Отражение звука – эхо и реверберация

Звуковые волны – это удивительные формы энергии, которые помогают нам общаться, наслаждаться музыкой и ориентироваться в мире. Понимание того, как они отражаются и какие явления они вызывают, такие как резонанс и эхо, открывает интересную информацию о нашей среде и природе. В этой статье мы рассмотрим, как отражается звук, как образуется эхo и как оно влияет на качество звука, который мы слышим.

Что такое звуковые волны?

Звук – это вид энергии, который распространяется в виде волн. Эти волны образуются, когда объект вибрирует и вызывает движение воздуха вокруг себя. Эти волны распространяются через воздух, воду или твердые тела и достигают наших ушей. Наш мозг затем интерпретирует эти вибрации как звук.

Характеристики звуковых волн

• Длина волны: Расстояние между двумя последовательными точками в фазе, такими как пик к пику.
• Частота: Количество волн, проходящих через определенную точку за одну секунду, измеряется в герцах (Гц).
• Амплитуда: Высота волны, которая определяет интенсивность или громкость звука.
• Скорость: Скорость распространения волны через среду.

Отражение звука

Когда звуковые волны сталкиваются с поверхностью, они могут отразиться обратно. Это отражение звука называется отражением звуковой волны. Так же, как свет, звуковые волны следуют законам отражения: угол падения равен углу отражения.

угол падения волны = угол отраженной волны

Вот простой пример:

Когда звуковая волна попадает на серую пунктирную линию (представляющую стену или твердую поверхность), она отражается обратно в противоположном направлении. Этот принцип используется в эхолокации животными, такими как летучие мыши и дельфины, для навигации.

Эхо

Эхо – это отражение звука, которое достигает ушей слушателя через некоторое время после прямого звука. Чтобы слышать эхо ясно, должно быть хотя бы 0,1 секунды между исходным звуком и отраженным звуком. Для этого отражающая поверхность должна быть как минимум на расстоянии 17,2 метра от источника звука.

Как создается эхо?

Чтобы понять, как создается эхо, представьте себе, что вы кричите в большом пустом зале. Ваш голос доходит до стен, отражается и возвращается к вашим ушам через несколько секунд. Если пространство достаточно велико, вы можете отличить ваш первоначальный голос от эха.

Скорость звука = 343 м/с (в воздухе при комнатной температуре)
Расстояние для эха = скорость звука × время / 2

Предположим, вы крикнули, и эхо вернулось через 0,5 секунды. Мы вычисляем расстояние до отражающей поверхности.

Расстояние = 343 м/с × 0,5 сек/2 = 85,75 м

Таким образом, отражающая поверхность находится на расстоянии приблизительно 85,75 м.

Резонанс

Эхо возникает, когда звуковые волны отражаются от множества поверхностей в замкнутом пространстве и смешиваются с исходным звуком. Это смешивание звуковых отражений затрудняет различение исходного звука от отраженных звуков, создавая эффект затяжки.

Понимание резонанса на примере

Вспомните ваш опыт в пустой комнате по сравнению с комнатой, заполненной мебелью и коврами. Пустая комната часто имеет больше резонанса, так как в ней меньше мягких предметов, которые могут поглощать звуковые волны. Этот эффект можно представить так:

На этой диаграмме устройство испускает звук, который отражается от различных поверхностей, прежде чем достигнет слушателя, и смешивается с другими отражениями, поступающими в разное время. Это создает эффект эхо, когда слушатель слышит непрерывную мешанину звуков.

Резонанс и применение резонанса

• Сонар использует обнаружение эхо: Корабли используют сонары для обнаружения объектов под водой, отправляя звуковые волны и измеряя время, через которое эхо возвращается.
• Резонанс влияет на проектирование концертных залов: Архитекторы тщательно проектируют концертные залы для управления резонансом, обеспечивая акустику, которая улучшает музыку и речь.
• Навигация животных: Летучие мыши используют эхолокацию для навигации в темноте, отправляя звуковые волны и используя отраженное эхо, чтобы чувствовать окружающую обстановку.

Заключение

Отражение звука, которое проявляется в таких явлениях, как эхо и реверберация, помогает нам лучше понять окружение и имеет практическое применение в различных областях. От навигационных систем как в природе, так и в технологиях до проектирования пространств для оптимальных звуковых впечатлений, наука об отражении звука остается важной областью исследования.

Изучая эти концепции, учащиеся могут понять, как ведет себя звук и какую роль он играет в окружающем мире. Понимание этих фундаментальных принципов дает представление о всем, от простых повседневных взаимодействий до сложных научных начинаний.

Комментарии