§ 53. Бинауральный эффект. Звукопеленгация

Мы вновь вернемся теперь к бегущим волнам, распространяющимся в воздухе, и познакомимся в этом параграфе с некоторыми явлениями, зависящими от расположения источника этих волн.

Если источник звука находится прямо перед наблюдателем или позади него, то каждое уплотнение или разрежение воздуха в звуковой волне достигает обоих ушей одновременно (рис. 112, а). Следовательно, колебания давления воздуха в обоих ушах происходят в этом случае в одинаковой фазе. Если же источник смещен вправо (или влево), то волны достигают сначала правого (левого) уха (рис. 112, б), и колебания давления воздуха в обоих ушах сдвигаются по фазе.

Рис. 112. Разность фаз колебаний в ушах зависит от направления прихода волны

Интенсивность звука  при этом практически одинакова в обоих ушах, так как разница их расстояний до источника слишком незначительна, а размеры головы не настолько велики, чтобы она создавала заметную «звуковую тень». Другими словами, звуковые волны, если не говорить об очень высоких частотах, хорошо огибают голову (дифракция). Таким образом, различие колебаний в обоих ушах сводится в основном к разности фаз между ними.

Оказывается, что именно благодаря сдвигу фаз колебаний в обоих ушах мы получаем ощущение направления на источник звука. Явление это называется бинауральным эффектом.

Если на уши наблюдателя надеть телефонные наушники, дать в оба телефона один и тот же тон звуковой частоты, но искусственно менять сдвиг фаз между колебаниями правого и левого телефонов (это легко сделать электрическими способами), то наблюдателю будет казаться, что меняется направление на источник звука. При непрерывном изменении сдвига фаз в одну сторону наблюдателю будет казаться, что источник звука движется вокруг него.

Бинауральный эффект играет большую роль не только в повседневной жизни (мы поворачиваем голову «на звук», ориентируемся по слуху и т. п.), но и используется специально для так называемой звукопеленгации — определения направления на источник звука (самолет, артиллерийскую батарею и т. д.). Еще во время Великой Отечественной войны специально тренированные «слухачи» улавливали с помощью больших рупоров — звукоулавливателей — интересовавшие их звуки (рис. 113) и определяли направление на источник этих звуков.

Рис. 113. Звукоулавливающая установка

Рупоры служат не только для усиления звука. Направление на источник определяется благодаря разности фаз колебаний в обоих ушах. При наличии же рупоров эта разность фаз будет равна разности фаз на отверстиях рупоров. Так как расстояние между этими отверстиями гораздо больше, чем между ушами, то всякое отклонение рупоров от направления на источник даст соответственно большую разность фаз, чем поворот головы на такой же угол. Таким образом, благодаря рупорам и пеленгация получается более точной.