Юный техник, 2003 № 07 - [9]

С ПОЛКИ АРХИВАРИУСА Как ловили звук?

Во время Первой мировой войны Лондон по ночам бомбили немецкие дирижабли. Казалось бы, достаточно осветить дирижабль прожектором, и можно уничтожить его огнем зенитных орудий. Но поди-ка найди его в небе! Тогда на помощь привлекли… слепых. Англичане сажали слепого слухача в поворотное кресло, и тот с точность до 3° указывал, куда следует направить луч прожектора, пользуясь своим острым слухом. Но когда тактику ночных налетов стали применять самолеты, для борьбы с ними людей, имеющих остро развитый слух, уже не хватало.

Приложите обычную воронку тонким концом к уху, и вы почувствуете, как она собирает звуки, идущие по направлению оси. На этом принципе и был создан некогда специальный прибор — звукоуловитель (рис. 1).

Рис. 1

Он имел две пары рупоров, улавливавших звуки. Каждая пара при помощи резинового шланга соединялась с ушами одного из слухачей. Одна пара предназначалась для определения высоты самолета, другая — для определения направления на него. Один слухач вращал систему рупоров в вертикальной плоскости, другой — в горизонтальной.

На рисунке вы видите провод, идущий от звукоуловителя. По нему каждый поворот рупора в виде электрического сигнала поступал к посту управления. От него после внесения поправок такой же сигнал шел к прожектору. В этой системе, относящейся к началу 20-х годов, обработка сигналов и наведение прожектора производились вручную. Занято в ней было девять человек, а вся задача сводилась к наведению прожектора.

В начале 30-х годов прошлого века появилась система Герца (рис. 2), которая действовала почти без участия человека и к тому же наводила на звук пушку, а то и целую батарею орудий (рис. 3).

Рис. 2

Рис. 3

Она была основана на электронике. Звук принимал чувствительный микрофон с ламповым усилителем. Рупор огромных размеров здесь был уже не нужен, звук собирался небольшим вогнутым зеркалом, в фокусе которого находился микрофон. Сигналы микрофонов поступали на вход следящей системы, которая при помощи электромоторов поворачивала их так, чтобы громкость звуков, поступающих к каждому из них, была максимальна. На осях вращения микрофонов установлены были переменные сопротивления. На посту управления их величина автоматически измерялась, а она пропорциональна углу поворота оси. Таким образом, без участия человека производилось слежение за самолетом противника и определение его координат.

Хотя рекордные самолеты в те времена достигли скорости 500 км/ч, в целом авиация была очень несовершенна. Основная масса самолетов летала со скоростью 150–200 км/ч, при которой почти не происходит образования вихрей и сопротивление воздуха минимально. С такими скоростями бомбардировщики и шли к целям, а уже над ними километров на 50 — 100 летчики увеличивали ее, чтобы уйти от истребителей и огня зенитных орудий.

При таких скоростях самолета удавалось навести на него орудие по звуку. Правда, это было непросто. Дело в том, что звук распространяется не строго прямолинейно. На кривизну звуковой волны влияет изменение плотности воздуха, а значит, и высота полета. Кроме того, на распространение звука влияет изменение температуры. От этого он может подняться вверх и, пройдя сотню километров, вернуться на землю. (В конце лета, при резкой смене температуры, иногда можно при пасмурной погоде слышать шум самолетов. Это звуки далекого аэродрома.) Оператору звукоуловителя системы Герца приходилось разбираться во всех этих тонкостях. Точное наведение прожекторов и орудий производило электромеханическое вычислительное устройство. Однако с ростом скорости и высотности самолетов дальность и точность их обнаружения по звуку резко уменьшилась.

Тогда на смену звукоуловителям для борьбы с самолетами пришли радиолокаторы.

Но звукоуловители применяются и сегодня. Стоят они на каждой подводной лодке, а свою историю ведут с той же Первой мировой войны, когда появились подводные лодки и возникла задача обнаруживать их под водой. На рисунке 4 вы видите простейший гидрофон-радиопеленгатор с двумя приемниками. Действует он так же, как и простейший звукоуловитель. Только скорость звука под водой 1400 м/с. Это означает, что длина его волны в воде почти в пять раз больше, чем на воздухе. Поэтому расстояние между приемниками гидрофона всегда оказывалось больше длины звуковой волны, от чего точность определения направления на источник звука не превышала 12–15 градусов.

Рис. 4

Гидрофоны оказались полезны на подводных лодках, для того чтобы, всплывая с больших глубин, не нарваться на корабль противника. Когда-то гидрофоны на них имели форму прибора с рожками, но сегодня стали совсем иными.

В носовой части современной подводной лодки виден большой темный наплыв. Это слой хорошо проводящего звук вещества, под которым находятся микрофоны и пьезоэлектрические звукоизлучатели.

(О звукоизлучателях мы поговорим подробнее в одном из следующих номеров.)

Представим, что лодка плывет на большой глубине, а где-то далеко впереди нее имеется источник звука. Каждый микрофон будет реагировать на него токами одинаковой силы. А вот фазы этих токов будут разные. Сравнивая их между собой, можно вычислить направление на источник звука. Разумеется, делает это сегодня компьютер. Однако в море всегда очень много разнообразных источников звука: различные суда, киты, стаи рыб, звуки которых слышны за километры. Для каждого из этих источников компьютер выдает точные координаты. Если бы он их дал командиру подводной лодки в виде голых цифр, тот просто бы сошел с ума от их обилия. Поэтому информация выдается на экране дисплея в форме звуковой картины подводного мира. По характерным «мазкам» на ней командир легко отличает поющего кита от противолодочного корабля…