Ночью далёкие поезда, автомобили, голоса и другие звуки иногда слышны лучше из-за изменения температуры воздуха с высотой. Земля после заката охлаждается, вместе с ней остывает нижний слой воздуха, а выше может сохраняться более тёплый воздух. В такой температурной инверсии звуковые волны изгибаются обратно к поверхности и достигают мест, которые днём находились бы в акустической тени. Дополнительно ночью обычно уменьшается фоновый шум.
Почему звук меняет направление
Звук распространяется в воздухе как чередование небольших изменений давления. Основы появления и передачи таких колебаний рассматривает акустика.
Скорость звука зависит от температуры воздуха. В тёплом воздухе она выше, в холодном – ниже. Если на разной высоте температура неодинакова, разные части звуковой волны движутся с разной скоростью. Из-за этого направление распространения постепенно меняется. Такое искривление называют рефракцией звука.
Звуковая волна изгибается в сторону слоя, где скорость звука меньше. Этот процесс не создаёт дополнительную энергию. Он только перераспределяет уже существующую энергию звуковых колебаний, направляя больше её к земле или, наоборот, уводя вверх.
Что происходит днём
В солнечный день поверхность земли нагревается быстрее воздуха. Самый тёплый слой находится возле почвы или асфальта, а выше воздух обычно холоднее. Поэтому скорость звука у земли оказывается выше, чем на некоторой высоте.
Верхняя часть волны движется медленнее нижней, и траектория звука постепенно изгибается вверх. За определённым расстоянием от источника возле земли может возникнуть область ослабленной слышимости. Её называют акустической тенью.
Это не означает, что звук полностью исчезает. Волны рассеиваются на неоднородностях воздуха, отражаются от зданий и рельефа, а ветер постоянно меняет условия. Но при прочих равных прямой путь звука к удалённому слушателю днём может быть менее благоприятным.
Почему ночью волна возвращается к земле
После захода Солнца поверхность начинает отдавать накопленное тепло. При ясном небе и слабом ветре она остывает особенно быстро. Воздух непосредственно над землёй тоже становится холоднее, тогда как слой выше может оставаться сравнительно тёплым.
Возникает температурная инверсия: вместо обычного понижения температуры с высотой она некоторое время повышается. Скорость звука при этом возрастает вверх. Верхняя часть звуковой волны движется быстрее нижней, и волна изгибается вниз, к поверхности.
Благодаря такой рефракции звук от железной дороги, шоссе, промышленного объекта или далёких голосов может достигнуть наблюдателя на большем расстоянии. Иногда появляются чередующиеся зоны хорошей и слабой слышимости, поскольку путь волн зависит от температурного профиля, высоты источника, рельефа и отражения от земли.
Похожие ночные условия способствуют скоплению холодного воздуха в низинах и помогают понять, почему там возникает туман.
Почему ночью кажется ещё тише
Рефракция – не единственная причина. Ночью обычно сокращается дорожное движение, останавливается часть техники, становится меньше разговоров и других близких источников шума. На более тихом фоне далёкий звук легче заметить.
Кроме того, вечером и ночью ветер возле поверхности часто слабеет, а атмосферная турбулентность уменьшается. Днём нагретый воздух активно перемешивается, создавая неоднородности, которые рассеивают и колеблют звуковые волны. В устойчивом ночном слое их распространение бывает более предсказуемым.
Спокойная ясная погода часто связана с антициклоном. Именно при слабом ветре и быстром ночном охлаждении поверхности приземная инверсия развивается легче.
Как на слышимость влияет ветер
Скорость ветра обычно увеличивается с высотой. В направлении ветра верхняя часть звуковой волны получает большую добавочную скорость, поэтому траектория может изгибаться вниз. Далёкий источник с подветренной стороны тогда слышен лучше.
Против ветра происходит обратное: волна чаще изгибается вверх, и возле земли возникает область ослабленной слышимости. Поэтому один и тот же поезд или завод может быть хорошо слышен в одном районе и почти не слышен в другом.
Говорить, что ветер просто «приносит звук», не совсем точно. Главную роль играет различие эффективной скорости распространения на разных высотах, которое искривляет путь волны.
Всегда ли ночью звук распространяется дальше
Нет. Для выраженного эффекта нужны подходящие условия. Облачность уменьшает ночное охлаждение земли, а сильный ветер перемешивает слои воздуха и разрушает приземную инверсию. Дождь, снег, растительность, здания и неровности рельефа тоже меняют распространение звука.
Высокие и низкие частоты ослабевают по-разному. Низкочастотный гул двигателя или поезда обычно преодолевает большие расстояния лучше, чем тонкие высокочастотные звуки. Поэтому ночью можно услышать далёкий гул, но не разобрать отдельные слова.
Выражение «звуковой мираж» описывает необычную слышимость реального удалённого источника. Это не галлюцинация и не буквальное отражение от твёрдой стены в небе. Звук постепенно преломляется в слоях воздуха с разной температурой и скоростью ветра.
---
Ночная атмосфера не усиливает далёкий звук из ничего. При температурной инверсии она изгибает часть звуковых волн обратно к земле, а снижение фонового шума делает их заметнее. Поэтому при ясной тихой погоде источник, который днём почти не слышен, ночью может показаться неожиданно близким.
