§ 39. Отражение звука. Эхо. Звуковой резонанс

Звуковые волны, сталкиваясь с препятствиями, отскакивают назад, создавая эффект эха. В обычной комнате такой эффект не наблюдается из-за особенностей слухового восприятия. Мозг фиксирует отражённый сигнал как отдельный звук только при заметной задержке. Минимальный интервал между прямым и возвращающимся импульсом составляет шесть сотых секунды. Если промежуток меньше этого значения, слуховая система сливает оба сигнала в единое целое, что мы воспринимаем как увеличение громкости или чёткость речи. В небольших помещениях речь остаётся разборчивой именно потому, что отражённые волны смешиваются с прямыми, а мягкая мебель и текстиль поглощают избыточную энергию, превращая её в тепло. На рис. 1 видно, как звук от кричащего человека (красные дуги) доходит до стены и возвращается назад уже синими дугами: за время задержки волна проходит путь до преграды и обратно, поэтому расстояние до стены вдвое меньше пройденного пути.

Проверим правило на примере. Крик в стену на расстоянии 3 м проходит 6 м пути. Время полёта считают по формуле t = s / v: при v = 340 м/с получаем t = 6 : 340 ≈ 0,02 с. Здесь s — путь звука (м), v — скорость звука (м/с), t — время полёта (с). Эта величина значительно укладывается в порог восприятия, поэтому отражённый сигнал не успевает отделиться. Минимальную дистанцию до преграды находят по формуле s = v · t / 2, где s — расстояние до преграды (м), v — скорость звука в воздухе (м/с), t — задержка между криком и эхом (с). Делить пополам приходится потому, что звук успевает сходить до стены и вернуться обратно. Это объясняет, почему для чёткого эха требуется расстояние не менее 10 м. Если преграда ближе, мозг не способен разделить два акустических события. Расчёт показывает, что путь туда и обратно должен занимать минимум 0,06 с, а это и требует значительного расстояния.

В больших залах или исторических храмах ситуация меняется. Гладкие поверхности отражают волны почти без потерь. Многократно отражаясь, они накладываются друг на друга, создавая длительное гулообразное эхо, заглушающее речь.