите, что кто-то произносит ваши же слова, только приглушенно, тихо, даже немножко печально. Эхо!

Всем очень нравится эхо, забавно его слушать, и вы начинаете кричать на весь лес: «Ау!..» - и долго еще перекликаетесь.

Но что это такое - эхо? Почему оно бывает?

Вы крикнули - и воздух заколебался, потому что всякое звучащее тело колеблется: колеблются струны скрипки, арфы, рояля, колеблются ваши голосовые связки, когда вы говорите. Звучащее тело колеблется, и от него во все стороны по воздуху распространяется волна, а когда она достигает вашего уха, вы слышите звук.

Но вот звуковая волна натыкается на какое-то препятствие, как морская волна на берег, и возвращается обратно, и вы во второй раз слышите свой голос, но только тихий, потому что волна постепенно ослабевает.

Эхо вы слышите далеко не всегда и не всюду. Для этого нужны определенные условия: препятствие, на которое натыкается звуковая волна, должно находиться на достаточном расстоянии, так, чтобы волна не успела вернуться за одну десятую секунды, потому что наше ухо может воспринять ту же самую звуковую волну не меньше, чем через такой промежуток времени.

Вот что такое эхо. Вот почему оно бывает.

Человек понял природу эха, понял его механику. И вот на основе законов отражения звуковой волны человек создал замечательный прибор - эхолот.

Этот прибор, установленный на борту корабля, посылает звуковую волну в глубину моря. Звук распространяется в воде, достигает дна и возвращается обратно, его снова улавливает прибор. Зная скорость распространения звука в воде и проследив, сколько времени прошло между отправлением и приемом звука, ученые определяют глубину моря в этом месте.

А если послать звук не в глубину моря, то есть не по вертикали, а по горизонтали, то можно определить, как далеко находится судно от берега, или во время тумана узнать, нет ли впереди каких-либо препятствий, на которые рискует наткнуться судно: не идет ли навстречу судно, не плавает ли ледяная гора-айсберг? Звуковая волна натыкается на препятствие и возвращается обратно, ее улавливает прибор, который называется гидролокатором, он и сообщает о препятствии капитану.

Не раз белый дельфин во время сильных штормов спасал суда, провожая их среди опасных рифов и подводных скал. Моряки хорошо знали его, полюбили и объявили его жизнь неприкосновенной. Они называли дельфина «белым лоцманом», а лоцманы - это специалисты, которые проводят суда по хорошо изученной ими водной дороге, по фарватеру в порты.

В этой болгарской повести рассказывается о жизни разных морских животных и о природных локаторах, благодаря которым они свободно плавают в глубинах моря, не боясь распороть себе брюхо о коварные рифы, спасаясь от врагов. Локатор - замечательное защитное устройство. Есть оно не только у морских животных.

Природный локатор есть и у летучей мыши.

Очень долго для ученых было загадкой поведение этих маленьких животных, которые свободно летают в темноте, никогда не натыкаясь ни на какие препятствия, всегда ловко их минуя. А на лету они еще умудряются уничтожать комаров и совсем крохотных москитов. Между тем глаза у летучих мышей не отличаются остротой зрения; напротив, они очень плохо видят.

В чем же тут дело?

Только недавно, лет тридцать назад, ученые разгадали этот секрет. Оказывается, у летучих мышей есть свой локатор. Они испускают звуки, которые мы не слышим, наше ухо их не улавливает; звуки эти натыкаются на препятствие, возвращаются обратно, и мыши улавливают их своими огромными ушами. Так что глаза им, в общем-то, без надобности: уши заменяют им глаза, они как бы освещают им окружающий мир мощными звуковыми фарами.

Есть замечательное изобретение, созданное человеком по принципу отражения волны, только не звуковой, а радиоволны.

Радиоволны тоже обладают способностью отражаться от предметов, которые встречаются на их пути. И вот перед второй мировой войной ученые создали прибор, способный обнаруживать вражеские самолеты издалека, еще до того как они появлялись над головой. Этот прибор называют радиолокатором, иначе - радаром.

Радар может обнаруживать и вражеские самолеты в небе, и вражеские суда в море, определяет и расстояние до них, и направление.

Радары нужны не только во время войны, но и в мирное время. Они отличные помощники. Метеорологи с их помощью определяют скорость и направление ветров на большой высоте, обнаруживают скопление грозовых туч. Астрономы, послав радиоволну на наш ближайший спутник - Луну, смогли определить очень точно расстояние до нее. Это только два примера, а их можно привести немало.

Эхо! Природа этого явления давно объяснена. Но в далекой древности оно казалось загадочным и чудесным. И древние греки придумали поэтичную легенду о лесном эхе.

…Жила-была когда-то в лесу прекрасная нимфа по имени Эхо. Она свободно резвилась, пела и танцевала, как ее подруги - богини лугов, ручейков, источников… Но бедная маленькая нимфа Эхо прогневала грозную, могучую богиню Геру, и Гера наказала ее, запретив ей разговаривать. Нимфа Эхо только и могла теперь что повторять чужие слова.

Вот почему мы и слышим иногда в лесу печальный голос нимфы Эхо. И Пушкин, плененный поэтичностью лесного эха, создал о нем чудесные стихи:

Ревет ли зверь в лесу глухом, Трубит ли рог, гремит ли гром, Поет ли дева за холмом - На всякий звук Свой отклик в воздухе пустом Родишь ты вдруг.