Финские физики опровергли общепринятое заблуждение о неэффективности крика навстречу ветру. Согласно их данным, звук, испускаемый человеком в направлении ветра, не утрачивает своей интенсивности. Напротив, турбулентные эффекты формируют зону пониженного давления в области ушей, что создает субъективное ощущение снижения громкости у кричащего. Для верификации своих расчетов ученые провели замеры на взлетно-посадочной полосе аэропорта, используя фургон, оборудованный динамиками и микрофонами. Результаты исследования опубликованы в издании *Scientific Reports*, а также освещены на сайте Университета Аалто. Распространенное мнение о малоэффективности такого крика закрепилось в английском языке в виде идиомы, обозначающей тщетные попытки донести свои мысли до людей, не разделяющих их точку зрения.
С точки зрения физики у этого утверждения мало оснований. Если скорость звука в воздухе у поверхности земли превышает 300 метров в секунду, то типичные скорости ветров существенно меньше, а потому не способны оказать существенное влияние на акустический путь. Вместо этого физики объясняют это явление с помощью градиента ветровых скоростей, искажающего волновой фронт и перенаправляющего звук вверх. И все же этот эффект значим только на расстояниях более ста метров и потому до сих пор непонятно, за счет чего возникают сложности с криком против ветра.
Получить ответ на этот вопрос смогла группа финских физиков под руководством Вилле Пулкки (Ville Pulkki) из Университета Аалто. Он оказался довольно неожиданным. Ученые выяснили, что потоки воздуха на самом деле практически не влияю на громкость звука. Вместо этого меняется восприятие звуковых волн испустившим их человеком из-за анатомической разницы между положением рта и ушей.
Причиной этого стал эффект конвекционного усиления или затухания звука. Он возникает в том случае, если в некоторой области возникают турбулентные потоки, которые увеличивают или уменьшают давление воздуха. Чтобы проверить, какова роль этого явления в задаче о крике против ветра, авторы моделировали голову человека с помощью бесконечного цилиндра.
Фотография автомобиля с закрепленным на нем оборудованием. Ville Pulkki et al. / Scientific Reports
Численные и аналитические вычисления показали, что, если источник звука (то есть рот) будет расположен с наветренной стороны цилинда, то на его боках (то есть ушах) интенсивность звука уменьшиться. Эффект оказался более выраженным для низких частот. Кроме того, крик по ветру возымел противоположный эффект: кричащий слышал себя громче.
Отношение громкости звука для крика против ветра и по ветру, выраженное в логарифмической шкале для скорости 12 (фиолетовый цвет) и 24 (оранжевый цвет) метра в секунду. Сплошная линия — аналитические расчеты, пунктир — численные расчеты, треугольники и ромбы — эксперимент. Ville Pulkki et al. / Scientific Reports
Чтобы проверить свои вычисления на практике, физики провели эксперимент на открытой местности. Они водрузили на крышу фургона экспериментальное оборудование, состоящее из цилиндра диаметром 20 сантиметров, снабженного динамиками, нескольких микрофонов, анемометров и камеры. Авторы добились разрешения на использование участка взлетно-посадочной полосы аэропорта Хельсинки — Малми, движение по которой с нужной скоростью помогало имитировать ветер.
Результаты эксперимента и обоих типов вычислений в целом продемонстрировали согласие. Выше четырех килогерц измерение давало нестабильные значения. Небольшие расхождения возникли при малой скорости движения машины. Авторы связали это с ростом влияния естественного ветра, которое было сложнее исключить.
Ранее мы рассказывали, как американец запатентовал дезориентирующие звуковое устройство, работающее по принципу отсроченной акустической обратной связи. Также мы писали про браслет с ультразвуковыми излучателями, которые мешают микрофонам умных колонок или смартфонов распознавать речь.
Автор: Марат Хамадеев
Источник: https://nplus1.ru/
