3.64. Эхо от стен, углов и лесов

Обычное эхо — это просто отражение звуковых волн назад к источнику звука. Возможно, вы слышали эхо в холлах или каких-то других помещениях с твердыми стенами, хорошо отражающими звук. Некоторые места прославились тем, что в них можно услышать многократное эхо, когда звук возвращается к источнику звука, отразившись от разных поверхностей или же отразившись несколько раз от двух поверхностей. Угол, образованный тремя перпендикулярными друг другу плоскостями, например двумя стенами и потолком, может образовать ретрорефлектор, который отражает звук от двух или трех поверхностей обратно к источнику звука.

Появление эха в некоторых сооружениях очень трудно объяснить. Например, хлопок в ладоши под кирпичным арочным мостом, перекинутым над рекой, может возбудить многократное эхо, которое, по-видимому, нельзя объяснить только простыми отражениями звуковых волн. Чтобы многократное эхо звучало как музыкальный тон, отражения должны следовать одно за другим очень быстро.

Если вы обнаружите где-нибудь в лесу эхо, заметьте следующее: высокочастотный звук, например женский крик, дает хорошее эхо, а вот низкочастотный, например низкий мужской голос, может вообще не давать эха. Если вы пропоете какую-нибудь ноту (или просто хлопнете в ладоши), эхо будет звучать на октаву выше, то есть его частота будет вдвое больше частоты звука, издаваемого вами. Почему при отражении от ряда деревьев возникает такое странное эхо?

ОТВЕТ • Способность звука отражаться от каких-либо объектов, например деревьев, зависит от длины волны звука. Когда длины звуковых волн больше размеров одиночного объекта, от ряда деревьев лучше всего отражаются звуковые волны с меньшей длиной волны, чем волны с большей длиной волны. Поэтому, например, если посылать волны разной длины, от стены деревьев будут лучше отражаться волны с меньшими длинами. Поскольку меньшие длины волн соответствуют большим частотам, это означает, что в эхе, которое вы слышите, в отличие от звука, который вы издаете, будет больше звуковых волн с большими частотами, чем с низкими частотами. Это также означает, что низкочастотный звук будет давать плохое эхо или не давать его вовсе, а вот высокочастотный звук даст отличное эхо.

Если вы возьмете музыкальную ноту, в звуке будет содержаться по крайней мере две компоненты: низкочастотная (или, как говорят, фундаментальная) и компонента с удвоенной частотой (как говорят, вторая гармоника). Поскольку частота второй гармоники выше, она намного лучше отразится стеной деревьев, чем фундаментальная. Поэтому, несмотря на то что в пропетой вами ноте доминирует фундаментальная частота, в эхе, которое вы услышите, может преобладать вторая гармоника. И эхо в основном будет слышно на удвоенной частоте по отношению к исходному звуку.