Общее описание
Звуковое эхо — отражённый звук. Обычно эхо замечают, если слышат также прямой звук от источника, когда в одной точке пространства можно несколько раз услышать звук из одного источника, пришедший по прямому пути и отражённый (возможно несколько раз) от окружающих предметов. Так как при отражении звуковая волна теряет энергию, то звуковая волна от более сильного источника звука сможет отразиться от поверхностей (например стоящих друг напротив друга домов или стен) много раз, проходя через одну точку, что вызовет многократное эхо (такое эхо можно наблюдать от грома).
Эхо обусловлено тем, что звуковые волны могут отражаться твердыми поверхностями, это связано с динамической картиной разрежений и уплотнений воздуха вблизи отражающей поверхности. В случае, если источник звука расположен неподалеку от такой поверхности, повернутой к нему под прямым углом (или под углом, близким к прямому), звук, отразившись от такой поверхности, как круги на воде отражаются от берега, возвращается к источнику. Благодаря эху говорящий может вместе с другими звуками слышать свою собственную речь, как бы задержавшуюся на некоторое время. Если источник звука находится на достаточном расстоянии от отражающей поверхности, а кроме источника звука поблизости нет никаких дополнительных звуковых источников, то эхо становится наиболее отчетливым. Эхо становится различимым на слух если интервал между прямой и отражённой звуковой волной составляет 50-60 мсек, что соответствует 15-20 метрам, которые звуковая волна проходит от источника и обратно, при нормальных условиях.
Более точное и полное объяснение этого явления дает так называемая теория Шмауса. Согласно этой теории состояние взвешенных в воздухе частичек аналогично состоянию вещества, находящегося в коллоидальном растворе. В таких растворах растворяемое вещество не расщепляется на молекулы, как в обычных, а остается взвешенным в растворителе в виде мельчайших частичек, представляющих собой скопление молекул.
Плотность растворенного вещества может оказаться больше плотности растворителя, но его частички совершенно равномерно распределяются во всем объеме растворителя и не осаждаются на дно, как это было бы в обычном растворе. Сила, поддерживающая эти частички, создается в результате беспорядочных ударов молекул растворителя, находящихся в так называемом молекулярном движении. Под действием этих ударов частички приходят в своеобразное зигзагообразное движение, известное под именем броуновского движения. Таким образом, источником силы, поддерживающей частички коллоидальных растворов, служит энергия молекулярного движения растворителя.
Источником силы, поддерживающей в атмосферном воздухе водяные капли, частички твердых тел и пр., служит существующее в нем так называемое конвективное или турбулентное движение. Это — беспорядочное движение отдельных частичек воздуха, вернее небольших его масс, в различных направлениях, независимое от общего потока воздуха.
Возникновение конвективного или турбулентного движения связано с механическим воздействием земной поверхности на движущиеся около нее воздушные массы.
Солнечные лучи неравномерно нагревают отдельные массы воздуха, выводят их из равновесия и заставляют подниматься вверх. Это, в свою очередь, вызывает горизонтальное движение воздуха и создает беспорядочное движение его отдельных частичек, перемешивая воздушные слои. Действие ударов отдельных частичек воздуха на пылинки поддерживает их в воздухе и каждая частичка адсорбирует к себе некоторое количество воздуха.
Получая от пылинки, при действии на нее солнечных лучей, значительное повышение температуры, адсорбированный в ней воздух расширяется и может создать небольшую подъемную силу, заставляющую пылинки медленно подниматься вверх или удерживаться на одном уровне.
Шмаус напоминает, что при растворении вещества в коллоидальном растворе частички его получают некоторый электрический заряд. Этот заряд зависит от природы растворителя и растворенного вещества. Поэтому, — рассуждает он, — несмотря на непрерывное беспорядочное движение частичек растворенного вещества, сцепления между ними не происходит, так как действует сила отталкивания одноименных зарядов.