Robimy. Zwykle odbicia są zbyt szybkie, aby wyraźnie usłyszeć, aw środowisku takim jak pomieszczenie szybko ulegają rozproszeniu w papkę, którą inżynier dźwięku nazwałby pogłosem. W większych przestrzeniach często można usłyszeć również wyraźne echa lub zamiast tego: dobrym sposobem na zabawę jest klaskanie (raz) w cichej sali: usłyszysz pierwsze echo, a następnie usłyszysz, jak kolejne echa zmieszają się z pogłosem.

Odblaskowe i pochłaniające właściwości pomieszczeń i korytarzy są absolutnie krytyczne dla tego, jak przyjemnie się w nich przebywa i na ile nadają się do słuchania muzyki itp.: ludzie spędzają dużo czasu na zamartwianiu się tym, a jeśli rozumieją to źle, wiesz.

Jednym z powodów, dla których ludzie nie są tego zbyt świadomi, jest to, że dzieje się to cały czas, gdziekolwiek jesteś. Możesz budować przestrzenie, które nie odbijają dźwięku - komory bezechowe - i to jest doprawdy bardzo dziwne bycie w jednej.

Jeśli nagrywasz muzykę elektronicznie (a więc z źródło bez mikrofonu), co jest obecnie powszechne, wtedy krytyczne znaczenie ma dodanie symulowanego pogłosu do dźwięku: jednostki pogłosu (często teraz wykonywane w oprogramowaniu) są prawdopodobnie najczęstszym efektem w studiach nagraniowych.

Dlatego dźwięk odbity jest wszechobecny.

Nasze oczy mają doskonałą rozdzielczość przestrzenną.Możemy odróżnić obiekty tylko o ułamek stopnia.Jest to możliwe zarówno dzięki budowie oka, jak i temu, że światło widzialne ma małe długości fal w naszej skali.Sygnały przychodzące jednocześnie mogą być wykrywane niezależnie.

Nasze uszy nie mają takiego poziomu precyzji.Chociaż ogólnie możemy określić kierunek pojedynczego dźwięku poprzez kombinację kilku wskazówek, częstotliwości, na które jesteśmy wrażliwi, nie można „odwzorować” w podobny sposób.Ton średniozakresowy o częstotliwości 500 Hz miałby długość fali ponad 60 cm.To powoduje słabe możliwości rozdzielczości w przypadku czujników w skali ludzkiej.

Odbicia zdarzają się cały czas i je słyszymy, ale nie możemy łatwo odróżnić oryginalnego źródła od odbicia, chyba że różnica czasu między nimiwiększy niż zwykle.

Jako ktoś, kto robił duże ilości dźwięku na żywo dla zespołów, często w pomieszczeniach w pubach, które są „interesujące” akustycznie, z pewnością dzieje się tak z dźwiękiem, a Ty i wszyscy inni słyszysz go cały czas. Moim jedynym możliwym wnioskiem jest to, że nie słuchałeś wystarczająco uważnie tego, co słyszysz.

Powodem, dla którego ludzie lubią śpiewać w łazience, jest to, że na ogół mają dużo odblaskowych powierzchni, co daje dużo naturalnego pogłos. Nie możemy tak dokładnie rozróżniać wysokości dźwięku, gdy jest dużo pogłosu, więc to sprawia, że ​​nasz śpiew brzmi „lepiej”. Z tego samego powodu wokaliści często używają pogłosu podczas grania na żywo. Zanim pojawił się pogłos elektroniczny, inżynierowie dźwięku używali różnych pogłosowych przestrzeni, aby to osiągnąć, albo nagrywając artystę w tym pokoju, albo odtwarzając to nagranie w przestrzeni i rejestrując powstałe echo. Nadal jest szeroko stosowany w muzyce akustycznej, zwłaszcza klasycznej i folkowej.

W przypadku dźwięku na żywo głównym problemem jest zapobieganie wycia sprzężonym. Głównym ich źródłem są głośniki monitora (skierowane na wykonawców), które są słyszane przez mikrofony. Przeciwdziałają temu głównie mikrofony zaprojektowane jako „głuche” z tyłu. Jeśli jednak ściana za wykonawcą nie ma tłumienia akustycznego, może (i będzie!) Odbijać ten dźwięk z powrotem do mikrofonu. Aby zwiększyć zabawę, odblaskowa ściana końcowa może (i będzie!) Również odbijać dźwięk z głośników przednich z powrotem na scenę, co stanowi kolejne źródło sprzężenia zwrotnego. Im dłuższy dystans, tym niższy poziom wycia. Następnym razem, gdy będziesz na koncercie z niekompetentnym dźwiękowcem, użyj tego do odgadnięcia przyczyny sprzężenia zwrotnego. :)

Elektroniczne odtwarzanie echa okazuje się w zasadzie łatwe, ale trudne do wykonania. Masz wczesne odbicia (echa bezpośrednio od powierzchni, które pokonują najkrótszą odległość), a po pewnym czasie masz bardziej ogólną "papkę" odbić odbijających się w różnych kierunkach, które docierają do ciebie w różnym czasie, i masz ogon efekt, gdy różne echa przestają odbijać się w przestrzeni. Najprostszym sposobem odtworzenia echa / pogłosu w określonej przestrzeni jest wygenerowanie „odpowiedzi impulsowej” - tworzysz głośne kliknięcie (wystarczy klaskanie w dłonie) i rejestrujesz, jak ten impuls zanika. Następnie otrzymujesz odtworzenie próbki po próbce tego, co dzieje się z dźwiękiem, i możesz zastosować to do swoich dźwięków. Jednak to odtwarza tylko jedno miejsce w jednej pozycji. Bardziej wyrafinowane algorytmy pogłosu próbują modelować sposób, w jaki dźwięk odbija się od powierzchni i łączy ze sobą. Niektórzy (szczególnie w przypadku nagrywania i dźwięku na żywo) porzucili w ogóle brzmienie „jak” cokolwiek, a zamiast tego skupili się na wytwarzaniu charakterystyk pogłosu, które brzmią przyjemnie dla ucha.

Głównym powodem, dla którego nie słyszymy odbić dźwięku, jest sposób działania naszego słuchu. Psychoakustyczne wyjaśnienie tego zjawiska nazywa się efektem pierwszeństwa. Stwierdza, że ​​gdy dwa lub więcej dźwięków dociera do słuchacza w wystarczająco krótkim czasie (mniej więcej poniżej 50 ms), jest to odbierane jako pojedyncze zdarzenie dźwiękowe. Lokalizacja dźwięku jest zdominowana przez dźwięk, który dociera jako pierwszy.

Drugą rzeczą, która ma wpływ, jest tłumienie dźwięku. Podczas podróżowania w powietrzu poziom ciśnienia akustycznego na określonej odległości jest odwrotnie proporcjonalny do odległości. Dźwięk jest również tłumiony, gdy napotyka powierzchnię i odbija się. W zależności od właściwości powierzchni, część dźwięku jest pochłaniana, a część odbijana.

Wyobraź sobie, że jesteś w pokoju i rozmawiasz z kimś. W tej sytuacji z głośnika wydobywa się bezpośredni dźwięk, a następnie opóźnione kopie dźwięku odbite od ścian. Odbite kopie będą miały pewne opóźnienie, które zależy od wielkości pomieszczenia i pewnego tłumienia, które zależy od wielkości pomieszczenia i właściwości akustycznych ścian. Jeśli odbity dźwięk dotrze w ciągu pierwszych 50 ms lub zostanie zbyt mocno osłabiony, usłyszysz tylko jedno zdarzenie dźwiękowe i nie będzie żadnego echa.

Więc jak duży musiałby być pokój, aby można było usłyszeć odbicie od ściany? Wiedząc, że prędkość dźwięku w temperaturze pokojowej wynosi około 343 m / s, można obliczyć, że dźwięk przemieszcza się ~ 17 m w czasie 50 ms. Oznacza to, że aby usłyszeć odbity dźwięk, musisz znajdować się 8,5 m od najbliższej ściany. Oprócz tego ściany musiałyby być wystarczająco odblaskowe, aby odbicie nie było zbyt ciche.

Odbicia drugiego lub dalszego rzędu często pojawiały się wystarczająco późno, aby były odbierane jako oddzielne dźwięki, ale zwykle nie są wystarczająco głośno. W pustym pokoju byłyby, ale zwykle meble, dywany i tym podobne pochłaniają dźwięk na tyle, aby zatrzymać echo.

Jak stwierdziły powyższe odpowiedzi, słyszymy taki dźwięk odbity, ale zwykle tego nie zauważamy.Jeśli jednak nadarzy się okazja, stań w zamkniętej komorze bezechowej.Wtedy „usłyszysz” całkowity brak wszystkich odbitych dźwięków.Powiedzieć, że to dziwne, to za mało - wydaje się, że cisza wysysa ci uszy.

Szeptane pokoje / galerie to kolejny dobry przykład.W najprostszym przypadku eliptyczny pokój, dźwięk odbijający się od ścian pozwala jednej osobie stojącej w jednym ognisku elipsy wyraźnie słyszeć wszystko w drugim ognisku.Odsuń się jednak od ostrości, a efekt zniknie.

Niektórzy niewidomi używają technik podobnych do sonaru, aby „widzieć”.To jest od czasu do czasu w prasie, np. http://www.sciencemag.org/news/2014/11/how-blind-people-use-batlike-sonar.

Kilka dobrych odpowiedzi, ale jeden obszar, który nie został omówiony, to rodzaj efektu progowego. Ucho wyczuwa ciśnienie dźwięku, a nie „promienie” dźwięku. Dlatego reaguje głównie na najsilniejsze sygnały, a mózg ma tendencję do wyłączania hałasu. Ogólnie rzecz biorąc, słuchamy jednego sygnału dźwiękowego. Ale jeśli chodzi o widzenie, cały ten „hałas” światła odbijającego się od obiektów JEST tym, co widzimy. Widzimy WSZYSTKIE wyraźne odbicia jednocześnie z wieloma pikselami siatkówki. Analogią do światła byłoby zasłonięcie oczu kawałkami styropianowego kubka: można było zobaczyć tylko, jak jest ciasno, a nie z którego kierunku dochodziło.

Słuch bardziej przypomina odbieranie fal radiowych, gdzie najsilniejszy sygnał „przechwytuje” odbiornik. To jedyny sposób, w jaki może to działać, gdy element odbiorczy ma tylko jeden „piksel” (szeroki lub wąski).

Odpowiedź jest taka, że ​​oczy są dwuwymiarowymi odbiornikami, a uszy otrzymują jedno- strumień wymiarowy, przynajmniej jeśli chodzi o rozdzielczość przestrzenną. (Uszy mają rozdzielczość dla wysokości i fazy, ale nie ma to znaczenia dla echa).

Dzieje się tak z powodu naszego czasu reakcji, szybkości dźwięku i zaburzeń atmosfery.Ponieważ nasz czas reakcji wynosi 1/10 sekundy, a prędkość dźwięku to około 343,2 metra na sekundę.Tak więc dźwięk przemieszcza się 34,32 metra w 1/10 sekundy.Aby rozróżnić 2 dźwięki, odległość między nimi musi wynosić 34,32 metra, a jeśli chcemy zauważyć odbicie dźwięku (echo), musimy policzyć odległość tam iz powrotem, czyli 34,32 metra, z czego połowa to 17,16 metra.Aby więc odróżnić dźwięk oryginalny od jego odbicia, odległość między osobą a powierzchnią odbijającą musi wynosić co najmniej 17,16 metra, ale znowu dźwięk traci swoją energię podczas podróżowania oraz w obszarze miejskim, gdzie tak wiele dźwięków zakłóca środek transportu.bardzo trudno zauważyć takie zjawisko.Choć zauważamy to codziennie w postaci pogłosów tworzonych w codziennych miejscach, ale są one ledwo rozróżnialne.

Dlaczego nie słyszymy dźwięku odbijającego tak bardzo?

Głównie ma to związek z energią i długością fali.

Kiedy światło uderza w obiekt o szorstkich powierzchniach np. budynek, jest rozrzucony w każdym kierunku. Ponieważ światło oświetlające budynek ma tak dużą energię, twoje oko jest w stanie wychwycić tylko niewielki ułamek tego rozproszonego światła, pomimo prawa odwrotności kwadratów dla intensywności. Co więcej, twoje oko skupia to światło na wyraźnym obrazie, który mózg rozpoznaje jako budynek.

Teraz dźwięk jest inny. Po pierwsze, na niebie nie ma wielkiego źródła dźwięku, który wszystko rozjaśnia hałasem. Dźwięki otoczenia, które słyszysz, mają w rzeczywistości dość niską energię. Gdyby budynek rozpraszał dźwięk we wszystkich kierunkach, tak jak rozprasza światło, po prostu nie słychać echa z daleka.

Ale oto rzecz: dźwięk ma znacznie dłuższe fale niż światło widzialne . Kiedy ściana budynku odbija dźwięk, nawet jeśli ta ściana może wydawać się szorstka gołym okiem (beton, cegła lub cokolwiek innego), z perspektywy dźwięku, budynek ten jest lustrzaną powierzchnią, która odbija dźwięk w lustrze- jak moda.

Powodem, dla którego można usłyszeć echo odbijające się od ściany budynku, jest właśnie to, że nie rozprasza dźwięku, ale odbija go jak lustro. Weź pod uwagę, że długość fali dźwięku przy 10 kHz w powietrzu wynosi około 3,4 cm. Aby rozproszyć dźwięk o częstotliwości 10 kHz, dość wysokiej częstotliwości, potrzebne są wybrzuszenia, które są na tym polu: powiedzmy, co najmniej o połowę mniejsze . Budynki są zwykle gładsze. A rozpraszanie niższych częstotliwości wymaga jeszcze większych nierówności: 34 cm dla 1 kHz, 340 cm dla 100 Hz.

Teraz wyobraź sobie, że budynek został faktycznie zbudowany z luster: idealnie gładkich luster bez widocznych szwów ani łączeń. Wtedy nie zobaczyłbyś go zbyt dobrze! Widziałbyś obrazy odbite w budynku, ale sam budynek byłby trudny do rozróżnienia, zwłaszcza gdyby jego ściany były idealnie pionowe, tak że odbicie nieba i horyzontu wydawało się ciągłe z prawdziwym horyzontem.

Więc to w zasadzie główny powód, dla którego nie słyszysz budynku dobrze: odbija on dźwięk w zwierciadlany sposób, więc słyszysz źródła dźwięku, które są odbijane, a nie budynek samo. Co więcej, ponieważ dźwięk nie jest rozproszony, aby usłyszeć te odbite dźwięki, musisz stać pod odpowiednim kątem odbicia względem kąta padania. Po prostu nie słyszysz wszystkiego , co uderza w budynek: tylko te źródła dźwięku, które uderzają w ścianę pod przeciwnym kątem do twojego punktu obserwacyjnego, tak samo jak nie widzisz każdego źródło światła w lustrze.

Po drugie, twoje uszy nie są zbyt selektywne pod względem kierunku, więc odbicia, które słyszysz, są mieszane z innymi odbiciami i bezpośrednim dźwiękiem. Im bardziej złożona jest ta mieszanina, tym trudniej jest określić, skąd wszystko pochodzi. Złożone, liczne echa tworzą po prostu wrażenie otoczenia, które nazywamy pogłosem. Zwykle, gdy echa są izolowane, możemy odgadnąć, co je odbija: „Aha, drugie klaśnięcie dobiegło z kierunku tego budynku, więc musi odbijać się od ściany”.

Po trzecie, odnosząc się do drugiego punktu, twoje uszy nie skupiają dźwięku na obrazie.Gdybyś miał optyczny mechanizm skupiający dźwięk (powiedzmy, antenę akustyczną), tworzenie obrazu budynku opartego na dźwięku otoczenia uderzającego, ten budynek wymagałby dźwięku o niskiej długości fali (wysokiej częstotliwości) o dużej intensywności, a budynekmusi mieć bardzo szorstką powierzchnię, której cechy są większe niż długość fali, aby rozproszyć ten dźwięk.Przypomnij sobie, że przy 1 kHz długość fali wynosi 34 cm, więc nierówności powierzchni znacznie mniejsze niż 34 cm w zasadzie wyglądają jak gładka powierzchnia przy dźwięku 1 kHz.

To kwestia wyłącznie ludzkiej percepcji.

Nasze oczy zawierają dosłownie miliony oddzielnych fotoreceptorów, co pozwala nam stworzyć wyraźny obraz naszego otoczenia. Z drugiej strony mamy tylko dwoje uszu!

Prawdą jest, że każde ucho jest w stanie rozróżnić szeroki zakres częstotliwości i dzięki temu ma przewagę nad okiem, które może wykryć tylko trzy oddzielne pasma częstotliwości (które postrzegamy jako trzy podstawowe kolory), to naprawdę nie rekompensuje niesamowitej mocy obrazowania naszych oczu.

Inne zwierzęta, na przykład nietoperze i niektóre wieloryby, polują za pomocą echolokacji. Wydają dźwięki i nasłuchują echa, które powraca. Ty także, z zawiązanymi oczami, możesz klaskać w dłonie, a jeśli usłyszysz echo, wywnioskujesz, że nie jesteś na otwartej przestrzeni, ale musisz znajdować się w pobliżu ściany lub w jaskini. Po prostu zmysł nie jest tak dobrze rozwinięty u ludzi.

Tak więc dźwięk odbija się przez cały czas. Ale jest jedno ważne zastrzeżenie. Dźwięk rozchodzi się z prędkością około 330 m / s, więc dźwięk o częstotliwości 1 kHz (mniej więcej optymalny zakres dla naszego słuchu) ma długość fali około stopy (30 cm). Aby uzyskać dobry, czysty obraz, długość fali dowolnego ośrodka musi być kilkakrotnie mniejsza niż obiekt, od którego odbija się.

Ludzie opracowali technologie obrazowania oparte na dźwięku. Ale nie używają częstotliwości 1 kHz. W przypadku małych obiektów używają znacznie wyższych częstotliwości przy krótszych długościach fal. Dzięki temu można na przykład zobaczyć wyraźny obraz dziecka w łonie matki: https://en.wikipedia.org/wiki/Ultrasound. Inżynierowie używają również ultradźwięków do wykrywania pęknięć w metalu.

Istnieją również techniki SONAR używane w wodzie, często z niższymi częstotliwościami, do mapowania znacznie większych obszarów.Niskie częstotliwości są lepsze w tym zastosowaniu, ponieważ są mniej tłumione przez wodę i mniej zagmatwane przez przypadkowe odbicia od małych obiektów.Mogą być używane przez trawlery do wyszukiwania ryb lub przez okręty wojenne do odnajdywania okrętów podwodnych wroga.Mogą być nawet wykorzystywane przez poszukiwaczy ropy naftowej do znajdowania złóż ropy głęboko pod dnem oceanu.To zdjęcie wraku pokazuje, co można osiągnąć za pomocą odpowiedniego sprzętu i czasu: http://phys.org/news/2010-09-sonar-historic-shipwreck-poses-oil.html

Jak wyjaśnia Ville, wynika to ze sposobu, w jaki odbieramy dźwięk - jak działa nasz mózg. Jeśli staniesz na jednym końcu pokoju o gołych, twardych ścianach i klasniesz w dłonie, możesz być w stanie zauważyć echo. W normalnych warunkach „temperatury pokojowej” dźwięk przemieszcza się z prędkością około 1100 stóp / s; jeśli spróbujesz tego na jednym końcu pomieszczenia o wysokości 40 stóp, echo powróci po około 70 ms, co potrwa nieco dłużej niż próg, przy którym mózg odbierze je jako odrębne zdarzenie.

Powody, dla których nie zauważamy rutynowo echa, które są zawsze obecne, to:

• Powierzchnia jest zbyt blisko; odbieramy echo jako część tego samego wydarzenia, co dźwięk oryginalny (odpowiedź Villego)
• Powierzchnia jest zbyt daleko - fale dźwiękowe rozchodzą się promieniowo na zewnątrz, więc natężenie zmniejsza się wraz z kwadratem odległości; odbitego natężenia dźwięku zmniejszy się przy czwartej potęgi odległości między źródłem a reflektorem. Aby echo spadło poniżej progu percepcji lub poziomu hałasu otoczenia, nie potrzeba dużo odległości.
• Echo jest wyczuwalne, ale podświadomie je odfiltrowujemy, ponieważ nie przekazuje nam żadnych przydatnych informacji.