Акустические саги. Как человек приручил эхо?

Вот мы и подобрались вплотную к еще одному свойству звука — способности отражаться. Общая закономерность отражения звука проста и сходна со свойствами световых волн. Это явление наблюдается на границе двух сред и является одним из путей дальнейшего следования звуковой волны после попадания на эту границу. Если плотность двух сред значительно разнится, то звуковая волна при попадании на поверхность среды с высокой плотностью практически полностью отражается обратно под углом, равным углу падения.

Однако не все волны, попадая на поверхность твердой среды, отражаются. Часть из них поглощается этим материалом. Многократные отражения приводят к быстрому поглощению звука. Поэтому при попадании звука на пористый материал, обладающий развитой и сложной структурой поверхности, происходит практически полное его поглощение. Вы помните непривычно звенящий гул голоса в пустой комнате. Но если пол и стену закрыть коврами, то гул сойдет на нет. Снижение эффекта реверберации (такое научное название получило эхо применительно к закрытым помещениям) будет тем сильнее, чем более длинноворсовые ковры мы будем использовать и чем большую площадь стен и пола мы ими укроем.

Производственные помещения, в которых работает сильно шумящее оборудование, таким образом, можно было бы устлать коврами. Это привело бы к снижению шумовой нагрузки на слух работников. В реальности для защиты слуха на производстве применяются различные приспособления, экранирующие, отклоняющие, рассеивающие, поглощающие звук. Подобные примеры нежелательности реверберации единичны. Человечество очень давно научилось использовать эхо с пользой.

Акустические решения в архитектуре средневековых соборов поражают величественностью звука, возносящегося вверх. Орган, звучащий в них, создает непередаваемую атмосферу торжественности и благоговения среди слушателей. Земные неурядицы тонут во всепоглощающих волнах, накатывающихся, кажется, отовсюду, даже изнутри вас. Пожалуй, это одна из древнейших и красивейших задач, которая была возложена человеком на эхо.

Современность не оставила эхо в покое. Свойства отражения звука очень широко используются в технике, медицине, морской навигации и других областях человеческой деятельности.

Не зря, хотя и в шутку, медики называют аппарат УЗИ (ультразвукового исследования) «третьим глазом врача, глядящим внутрь организма». Замечательный метод диагностики внутренних органов человека, основанный на разном отражении ультразвука разными тканями, стоит на вооружении мировой медицины уже более полувека. В начале 50-х гг. прошлого века ультразвуковое исследование было предложено американскими учеными в качестве альтернативы рентгеновскому при исследованиях головного мозга. Исследование ультразвуком менее опасно и не требует затрат сил и времени по сравнению с рентгеновским.

Область ультразвуковых исследований в медицине весьма обширна. Эхоэнцефалография — метод исследования, незаменимый при определения места кровоизлияния в мозг при серьезных повреждениях головы. Ультразвуковое исследование практически всех внутренних органов, кроме кишечника (из-за содержания в нем газов) играет сегодня важную роль при постановке диагноза. Усовершенствованные аппараты УЗИ широко используются при проведении эхокардиографических исследований, при которых объектом становится сердце. Радость появления малыша в семье редко обходится сегодня без пренатальной диагностики плода. Офтальмологи применяют ультразвуковые зонды при определении размеров глаза и положения хрусталика.

Эхолокация, можно сказать, была заимствована и перенесена в технику человеком из живой природы. Принцип отражения звука от препятствия используется в животном мире при отсутствии органов зрения или в условиях, когда визуальное ориентирование в пространстве затруднено либо невозможно. Летучие мыши, дельфины, землеройки используют биологические эхолокационные механизмы для получения информации об окружающем мире.

Благодаря тому, что вода замечательно проводит звук, исследование подводных объектов при помощи эхолокаторов стало основным методом определения глубины, донного рельефа, местоположения крупных косяков рыб и любых других подводных объектов, включая корабли, подводные лодки и т. п. Вопрос о применении звуковых волн для получения и передачи информации о подводных объектах отмечает в этом году вековой юбилей.

Ультразвуковая дефектоскопия — метод определения скрытых дефектов в твердых средах. 2 февраля 2008 года исполняется 80 лет с момента выдачи патента на устройство ультразвуковой дефектоскопии молодому ученому Сергею Яковлевичу Соколову, ставшему впоследствии профессором Ленинградского электротехнического института. Он по праву считается отцом этого метода неразрушающего контроля, который основан на отражении звука от дефектов, содержащихся в объеме твердых тел.