Мы различаем отдельные короткие звуки в том случае, когда один звук следует за другим не чаще, чем через 1/15 долю секунды. Если число отдельных звуков больше 15 в секунду, то они нам покажутся одним непрерывным звуком. Отбивая на барабане дробь, так, чтобы один удар за другим следовал чаще чем через 1/15 долю секунды, мы не будем слышать отдельных ударов, — они сольются в единый звук. Когда отражённая звуковая волна возвращается к нам быстрее чем через 1/15 долю секунды, то она сольётся с прямой волной от источника, изменяя силу его звука. Подмечая это изменение, мы и оцениваем расстояние до стены.
На каком расстоянии должна находиться стена, чтобы прямой и отражённый звуки сливались в один? Это легко подсчитать. За одну секунду звук проходит 340 метров. За 1/15 долю секунды он пройдёт 340 : 15 = 23 метра. Так как звук делает два конца — до стены и обратно, то стена должна быть не дальше 23 : 2 = 11,5 метра.
Прежде чем звуковая волна совершенно затухнет, она в небольшом помещении сотни раз отразится от стен, потолка и пола. В этом случае последний отражённый звук достигнет нашего уха спустя несколько секунд. В продолжение всего этого времени будет ощущаться постепенно уменьшающийся гул. Этим и объясняется гулкость пустых помещений. Нередко люди делают ложное заключение о силе своего голоса, пробуя петь или декламировать в такого рода комнатах. Сравните впечатление от собственного голоса, когда вы поёте в пустой комнате и затем в комнате, заставленной мебелью, устланной коврами, задрапированной шторами, — и вы убедитесь в этом.
Отражение звуковых волн обязательно принимается в расчёт при постройке общественных зданий. Так, например, в зрительных залах театров, во избежание нежелательных отражённых звуков, стены и потолки не делают сплошными и гладкими; их обивают звукопоглощающим материалом, развешивают шторы, занавесы, устанавливают мягкую мебель, устраивают всевозможные ниши и балконы. Звук сильно поглощается такими предметами и не отражается. Зал, предназначенный для большого оркестра, обычно мало пригоден для собраний. Речь в таких залах становится или мало разборчивой, или неестественно глухой. Напрасно в этих случаях некоторые ораторы стараются кричать, желая быть всеми услышанными. Это ни к чему не приводит. С повышением силы голоса возрастает и сила мешающих отражённых звуков.
Явление отражения звуков в некоторых помещениях приводит к интересным результатам. Вот два примера.
Если говорить шёпотом у внутренней стены собора св. Павла в Лондоне, то этот шёпот можно слышать в любом месте, даже на противоположном конце этого огромного здания; при этом необходимо только стать достаточно близко к стене. Создаётся впечатление, будто шепчут сами стены.
Другой пример. Около одного из итальянских городов есть грот; его называют «Ухо Дионисия» (рис. 14).
Рис. 14. Схема распространения звука в гроте «Ухо Дионисия»
Благодаря особой форме свода этого грота в нём есть два удивительных места; они отмечены на рисунке цифрами 1 и 2. Всё, что вы говорите, находясь в месте 1 так отчётливо слышно в месте 2, что можно подумать, будто говорят именно здесь. В промежуточных местах, лежащих значительно ближе к месту 1, совершенно ничего не слышно. Разгадка этого странного на первый взгляд явления в том, что звуки, идущие из места 1, отражаются от свода так, что вновь все собираются в месте 2.
Многие читатели вспомнят подобные явления, встречавшиеся в их жизни, и дадут им теперь правильное толкование.
Наблюдается отражение звуков и на открытом воздухе, — правда, гораздо реже, чем в закрытых помещениях. Это — всем знакомое эхо. Как же оно возникает?
Пусть отражающая поверхность — гора, скала, стена большого дома или опушка леса — находится от нас на расстоянии ста метров. Если крикнуть, то звук дойдёт до этой поверхности, отразится от неё и возвратится к нам. При этом он пройдёт путь в двести метров и затратит немного больше половины секунды времени. Но мы уже знаем, что два звука, следующие друг за другом с промежутком, большим 1/15 доли секунды, мы слышим раздельно. Поэтому, произнося короткое слово в один, два слога, можно слышать его полное повторение. Если же произносить слово более длинное, например, бар-ри-ка-да, то первые два слога успеют возвратиться к нам в тот момент, когда мы произносим последние. А так как отражённые звуки более слабые, то мы их не услышим. Спустя четверть секунды после произнесения последнего слога да придёт отражённый слог ка, а ещё через четверть секунды возвратится и слог да. В результате мы ясно услышим: -а-да.
Когда отражающих поверхностей много и находятся они на разных расстояниях, то от более удалённых поверхностей отражённые волны придут позднее, и тогда можно слышать многократное эхо. Примером такого многократного эхо служит, например, гром. При электрическом разряде в воздухе — молнии — раздаётся треск; многократное отражение его от различных поверхностей и создаёт грандиозное эхо — раскаты грома.
Мы привыкли слышать эхо у опушки леса, вблизи скал или в горах, т. е. там, где есть видимая преграда на пути звука. Но ведь эхо возникает и на равнине, и в поле, в пустыне, и на море, где для звука твёрдых преград нет. Как же объяснить такое загадочное эхо?
Оказывается, что звук может отражаться даже от воздуха! Происходит это в тех случаях, когда звуковая волна встречает на своём пути слои воздуха с другой температурой или другой скоростью. Представим себе, что она встретит более нагретый слой воздуха. Её направление тотчас же изменится, и может быть так, что в конце концов звук возвратится обратно. То же самое произойдёт и в том случае, если звук встретит слой воздуха, содержащего другое количество водяных паров, т. е. более влажного или более сухого. Такие отражающие звук «облака» не имеют ничего общего с обыкновенными облаками и туманом. Они постоянно имеются в воздухе, создавая невидимые преграды звуку. Вот почему иногда и в безоблачный день на равнине можно слышать эхо. А дождь, снег и туман при равномерном распределении в воздухе, как это ни покажется вам странным, в очень малой степени препятствуют распространению звука.
Когда называют ваше имя, вы поворачиваете голову в сторону зовущего. Обычно вы легко отыскиваете направление на источник звука. Человек с нормальным слухом может определять это направление с точностью до 4 градусов. Это значит, что, находясь от источника звука на расстоянии ста метров, человек по слуху может указать путь к нему с ошибкой всего на 6–7 метров в сторону. При увеличении расстояния увеличивается и ошибка в определении. Так, если за километр идёт стрельба, то местонахождение орудия на слух может быть определено с точностью до 60–70 метров вправо или влево от истинного положения.
Направление вверх или вниз мы определяем на слух значительно хуже. Здесь, очевидно, сказывается отсутствие практики в занятиях такого рода.
Что необходимо иметь, чтобы быть способным находить по слуху источник звука?
Оказывается, надо иметь два уха! Человек, глухой на одно ухо, определяет направление с большим трудом и менее точно. В этом легко убедиться. Закройте одно ухо и оба глаза и покрутитесь немного на одном месте. После этого пусть кто-нибудь вас позовёт. Не открывая глаз, укажите рукой, откуда вас зовут, и в большинстве случаев вы грубо ошибётесь. Такая способность определять направление на источник звука названа бинауральным эффектом (бинауральный означает «двуухий»).
Это явление объясняют двумя причинами. Если источник находится справа, то правым ухом мы слышим звук более громкий, чем левым. Голова как бы загораживает левое ухо от попадания в него звуковой волны (правда, это справедливо только для высоких звуков; звуки низкие огибают голову, как всякое небольшое препятствие, и попадают в левое ухо почти не ослабленными). Поэтому в одно ухо звуков попадает больше, а в другое меньше. Одним ухом мы слышим громче, другим тише. Эта разность в громкости перерабатывается в нашем мозгу в чувство определённого направления. Мы поворачиваем голову до тех пор, пока оба уха не будут слышать одинаково громко. А это наступит тогда, когда источник звука окажется прямо перед нами.
Здесь уместно привести интересный пример того, как волны низких звуков огибают препятствия, стоящие на их пути. Достаточно свернуть с большой шумной улицы в переулок, как сразу же изменяется характер шума. Резкие пронзительные гудки, звонки, крики и лязг металла частично отразятся стенами домов, частично поглотятся ими и затухнут, а низкие звуки свободно огибают дома и проникают в узкие боковые улицы, наполняя их ровным приглушённым шумом.
