Эхо - физическое явление, которое заключается в принятии наблюдателем отражённой от препятствий волны (электромагнитной, звуковой и др.)
Эхо это то же самое отражение, только в зеркале отражается свет, а в случае эха -- звук. Любое препятствие может стать зеркалом для звука. Чем резче, отрывистее звук, тем эхо отчётливее. Лучше всего вызвать эхо хлопаньем в ладоши. Низкий мужской голос отражается плохо, а высокий голос дает отчетливое эхо.
Эхо можно услышать, если произвести звук на месте, в окружении холмов или больших зданий.
Акустическое явление
Акустические волны отражаются от стен и других твердых поверхностей, таких как горы. Когда звук движется через среду, которая не имеет постоянных физических свойств, он может быть преломлен.
Рисунок 1. Пояснение работы эхо
Человеческое ухо не может отличить эхо от первоначального звука, если задержка составляет менее $1/15$ секунды.
Сила эха часто измеряется в дБ уровнях звукового давления (SPL) по отношению непосредственно к передаваемой волне. Эхо - сигналы могут быть желательными (как в сонаре) или нежелательными (например, в телефонных системах).
Отражение звуковых волн от поверхностей также зависит от формы поверхности. Плоские поверхности отражают звуковые волны, таким образом, что угол, при котором волна приближается к поверхности, равен углу, при котором волна покидает поверхность.
Отражение звуковых волн от криволинейных поверхностей приводит к более интересным явлением. Изогнутые поверхности с параболической формой имеют привычку фокусирования звуковых волн в точке. Звуковые волны, отраженные от параболических поверхностей концентрируют всю свою энергию в одной точке пространства; в этот момент, звук усиливается. Ученые долгое время считали, что совы имеют сферические диски на лице, которые могут быть применены с целью сбора и отражения звука.
Использование отражения звука
В воде скорость звука иная, чем в воздухе. Рассмотрим работу эхолота. Он издает резкий звук, которой проходя через толщу воды, достигает дна моря, отражается и бежит обратно в виде эха. Эхолот ловит его и вычисляет расстояние до дна моря.
Рисунок 2. Работа эхолота
Отражение звука используется во многих устройствах. Например, громкоговоритель, звуковой сигнал, стетоскоп, слуховой аппарат, и т.д.
Стетоскоп используется, чтобы услышать звуки внутренних органов пациента; для диагностических целей. Он работает по законам отражения звука.
Летучие мыши используют высокую частоту (малая длина волны) ультразвуковых волн для того, чтобы повысить их способность охотиться. Типичной жертвой летучей мыши является моль - объект не намного больше, чем сама летучая мышь. Летучие мыши используют ультразвуковые методы эхолокации, чтобы обнаружить своих сородичей в воздухе. Но почему ультразвук? Ответ на этот вопрос лежит в физике дифракции. Так как длина волны становится меньше, чем препятствие, с которым она сталкивается, волна уже не в состоянии рассеиваться вокруг него, и вследствие чего отражается. Летучие мыши используют ультразвуковые волны с длинами волн, меньшими, чем размеры их добычи. Эти звуковые волны будут сталкиваться с добычей, и вместо того, чтобы дифрагироваться вокруг добычи, они будут отражаться от добычи, что позволить мыши охотиться с помощью эхолокации.
Рисунок 3. Эхолокация летучей мыши
Принимая скорость звука в воздухе при $20^\circ \ C$ равной $343$ м/с, определите диапазон длин волн, вызывающих у человека слуховые ощущения.
Решение:
\[v{\rm =343\ }{{\rm м}}/{{\rm с}}\] \[{{\rm v}}_1=16\ Гц\] \[v_2=20\ кГц\]По формуле
\[\lambda =\frac{v}{v_n}\]Определим диапазон длин волн:
\[{\lambda }_1=\frac{343}{16}=21,4\ м\] \[{\lambda }_2=\frac{343}{20\cdot {10}^3}=17,1\cdot {10}^{-3}м=17мм\]Ответ: ${\lambda }_1=21,4\ м$, ${\lambda }_2=17мм$.
