Эхо және оның табиғаты туралы 15 қызықты деректер

Дыбыс адамды өмірінің алғашқы сәттерінен бастап қоршап, барлық жерде бірге жүреді — қаланың шуында, орманның тыныштығында және кенеттен жауап беретін тау үнсіздігінде. Акустикалық құбылыстар ежелден ғылыми зерттеудің нысанына айналғанымен, олардың кейбірі бүгінгі күні де таңғалдырып, қызықтыра алады — әрі физиктерді, әрі қарапайым адамдарды. Эхо дәл осындай құбылыстардың бірі — ол әркімге бала кезден таныс, қарапайым әрі түсінікті сияқты көрінеді, бірақ осы қарапайымдылықтың артында таңғаларлық физикалық заңдылықтар мен практикалық қолданулар жатыр. Ежелгі халықтар қайталанатын дыбысқа мистикалық мән беріп, жартастарда өмір сүретін рухтар мен нимфалардың дауысы туралы аңыздар ойлап тапқан. Қазіргі ғылым бұл құбылыстың табиғатын түсіндірді, бірақ оның тартымдылығын жоғалтқан жоқ — керісінше, дыбыс әлемінің қаншалықты күрделі әрі бай екенін тереңірек түсінуге мүмкіндік берді. Назарларыңызға эхоны күтпеген және қызықты қырларынан ашатын 15 дерек ұсынамыз.

1. Эхо дыбыс толқыны кедергіден шағылып, жеткілікті кідіріс арқылы бастапқы көзге қайта оралғанда пайда болады, сол кезде құлақ оны бөлек дыбыс ретінде қабылдайды. Адам миы бастапқы дыбыс пен оның шағылысын ажырата алатын ең аз уақыт шамамен 0,1 секундты құрайды. Бұл дегеніміз шағылысатын бет дыбыс көзінен кемінде 17 метр қашықтықта болуы тиіс — дәл осы арақашықтықты дыбыс толқыны осы уақыт ішінде жүріп өтеді.
2. Ауадағы дыбыстың жылдамдығы шамамен 20 градус Цельсий температурада секундына 343 метрді құрайды. Дәл осы көрсеткіш жартастан немесе қабырғадан қандай қашықтықта тұру керектігін анықтайды, сонда анық эхо естіледі. Температура төмендеген сайын дыбыстың таралу жылдамдығы да азаяды — сондықтан қыстың аязды күндерінде таудағы эхо жаз мезгілімен салыстырғанда өзгеше естіледі.
3. «Эхо» сөзі ежелгі грек мифологиясындағы нимфа Эхоның атымен байланысты. Аңыз бойынша, оны Гера құдайы көп сөйлегені үшін жазалап, бірінші болып сөйлеу қабілетінен айырған. Бақытсыз нимфа тек соңғы сөздерді ғана қайталай алатын болған — дәл осы оқиға физикалық құбылысқа атау берді. Эхо бейнесі көптеген еуропалық мәдениеттерде поэзияда, кескіндемеде және музыкада көрініс тапқан.
4. Көп мәрте қайталанатын эхо — «көп эхо» — дыбыс бірнеше әртүрлі қашықтықтағы беттерден кезекпен шағылған кезде пайда болады. Қабырғалары параллель орналасқан тау шатқалдары ерекше әсерлі қайталанулар тудырады — дыбыс жартастар арасында «секіріп», біртіндеп бәсеңдейді. Альпі мен Пиреней тауларындағы кейбір шатқалдарда бір айқайдың онға дейін қайталануын естуге болады.
5. Эхо принципі эхолокацияның негізінде жатыр — бұл жарқанаттар, дельфиндер және басқа да жануарлар пайдаланатын биологиялық навигация жүйесі. Жарқанаттар 20 000 герцтен жоғары ультрадыбыстық сигналдар шығарып, олардың шағылысын талдайды және толық қараңғылықта өте ұсақ кедергілерді анықтай алады. Бұл механизм гидролокатор, медициналық ультрадыбыстық зерттеу және автокөлік паркинг датчиктерін жасауға негіз болды.
6. Күмбез тәрізді ғимараттарда сыбыр ерекше акустикалық әсер тудырады — бұл «сыбыр галереясы» деп аталады. Мұндай кеңістікте дыбыс толқыны қабырға бойымен таралып, қарсы нүктеге аз шығынмен жетеді, сондықтан адамдар ондаған метр қашықтықта жай дауыспен сөйлесе алады. Лондондағы Әулие Павел соборындағы галереяда сыбыр шамамен 34 метр қашықтықта анық естіледі.
7. Флаттер-эхо — дыбыстың ерекше шағылысу түрі — екі параллель жазық бет арасында пайда болады, онда дыбыс бірнеше рет тез шағылып, жағымсыз металлдық үн шығарады. Бұл құбылыс концерт залдары мен студияларда дыбысты бұрмалайды. Архитектуралық акустикада бұл әсерді болдырмау маңызды міндеттердің бірі болып табылады.
8. Эхолот — су қоймаларының тереңдігін өлшейтін құрал — табиғи эхомен бірдей принцип бойынша жұмыс істейді. Құрылғы дыбысты төмен қарай жіберіп, оның қайтып келу уақытын тіркейді. Судағы дыбыс жылдамдығы шамамен секундына 1500 метр болғандықтан, түбіне дейінгі қашықтық дәл есептеледі.
9. Ежелгі Грекиядағы Эпидавр театрының акустикасы соңғы қатардағы көрермендерге де актерлерді анық естуге мүмкіндік берген. Ғалымдар тас орындықтардың төмен жиілікті шуды сүзгіден өткізіп, адам дауысының жиіліктерін күшейтетінін анықтады. Бұл акустикалық ерекшелік тек 2007 жылы толық түсіндірілді.
10. Дыбыстың эхосының оптикада да ұқсастығы бар — жарықтың айнадан шағылуы дәл сондай заңдарға бағынады. Екі құбылыс та шағылу заңымен сипатталады: түсу бұрышы шағылу бұрышына тең. Бұл заңдылықтар акустикалық есептеулерде де қолданылады.
11. Жердің өзі де ерекше акустикалық резонатор болып табылады — атмосфера күшті жарылыстардан шыққан инфрадыбысты шағылдырып, оны бүкіл планета бойынша таратады. 1883 жылғы Кракатау жанартауының атқылауынан кейін инфрадыбыс толқыны Жерді шамамен жеті рет айналып шыққан. Бұл құбылыс планеталық акустиканың алғашқы мысалдарының бірі болды.
12. Өлі акустикалық аймақтар — дыбыс әлсіз естілетін орындар — тікелей және шағылған толқындардың интерференциясынан пайда болады. Мұндай аймақтар концерт залдарында тыңдаушыларға кедергі келтіреді. Акустик мамандар бұл проблеманы алдын ала модельдеу арқылы шешеді.
13. Көру қабілеті шектеулі адамдар кейде жарқанаттарға ұқсас эхолокация қабілетін дамытады. Олар тілмен шыққан дыбыстарды немесе таяқпен соққыларды пайдаланып, шағылған сигналдарды талдайды. Кейбір адамдар заттардың пішінін, есік орындарын және тіпті ағаш пен бағананы ажырата алады.
14. Мұхитта ерекше акустикалық құбылыс бар — SOFAR арнасы — шамамен 1000 метр тереңдікте орналасқан су қабаты, онда дыбыс жылдамдығы ең төмен. Бұл арнада дыбыс мыңдаған километрге әлсіреусіз таралады. Ол суасты байланысында пайдаланылады.
15. Эхо медицинада кеңінен қолданылады — ультрадыбыстық зерттеу жоғары жиілікті толқындардың шағылуын талдау арқылы жүзеге асады. УДЗ аппараты 2–15 мегагерц жиіліктегі сигналдар жіберіп, ішкі мүшелердің бейнесін қалыптастырады. Бұл әдіс қауіпсіздігі мен дәлдігі арқасында медицинада кең таралған.

Эхо — адамзатқа ежелден таныс құбылыс — ғылым мен технология дамыған сайын жаңа қырларынан ашылып келеді. Жарқанаттардың навигациясынан бастап мұхит зерттеулеріне, медициналық диагностикадан архитектуралық акустикаға дейін — шағылған дыбыс принципі көптеген салаларда қолданылады. Бұл құбылысты түсіну бізге қарапайым нәрселердің артында күрделі заңдылықтар жатқанын еске салады.