ми. Особенно интересная гидроакустическая поисковая
техника  на  "Инрыбпроме-75"   демонстрировалась  в  советском,  японском  и
немецком   разделах  выставки.  Современный  рыбопоисковый  гидролокационный
комплекс следит  за косяком  рыбы от момента первичного  его  обнаружения до
момента попадания в трал.  Если рыбное скопление  изменило, скажем,  глубину
своего  движения,  соответствующее  устройство меняет  и  глубину  опускания
трала, его раскрытие.  Интегрирующие приборы позволяют определить  суммарный
объем  встречного   рыбного  скопления  и   прогнозировать,  таким  образом,
целесообразность его отлова.
     Из  многообразных  областей  применения  гидроакустических  средств при
освоении  богатств  Мирового  океана отметим  лишь  одну, связанную  с бурно
развивающейся добычей нефти со дна. Совсем недавно бурение дна в нефтеносных
районах  велось лишь  в  пределах  океанского  шельфа,  т.е.  на глубинах  в
несколько сот  метров. Первенцем подводного бурения дна в открытом море было
судно "Гломар Челленджер"; сейчас таких судов насчитываются десятки.
     По крайней мере две проблемы при  подводном бурении решаются с  помощью
гидроакустики.  Первая   --  удержание  дрейфующего  судна   над  скважиной.
Гидроакустические излучатели-маркеры, расположенные  на  дне около скважины,
непрерывно посылают  вверх  звуковые импульсы. По  этим  сигналам  на  судне
определяют,   в  какую  сторону   его  сносит   относительно   скважины,   и
соответственно приводят в действие те или иные подруливающие устройства.
     Вторая задача посложнее. Допустим, необходимо сменить затупившийся бур.
Бурильную  колонку  с  новым буром  опускают ко дну.  Но  подводные  течения
относят эту гибкую и длинную колонку  в сторону, как относит ветер паутинную
нить  с  висящим над ней  пауком.  Приводится  в  действие  гидролокационное
устройство, находящееся на конце колонки.  На дальних расстояниях  от донной
скважины   излучаемые  устройством   импульсы   имеют  относительно  большую
продолжительность.   Это  режим  поиска.  Нащупав  по  отраженному   сигналу
скважину, конец колонки начинает приближаться к ней. Наступает режим точного
наведения.  Импульсы  учащаются,  становятся  короче.  В  момент  подхода  к
скважине  срабатывает  соответствующее устройство,  и колонка  погружается в
скважину.
     Освоение океана  немыслимо  без  глубоководных аппаратов,  которых  уже
теперь насчитывается  великое  множество.  Связываются  они между  собой и с
обеспечивающими  надводными судами  с помощью  гидроакустического  телефона,
определяют рельеф дна и  его глубинную структуру  с помощью гидролокационных
"щупалец".
     Больше  всего при освоении Мирового океана ученых  беспокоит сохранение
его  биосферы.  Великий  акванавт  нашего  времени  Жак-Ив  Кусто  обратил к
человечеству такие слова: "Море сохранит свои богатства только в том случае,
если   будут   соблюдены  биологические   законы...  Пора   положить  предел
романтической эпохе "тайн моря". Тайн моря нет, остались  насущные проблемы,
которые   следует  разрешить.  Мы   на  пороге  новой  эры,  эры  поисков  и
исследований!"
     Гидроакустические  методы  и  приборы  займут  в этих поисках достойное
место.

ЗВУКИ В КОСМОСЕ?
     Мы услышим полет всех планет..
     А.Блок
     --  Акустика в космосе? Это что-то новое,  -- скажет, возможно, иной...
акустик,  иронически  улыбаясь,  --  ведь  в космосе нет  достаточно плотной
газовой среды, в которой могут распространяться упругие колебания.
     Однако начнем с сигналов из ближнего космоса. Загадочные звуки полярных
свечений... Связаны  они с перемещениями областей ионизированного  газа,  но
точный механизм их возникновения до сих пор не раскрыт. Иногда они похожи на
ударные  звуковые волны от сверхзвуковых самолетов. Наблюдались многократные
отражения этих  звуков  от  поверхности Земли и  от неоднородностей  верхних
слоев атмосферы.
     Искусственные  спутники  и  ракеты.  Это  уже  настоящий  космос.   При
прохождении  ракеты "Аполлон"  над  Бермудскими островами на солидной высоте
188   километров,  где,   казалось  бы,  плотность  атмосферы   ничтожна  (в
109  раз   меньше,   чем   у   поверхности  Земли),  неоднократно
регистрировались  на  островах  низкочастотные  сигналы,  также  похожие  на
звуковые удары самолетов.
     А что  внутри ракет,  космических кораблей?  Космонавт А. Николаев  при
полете  на одном из  "Союзов" так описывал свои  "акустические" впечатления:
"При спуске вначале был  слышен небольшой шум, свист высокого тона. Этот тон
постепенно нарастал и превратился  в гул  работающего реактивного двигателя,
затем  он  перешел как бы  на  форсажный  режим  работы двигателя самолета с
сильным рокотом" ..
     Как видно, в космических устройствах  могут встречаться вполне "земные"
ощущения.  Эта  близость  к  земным  ощущениям еще усилится  при  длительных
полетах.  Будет  надоедать  космонавтам  постоянный  шум  двигателей, работа
которых  необходима  для  жизнеобеспечения  обитателей  ракет  и  выполнения
научных и  иных операций. Потребуются разнообразные средства борьбы с шумами
и  вибрациями.  Те  же  вибрация  и шум,  которые  сейчас  используются  для
диагностики    и    дефектации    механизмов,    определения   степени    их
работоспособности   и   надежности,  будут   сигнализировать   о   случайных
неисправностях в орбитальных лабораториях, например при стыковке космических
кораблей.
     На  космических снарядах, в условиях невесомости, будут,  как известно,
получать новые  диковинные сплавы и материалы. Возможно,  на помощь придет и
ультразвук,  смешивающий,  раздробляющий  малые  частицы жидких  материалов.
Одним   словом,  земная   акустика   будет  все  больше  заявлять   о   себе
космоплавателям. Как  не  заявить,  если  уже  сейчас  в  некоторых  странах
разрабатываются проекты лунных городков на сотни и тысячи человек.
     Прибор, установленный на поверхности Луны, передает по  радио на  Землю
сведения о затухании звука в лунных породах.
     А что делается снаружи космического корабля, непосредственно вблизи его
борта?  Уже  сейчас  здесь  действует  акустика,  работает структурный звук.
Выставленная  за  борт  металлическая мембрана воспринимает  удары несущихся
навстречу  микрометеоритов,  кусочков  космического  вещества.  Каждый  удар
частицы о мембрану  возбуждает  ее  колебания, данные  о которых  с  помощью
индукционного  или  иного  датчика   поступают  внутрь  корабля  на  счетную
электронную схему либо передаются  радиоустройством на Землю. Этим  способом
канадские ученые  оценили значения микрометеоритной активности в функции  от
высоты ракеты над Землей.
     Луна, планеты солнечной системы и  их естественные  спутники. Здесь  --
раздолье для акустиков-геофизиков, а на тех планетах, где есть атмосфера, --
и   для   атмосферных   акустиков.   Установленное  на  Луне   американскими
астронавтами  устройство  позволило сделать  интереснейшее  открытие:  время
реверберации (послезвучания) колебаний в породах лунного грунта приближается
к  минуте. Луна звучит,  как церковный колокол! Пока  еще не дано объяснения
этому явлению.
     Была измерена  и  скорость  распространения  звука  в  лунных  породах.
Когда-то  великий насмешник, мастер парадоксов и иронических сентенций Эразм
Роттердамский  писал, что "...луна  состоит  из заплесневелого  сыра..." Два
европейских геофизика  не пожалели времени на то,  чтобы  измерить  скорость
продольных волн  в ... сырах из  Италии, Швейцарии, США, Норвегии. Возможно,
как о курьезе, они сообщили, что скорость звуковых волн в этих сырах (от 1,6
до  2,1  километра  в  секунду)   соответствует   нижнему  пределу  скорости
распространения звука в лунных породах.
     Несомненно,   уже  в   ближайшее   время   будут  досконально   изучены
акустические свойства  пород  на поверхности Венеры и Марса.  А в  атмосфере
Венеры  с ее  чудовищной плотностью возможно существование  звуков  огромной
интенсивности.
     Плазма  -- одно из состояний упругого вещества. Уже производились опыты
по  возбуждению   механических  звуковых  колебаний   в   плазменных  шнурах
установок, в которых имеются условия для возникновения термоядерной реакции.
Поэтому  когда при исследовании  пятен  на  Солнце были обнаружены колебания
низкой  частоты  с длиной  волны  порядка  2500  километров  и на  основании
некоторых данных было высказано предположение, что эти волны имеют звуковое,
а не  магнитное происхождение,  то эта  версия не  встретила у ученых особых
возражений.
     Как  видим,  в  акустических  проблемах  в  космосе  уже   сегодня  нет
недостатка. Первую страницу космической  акустики можно считать открытой. Но
пытливый ум  исследователей углубляется в совсем  уже не изведанные просторы
мироздания. Один японский журнал в 1973--1974 годах  опубликовал цикл статей
о генерации  звука  ни  много ни  мало  как  в  первичной  турбулентности...
расширяющейся Вселенной; едва ли кто-нибудь задумывался раньше о возможности
сочетания акустики и космогонии.

ЗВУКОВАЯ ЭНЕРГИЯ УШЛА,
     А ГРОМКОСТЬ ЗВУКА ВОЗРОСЛА??
     По-видимому, отзвук (эхо)  существует  всегда,  но не  всегда отчетливо
выражен
     Аристотель. О душе
     Говоря  об  удивительном  в   мире  звука,  нельзя   обойти   вниманием
своеобразные, кажущиеся на первый взгляд парадоксальными явления на границах
сред с сильно разнящимися акустическими сопротивлениями.
     Хотя мы не  хотели бы докучать  читателю формулами,  но  без нескольких
простейших  определений основных акустических  величин  все же  не обойтись.
Когда волна продольная, то есть направление колебаний частиц среды совпадает
с  направлением распространения волны, то  переменное (звуковое)  давление в
ней р связано с колебательной скоростью частиц v выражением
     р = Zv,
     где коэффициент  пропорциональности Z представляет  собой  акустическое
сопротивление  среды,  равное   произведению  плотности  среды  на  скорость
распространения  звука в  ней (не  путать со значительно меньшей по величине
v!). Электроакустики склонны именовать приведенное  выражение  "акустическим
законом Ома",  хотя оно появилось раньше работ Ома. "Удобнее запоминать", --
утверждают они. Может быть, это и справедливо для  современного  общества, в
которое электротехника внедрилась весьма широко.
     Вторая формула относится  к определению  интенсивности или,  что то же,
силы звука,  представляющей  собой  поток  звуковой  энергии  через  единицу
площади фронта волны в единицу времени:
     J=0,5p2/Z=0,5v2Z
     Вооруженные  этими  двумя  начальными   буквами   акустической  азбуки,
приступим  к  интересующему нас  вопросу о явлениях  на границах разнородных
сред.
     Пусть звук произвольной частоты  падает  по  нормали из  среды с  малым
акустическим сопротивлением (например, воздушной) на границу среды с большим
акустическим  сопротивлением (вода,  кирпичная  кладка и  т.  п.).  Одним из
интересных,  хотя, быть может,  еще и не  поражающих нас феноменов, является
то, что в эту вторую  среду передается переменное (звуковое) давление, почти
вдвое превышающее звуковое давление в первой среде.
     Несложный  физико-математический  вывод подтвердил  бы  это.  Но,  быть
может, читателя убедит совсем уж простая демонстрация (имеющая,  согласимся,
скорее мнемонический,  чем физический характер). Демонстратор, которым может
быть всякий лектор, обходится самыми что ни на есть элементарными средствами
(их  можно  было  бы  назвать  подручными,  если  бы  вместо  рук  здесь  не
фигурировали ноги). Человек,  на  время  перевоплотившийся  в звуковую волну
(почему  бы  и  не  вообразить  такое?),  быстро приближается  в  комнате  к
капитальной  стене.  У нее он  мгновенно  поворачивается  кругом,  изображая
теперь уже  отраженную  волну.  Но  чтобы не  удариться  о стену  какой-либо
чувствительной  частью тела, он  упирается  в нее подошвой  ноги. Ясно,  что
материал  стены испытывает при этом  довольно значительный импульс давления,
которое распространяется с определенной скоростью от места возмущения.
     Акустическое  сопротивление  воды  приблизительно  в  3600  раз  больше
акустического  сопротивления  воздуха. И  здесь  следует ожидать  увеличения
звукового  давления  по  сравнению с  давлением в  воздушной  среде.  М.  А.
Исакович  в своем курсе акустики указывает на  температурные и иные явления,
препятствующие удвоению давления  во второй среде. То  или  иное  увеличение
звукового давления все же наблюдается экспериментально.
     Но  раз  возросло  давление,  то  увеличилась  и громкость  звука,  ибо
слуховые аппараты  большинства  живых существ  реагируют  именно на величину
звукового давления, а, например,  не звуковой  энергии.  Таким образом,  дан
ответ на одну из частей  заголовка  главы, хотя можно признать, пожалуй, что
ничего особенно удивительного мы пока еще не узрели.
     Это удивительное усматривается из  сопоставления полученного результата
с  величиной   звуковой  энергии,  прошедшей  во  вторую  среду.  Вторая  из
приведенных выше  формул сразу дает нужный  ответ. Пусть  звуковое  давление
увеличится даже  в 2  раза, тогда числитель в выражении  интенсивности звука
возрастет в 4 раза.  Но ввиду того что знаменатель одновременно уменьшится в
тысячи раз, звуковая энергия во второй среде будет ничтожной. Так, в воду из
воздуха  проходит  лишь  малая  доля  процента  энергии  падающей волны,  а,
например, в скалу,  в бетонный массив --  и того  меньше. Звуковая  энергия,
таким образом, почти полностью отражается от границы раздела среды с большим
акустическим сопротивлением.
     Может возникнуть вопрос, почему ныряльщиков не оглушают крики с берега?
Их спасают от звуковой перегрузки изолирующие звук воздушные пробки,  всегда
остающиеся  в  слуховом проходе погруженного в воду человека. Да  и рыбы, не
имеющие  подобных  звукоизоляторов,  воспринимают  отчетливо  лишь  звуки  в
пределах достаточно узкого конуса.  При  угле падения более  13°  происходит
полное отражение звука от поверхности воды.
     Рассмотрим  еще,  хотя  бы  для  контраста,  что  делается  на  границе
рассматриваемой  среды  с  другим  параметром  колебательного  процесса   --
колебательной скоростью частиц.  На  это даст  ответ  средняя  часть  второй
формулы. Поскольку в  среду  передалась ничтожная часть звуковой  энергии, а
акустическое сопротивление  среды весьма велико,  это  может  быть  лишь при
ничтожной  колебательной  скорости, значение которой в правой части  формулы
входит множителем в выражение акустического сопротивления.
     И здесь  можно провести аналогию с  мечущимся по комнате лектором.  При
всем  желании он  не  в  состоянии раскачать ногой кирпичную стену,  то есть
колебательная скорость во второй среде близка к нулю.
     У любознательного читателя мог бы возникнуть еще  вопрос:  а  что будет
наблюдаться  при  обратном  переходе  звука  -- из  среды  с весьма  большим
акустическим сопротивлением в среду с малым акустическим сопротивлением?
     На  границе  среды  с  большим   акустическим  сопротивлением  звуковое
давление  почти  удваивается  (хотя в  нее  переходит  лишь  ничтожная часть
звуковой энергии). Кричать над поверхностью  воды -- верный способ распугать
рыб, слуховой аппарат которых, как и у  большинства живых существ, реагирует
на величину звукового давления.
     Можно  показать, что  и в  этом  случае перейдет  лишь ничтожная  часть
звуковой энергии, но здесь  уже колебательная скорость во второй среде будет
близка  к удвоенному значению,  а звуковое давление в ней близко к нулю. Вот
почему  до нас  не доносится  в воздухе звук от удара одного  камня о другой
(хотя  ныряльщик,  проделывающий  это, сам слышит довольно  интенсивный шум,
несмотря даже на изолирующие воздушные пробки в ушах),
     А  что  же наш демонстратор, может  ли он предложить  для этого  случая
какую-либо "мнемоническую модель"?  Если  он прикрепит вертикально к  ножкам
стола лист плотной  бумаги (которая в данном случае будет  изображать первую
среду  --  с  большим  акустическим сопротивлением)  и его нога, по-прежнему
представляющая звуковую волну, прорвет этот лист, то ясно, что скорость ноги
в момент прорыва возрастет, но  поскольку за листом нога встречает воздушную
среду,   не  оказывающую  никакого  сопротивления,  то  нет  и  условий  для
возникновения давления в этой среде.
     Вот  какие метаморфозы звуковой волны  возможны на границах разнородных
сред.
     КОГДА РЕЗОНАТОР УСИЛИВАЕТ
     И КОГДА ОСЛАБЛЯЕТ ЗВУК
     Резонанс --  резкое возрастание  амплитуд... колебаний, наступающее при
приближении частоты... внешнего воздействия к частоте  одного из  нормальных
колебаний, свойственных данной колебательной системе.
     Физический словарь
     Некто смотрел из укрытия, как два льва вцепились в тело  друг друга. На
момент  он отвернулся  и когда  вновь взглянул на  место боя, то увидел, что
противники исчезли: они съели друг друга. На земле виднелись лишь оставшиеся
от них хвосты...
     Из современной сказки
     Кому  не известно,  что такое резонанс? "Резонанс  -- это  когда сильно
мотает",--  сказал  один  студент,  не  подозревая,  впрочем,  что  излагает
житейским  языком определение  физического  словаря.  Интеллигент с  большим
читательским  стажем  уже  приведет  пример  вредных последствий  резонанса:
"Знаете,  почему  разрушился  Египетский  мост  в  Петербурге?  Потому,  что
воинская часть, проходившая по нему,  не сменила команды "в ногу". Произошла
усиленная вибрация, и вот..."
     Мы,  в  свою  очередь,  приведем  еще   один,  менее  известный  пример
последствий  резонанса.  2  марта  1905  года  утром  в  день  предстоявшего
заседания  II  Государственной  думы  обвалился  потолок   в  главном   зале
Таврического дворца.  Причина  --  работа  небольшого электровентилятора  на
чердаке, включенного для проветривания зала перед заседанием Думы,
     Александр   Грин,   которого   знают   как   автора   романтических   и
приключенческих  повествований, был не  чужд и жанру сатиры. Через несколько
дней  после  описанного  события в одной  из  столичных газет  появилась его
"Элегия",  написанная  в  манере стихотворения  Лермонтова "Когда  волнуется
желтеющая нива". Сатира Грина начиналась так:
     Когда волнуется краснеющая Дума
     И потолок трещит при звуке ветерка...
     Концовка тоже созвучна лермонтовским строкам:
     ...Тогда смиряется души моей тревога;
     И затаив мечты о воле и земле,
     И истребив морщины на челе,
     Сквозь потолок я вижу бога! ...
     Это  едва  ли  не  единственная  стихотворная  ода  резонансу,  хотя  и
порожденная главным образом политическими причинами.
     Но почему  же  все-таки  мост не  обрушивается и  потолок  не  трещит в
отсутствие резонанса?  В простейшей упругоинерционной  системе выше или ниже
частоты  резонанса   сопротивления  колебательному  движению   упругого  или
соответственно инерционного  элемента  достаточно  велики.  Лишь на  частоте
резонанса  эти  взаимно  противодействующие сопротивления  таинственным  для
непосвященного образом  "съедают"  друг друга (совсем как сказочные  львы  в
эпиграфе), и остается лишь "хвостик" -- сопротивление трения, которое всегда
меньше  сопротивления   упругости   и  массы.  Амплитуда  колебаний  системы
увеличивается во много раз, что и может привести к печальным последствиям.
     О  явлениях  резонанса в  механических  системах  уже говорилось  выше.
Перейдем  к  устройству,  в  котором  осуществляется  резонанс  акустических
элементов.  Это простейший резонатор Гельмгольца -- сосуд,  подобный  колбе.
Воздушная  пробка  в  горле  сосуда  является  акустическим элементом массы,
внутренняя  полость  резонатора  --   элементом   упругости.  При  резонансе
увеличиваются  колебания  воздушной   пробки,   в  такт   этому   возрастает
колебательное  давление во внутренней  полости  резонато