VI.4.4. Reflexia sunetului. Ecoul
Reflexia sunetului are loc când unda sonoră întâlnește un alt mediu și se întoarce în primul mediu, cu schimbarea direcției de propagare.
Ecoul este un fenomen acustic ce constă în repetarea sunetului emis de o sursă și perceperea lui ca un sunet distinct în raport cu sunetul primar. El este o consecință a reflexiei sunetului pe un obstacol îndepărtat de sursa sonoră.
Pentru ca sunetul reflectat de un obstacol să fie perceput distinct, ca ecou, el trebuie să se întoarcă la ureche după ce a încetat perceperea sunetului inițial.
Deoarece un sunet persistă în ureche cel puțin o zecime de secundă (adică urechea noastră este impresionată de un sunet timp de 0,1s, timp în care nu mai auzim alt sunet), sunetul reflectat va fi perceput ca ecou doar dacă va ajunge la ureche după cel puțin 1/10 secunde de la perceperea sunetului emis.
Pentru a afla distanța minimă dintre sursa sonoră și un obstacol (perete) pentru a auzi ecoul sunetului inițial, calculăm distanța parcursă de sunet dus-întors:
2 ∙ d = v ∙ t
2 ∙ d = 340 m/s ∙ 0,1 s = 34 m
d = 17 m (distanța minimă a obstacolului pentru a auzi ecoul unui sunet monosilabic).
Pentru ca un sunet foarte scurt să fie perceput ca ecou, distanța până la un obstacol trebuie să fie de cel puțin 17 m, deoarece viteza sunetului în aer este de cca. 340 m/s. Dacă distanța este dublă (34 m) sau triplă (51 m), ecoul va fi bisilabic, respectiv trisilabic.
De aceea fenomenul ecoului este observat cel mai bine în munți sau într-o sală goală de mari dimensiuni.
Dacă distanța până la obstacolul reflectant este mai mică de 17 m, sunetul reflectat va sosi înainte de încetarea senzației auditive a sunetului direct, producând în ureche o prelungire și o întărire a acestuia. În această situație nu mai este vorba de ecou, ci de fenomenul numit reverberație.
Ecolocația constă în orientarea animalelor cu ajutorul ecoului (reflexiei sunetului). Unele animale folosesc ecoul pentru detectarea locației și navigație, cum ar fi cetaceele (delfini și balene) și liliecii.
Sonarul este un dispozitiv folosit de vase maritime pentru a determina cu ajutorul reflexiei ultrasunetului (US) adâncimea apei, bancurile de pești, găsirea epavelor, detectarea icebergurilor.
Ecograful dă imagini ale unor organe pe baza reflexiei ultrasunetelor. Ecografia implică utilizarea unui transductor mic (sonda) și gel pentru a expune organismul la undele sonore de înaltă frecvență. Ecoul ultrasunetelor pe un anumit organ este transformat în semnale electrice care alcătuiesc o imagine pe un ecran.
Ecografia tridimensionala 3D cu ajutorul computerului se realizează vizualizarea volumetrică a structurilor anatomice. Ecografia 4D înseamnă 3D în mișcare.
În tehnică se utilizează pentru punerea în evidenţă a defectelor pieselor metalice numită defectoscopia ultrasonoră.
1. Sursa sonoră a unui sonar are o frecvență de 50 Hz. Viteza de propagare a sunetului prin apă este de 1450 m/s. Ce lungime de undă are unda sonoră emisă?
υ = 50 Hz
v = 1450 m/s
λ = ?
Rezolvare:
2. Lungimea undei sonore emisă de un liliac este de 3 mm. Calculează frecvența sunetului emis de liliac, considerând viteza sunetului de 340 m/s. Putem auzi sunetul respectiv? Argumentează.
λ = 3 mm = 3/1000 m
v = 340 m/s
υ = ?
Rezolvare:
Noi nu auzim acest sunet emis de liliac, deoarece are frecvența mai mare de 20.000Hz, fiind un ultrasunet.