Звукові Відлуння: Як Отражені Хвилі Допомагають Нам Чути Відстань

Звук – це хвиля, а не сигнал, який телепортує

Коли Поллі-канарій квікає, вона не надсилає інформацію миттєво — вона штовхає повітря біля свого дзьоба, і цей поштовх штовхає повітря поруч з ним, і так далі в усіх напрядках, точно як хвиля, що розповзається по ставку. Ця подорожуюча турбулентність стиснутого та розтягнутого повітря є звуковою хвилею, а в звичайному повітрі кімнатної температури вона рухається на фіксованій, вимірюваній швидкості приблизно 343 метри на секунду — швидко, але дуже й не миттєво.

speed of sound (air, 20°C) ≈ 343 m/s
distance to wall = (speed × time for the round trip) / 2

Як працює відлуння

Відлуння - це явище, коли звук поширюється у просторі, досягає твердої поверхні та повертається назад до джерела. Це відбувається через те, що звук віддаляється від стіни або скелі, а потім відбивається, як від дзеркала.

Коли ви кричите в порожній каньон, ваш голос поширюється у повітрі і досягає стін каньона. Частина звуку відбивається від цих стін і повертається до вас, створюючи повторний звук - це й є відлуння.

Відстань до поверхні, від якої відбувається відлуння, залежить від часу, необхідного звуку для подорожі туди та назад. Чим далі відстань, тим більше часу потрібно звуку на повернення, і тим довше буде звучати відлуння.

Чому ви не чуєте ехо в кожній кімнаті

Людини сприймають як один звук будь-які дві копії одного й того ж звуку, які прибувають до вуха протягом приблизно десятих частин секунди. Тому невеличка кімната здається трохи «живою» або відлунняється, а не виробляє чіткого повторного ехо. Для отримання чітко розділеного ехо потрібна відстань між джерелом та відображенням, щоб час подолання був більше десятих частин секунди – приблизно 17 метрів або більше, що пояснює зв’язок ехо з каньйонами, горами та великими порожніми залами, а не з кімнатами.

Вимірювання відстані за допомогою відлуння

Оскільки швидкість звуку є відомим і постійним числом, встановлення часу, протягом якого повертається відлуння, дозволяє точно визначити відстань до відбивної поверхні: відстань дорівнює швидкості помноженій на час подорожі в обидва боки, поділене на два, оскільки звук проходить цю відстань двічі — туди і назад. Це саме те, що використовує сонар під водою та той самий трюк, який використовують справжні ехолокатори, такі як летучі та дельфіни в повітрі та морі: вони не бачать об'єкт, а вимірюють час його відлуння.

Звукові Відлуння: Як Отражені Хвилі Допомагають Нам Чути Відстань

Звук подорожує швидше у теплій повітрі, ніж у холодному, оскільки тепліші молекули повітря в середньому рухаються швидше та швидше передають тискове порушення одна одній. Ця різниця невелика — декілька відсотків між холодним зимовим днем і спекотним літнім днем — але вона вимірювана, і тому точний час затримки відлуння для тієї ж відстані трохи змінюється залежно від погоди.

Часті запитання

Спробуйте наживо

Усе, що вище, працює прямо у вашому браузері — відкрийте Parrot Echo і змінюйте параметри під час роботи. Нічого не встановлюється, нічого не завантажується на сервер, уся модель живе в одній вкладці.