Борис Кудрявцев - О неслышимых звуках

Необходимость быстро изменять, или, как говорят, модулировать, силу света часто возникает в технике: при записи звука, в телевидении, при изучении работы быстродвижущихся частей машин и т. д.

Решить эту важную задачу можно опять-таки с помощью ультразвука.

Для быстрых изменений яркости света можно воспользоваться изменением оптических свойств вещества при распространении ультразвука. На рис. 24 изображена одна из возможных схем ультразвукового модулирования света. Световые лучи, расходящиеся от источника света Л , линзой О 1превращаются в параллельный пучок лучей, который, пройдя через стеклянную ванночку K , собирается линзой О 2в фокусе Ф . Экран Э преграждает лучам дальнейший путь. Ванночка K наполнена прозрачной жидкостью, в которой находится пьезоэлектрическая пластинка. Если заставить пластинку совершать колебания и создать в жидкости ультразвуковую волну, то жидкость сделается оптически неоднородной. Оптическая неоднородность жидкости заставит световые лучи изменить свой путь. Некоторая часть лучей уже не соберется в фокусе Ф и не будет поэтому задержана экраном. Чем больше будет интенсивность ультразвука, тем больше лучей минует экран. Интенсивность ультразвука в свою очередь зависит от электрического напряжения, которое подводится к пьезоэлектрическому излучателю. Изменяя электрическое напряжение, можно менять интенсивность ультразвуковых колебаний и, следовательно, модулировать яркость освещения за экраном.

Недавно модулирование света с помощью ультразвука использовали в сигнализаторе для передачи секретных донесений. Изменения силы света, вызываемые ультразвуковыми колебаниями, посылались наблюдателю, вооруженному телескопом. В телескопе световые лучи падали на фотоэлемент, превращавший их в электрический ток. Чем больше была сила света, тем сильнее был ток. Изменения в силе тока позволяли расшифровать принятый сигнал. Днем сигналы можно было передавать километра на три, а ночью — почти на пять.

С помощью ультразвука можно получить очень мощный луч света переменной силы, изменяющийся почти с любой частотой.

Заставив такой луч бежать по экрану, прочерчивая строку за строкой, можно получить телевизионное изображение.

Видимые изображения отраженных от препятствия и прошедших через него ультразвуковых волн позволяют по их интенсивности сделать заключение о поглощении звука разными материалами.

Как показал опыт, изучение различных волновых процессов на моделях позволяет детально разобраться в происходящих при этом явлениях.

Фотографируя наблюдаемую картину и рассматривая полученные фотографии, мы ясно различаем идущую от источника волну, ее встречу с препятствием, возникновение отраженной волны, взаимодействие последней с падающей волной и т. д. Эти особенности ультразвука имеют большое значение для преподавания физики в школе. Таким способом можно показать учащимся законы распространения звуковых и ультразвуковых волн, сделать преподавание более наглядным и убедительным. Добиться этого, не прибегая к неслышимым звукам, трудно, а иногда и вообще невозможно.

Сами того не подозревая, мы в повседневной жизни постоянно сталкиваемся с неслышимыми звуками.

Сконструировав чувствительные приемники ультразвука, ученые обнаружили, что даже привычные для нас звуки, как, например, телефонный звонок, тикание часов, шум самолета, содержат наряду с обычными слышимыми звуками также и неслышимые ультразвуки.

Расположив в лесу специальные приборы, исследователи обнаружили, что погруженный в ночную тишину как бы уснувший лес в действительности наполнен не воспринимаемыми человеческим ухом писком и криками его многочисленных обитателей.

Хорошо воспринимают, «слышат» ультразвуки некоторые домашние животные.

Ультразвуки не очень большой частоты «слышат» кошки. На самых различных языках кошек подзывают своеобразным сочетанием звуков — «кс, кс». Как оказалось, это сочетание содержит не только воспринимаемые ухом колебания, но и ультразвуки.

Недавно удалось обнаружить, что белые мыши также издают ультразвуковые сигналы, не слышимые человеческим ухом. Предполагают, что этот неслышимый писк мыши используют для общения между собой.

Чувствительны к ультразвукам некоторые виды птиц. Было даже предложено использовать ультразвуковые установки для отпугивания чаек, загрязняющих водоемы с пресной водой.

Особенно обстоятельно изучена роль ультразвуков в жизни летучих мышей. Летучие мыши обладают очень плохим зрением, но это не мешает им прекрасно ориентироваться и без промаха ловить на лету мелких насекомых, которыми они питаются.

Можно было предположить, что при поисках пищи мыши руководствуются не зрением, а прекрасно развитым слухом, однако оставалось совершенно непонятным, каким образом летучая мышь обнаруживает в темноте даже такие небольшие препятствия, как тонкие ветки деревьев или телеграфные провода, расположенные на ее пути.

Еще двести пятьдесят лет назад итальянский ученый Спалланцани впервые внимательно изучил эти особенности летучих мышей. Стремясь выяснить, какой именно из органов чувств помогает летучей мыши находить направление в полете, он поочередно лишал ее зрения, вкуса, обоняния и осязания. Оказалось, что слепая мышь так же хорошо летает, как и зрячая. Лишение ее обоняния, вкуса и осязания тоже ничего не изменило. Оставалось предположить, что мышь ориентируется по слуху. И действительно, достаточно было заткнуть ей уши, чтобы мышь начала беспомощно метаться из стороны в сторону, натыкаясь на различные предметы.

Эти опыты наглядно показали, что из всех органов чувств именно слух дает возможность мыши определять путь своего полета. Но ведь правильно ориентироваться с помощью слышимых звуков, распространяющихся сразу во всех направлениях, нельзя! Так эта загадка летучих мышей и оставалась неразрешенной до наших дней.

Когда была установлена способность неслышимых звуков распространяться узким лучиком, позволяющим обнаруживать предметы на его пути, у ученых возникла мысль: не ультразвук ли заменяет летучей мыши зрение?

С помощью специальных пьезоэлектрических приемников удалось доказать, что летучая мышь во время полета издает через определенные промежутки времени короткие ультразвуковые сигналы. Эти сигналы удалось даже записать на пленку. Остроумными опытами ученые убедились и в том, что летучая мышь слышит издаваемые ею ультразвуки.