כשאנו צועקים למול ההרים הגבוהים, קירות ההרים מחזירים את הקול אלינו. לכן אנחנו שומעים אותו שוב, כאילו הוא צועק אלינו מרחוק. אם למולם יש גם קירות - הקול יחזור שוב ושוב, מה שנקרא ״הדהוד״.

גם כשאנו צועקים לתוך מנהרה, הקול שלנו יהדהד. זה קורה משום שהקירות מחזירים שוב ושוב את הקולות, עד שהם נחלשים. כל קיר מחזיר את הקול לקיר שממולו וכך חוזר הקול שוב ושוב, עד שהוא נחלש ונגמר.


הנה הד בהרי הרוקי בארה"ב:

http://youtu.be/VKedFEs38lM


הנה הדהוד של מנהרה:

http://youtu.be/XSkZAvGWsmM


ועוד מנהרה מהדהדת:

http://youtu.be/U_y48Vmz5J4

הביטו במראה וראו את בבואתכם, הדמות שלכם המשתקפת בה. הדמות משתקפת בזכות קרני האור שהמראה מחזירה. בדיוק כך מחזירים קירות גדולים או שטוחים את הקולות והרעשים שאנו משמיעים. זה נקרא הד (Echo), או אקו.

ההד או ההדהוד הוא כמו הבבואה של הקול. גלי הקול פוגעים בקירות ובחומרים שונים שמסביבנו ומוחזרים לכיוון אחר. במקרים שבהם ההחזר של הקולות הוא טוב, כך אנו יכולים לשמוע שוב ושוב את מה שאמרנו או את הרעש שהפקנו.


זו הסיבה שאנו שומעים הדים:

https://youtu.be/xQJ1JCpmS2I


והסבר תופעת ההד וכיצד היא מנוצלת להופעות מוסיקה:

http://youtu.be/5nGUrADdjpQ

כשאנו עומדים בעמק או בהרים וצועקים, מתנגשים גלי הקול שלנו בקירות האבן וחוזרים אלינו בעצמה גבוהה למדי ובאופן בו ניתן להבחין בצלילים כמעט בברור. גם כשמדברים בקול רם בתוך חדר או אולם ריק - ההד נשמע היטב בחדר. למה הדבר דומה? - כאשר משליכים חפץ לבריכה של מים והגלים המתפשטים ופוגעים בקיר, הם חוזרים לכיוון שממנו באו.

ההד הוא הקול שלנו שחוזר ממכשול שגורם לשינוי במסלול שלו. אם הקול פוגע במשטח קשה וחלק כמו קיר, הוא יחזור ואנו נשמע את ההד. כל משטח וחפץ בולע במידה מסוימת את הקול, אבל ככלשהו חלק וקשיח, הוא בולע את הקול פחות ומחזיר אותו בצורת הד. זוהי הסיבה שבאולם גדול וריק נשמע הדהוד ברור, בעוד שבאולם מלא באנשים או ריהוט שעשוי חלקו מבד, הקול ייבלע ולא יחזור באותה המידה.

למטיילים בנחלים עמוקים שעוברים בין צוקים מוכרת תופעה עוד יותר מרשימה ההד חוזר עוד ועוד פעמים - הסיבה לכך היא שקירות הנחל מחזירים את הקול מאחד לשני ואז ההד מוכפל כמה פעמים, כשבכל פעם הוא נשמע מעט יותר חלש, עד שהוא דועך.


כך נוצר ההד וכיצד משתמשים בו הדולפינים והעטלפים:

http://youtu.be/BYiCzWZ8cBs

מדענים גילו והקליטו בתחילת 2014 הד מהמפץ הגדול. (על המפץ עצמו קראו באאוריקה בתגית "המפץ הגדול"). הדי המפץ הגדול הם תנודות של גלי גרביטציה, הדים של רעש המפץ האימתני שיצר את כל היקום שסובב אותנו. המדענים מכנים את ההדים שהקליטו "גלי כבידה קדמונים".

גלי הקול החלליים הללו היו המרכיב החסר בתיאוריה שהסבירה שפיצוץ של חומר דחוס מאד יצר את היקום, לפני כמעט 14 מיליארד שנה, יקום שמאז ממשיך ומתרחב. אמנם תיאוריית המפץ הגדול הוכחה מעל לכל ספק ובמחקרים שונים ובלתי תלויים, אך חשוב מאד שהתגלו ההדים הללו, שנחזו באופן תאורטי ועתה הוכחו גם הם כקיימים.

במחקר שימש את החוקרים טלסקופ שממוקם בקוטב הדרומי ושמו BICEP-2. בעזרתו הם הצליחו לגלות גלי-כוח-כבידה, שרצים בחלל כבר מיליארדי שנים, מאז הרגע שבו התרחש המפץ הגדול.


הנה סיפור התגלית המדהימה שהתגלתה ממש במקרה עוד בשנות ה-60:

https://youtu.be/cPalHdzsImc


סימולציה של הצליל:

https://youtu.be/1OpNI5DjxC0


תיאור הצליל עצמו:

https://youtu.be/kpchtF6KnMg


הממצא שמהווה "אקדח מעשן" (הוכחה) להתרחשות המפץ הגדול:

http://youtu.be/y7-_Bi8aSxY


והסבר מדעי מורכב לתופעת ההדים מהמפץ הגדול:

http://youtu.be/4IlBNJbCzfk

כרבע ממיני היונקים על כדור הארץ הם מינים של עטלפים (Bats) - מדובר באחוז גבוה מאד. הוא מראה שהעטלף חי מצוין והוא ככל הנראה גם בעל כושר הישרדות גבוה במיוחד.

העטלף, אגב, הוא גם היונק היחיד בעולם שעף באוויר.

אבל איך העטלפים חיים כל כך טוב? - העטלפים נעזרים בשיגור של גלי קול בתדירות גבוהה, צלילים שאנחנו לא יכולים לשמוע והם קולטים את ההד החוזר. כך יכולים ללמוד על המיקום, הצורה והתנועה של עצמים שנמצאים בסביבתם, לנווט בחשיכה המוחלטת של המערות והיערות בלילה, מבלי להתנגש בעצמים או בבעלי חיים אחרים והכי חשוב - לאתר ולצוד חרקים ויצורים קטנים שמהם הם ניזונים.

כלומר, יש לעטלפים מנגנון של "זיהוי מיקום לפי הדהוד". הם משמיעים קריאה והזמן שעובר בין הקריאה להד שלה מסייע להם להבין את המרחק של עצמים שמחזירים את ההד. זוהי מערכת שנקראת באנגלית סונאר - "ניווט והתמצאות באמצעות קול", או "אקו-לוקיישן". באמצעות הסונאר, העטלף יכול לזהות אפילו שערה בחשיכה ולא להתנגש בה.

כיום מתבצעים בעולם מחקרים רבים על מערכת הסונאר של העטלפים ומדענים וחוקרים לומדים ממנה כיצד לשפר את מכשירי הסונאר, הניווט והרדאר האנושיים.


הנה סיפורם של העטלפים (מתורגם):

https://youtu.be/Z8wLQ3NCBgg


מעט על יכולתו של העטלף לנווט ולצוד רק בעזרת הרדאר שלו:

http://youtu.be/wgLHUNBWR58


קריאת עטלף שהוקלטה ועברה עיבוד סאונד כדי שתוכל להישמע באוזן אדם:

http://youtu.be/ajLY1EPybLY


הבחור העיוור והחכם הזה סיגל לעצמו את השיטה כדי לנווט מבלי להיפגע:

https://youtu.be/a05kgcI9D2Q


וכך חוקרים עטלפים באוניברסיטת תל אביב (עברית):

http://youtu.be/s3e4qf58QEw

במשך מאות שנים חשבו שקול הברווז אינו מייצר הד. איש לא הבין כיצד באותם תנאים שכל הקולות המוכרים השמיעו הד, רק קולם של הברווזים, אותו געגע משונה, דווקא הוא לא מייצר הד. חוקרים בריטיים בראשות פרופ' טרוור קוקס, מומחה לאקוסטיקה, החליטו לבחון האם אכן אין הד לברווז. העניין של המומחה היה לא רק למטרות מדעיות, אלא גם כדי ללמוד מהברווזים את השיטה שבה הם הצליחו להחליש או אף להעלים את ההד. כך יוכלו בעתיד לבנות אולמות קונצרטים עם צליל טוב יותר וכללית הרבה יותר טובים מבחינה אקוסטית.

המחקר התבצע בעזרת תא "אנאקואי" שבולע את ההדים ותוכנת מחשב, שסייעה בניתוח קולות דייזי הברווזה. ראשית, הממצאים הוכיחו שגם געגועי הברווזים זוכים להד, בדיוק כמו כל הצלילים בטבע. אבל החוקרים גם גילו שיש אמת במיתוס על ההד הנעלם של קול הברווז - לדבריהם הברווז מגעגע בקול המסתיים בצליל "אאאקקק". צליל זה מייצר מעין מיסוך של הקול ומחליש מאד את ההד שנוצר. מחליש, אומר החוקר, ולא מעלים את הצליל!


הנה סרטון שמדגים את זה בחדר מהדהד:

http://youtu.be/Tzmqp55H0uM

הדולפין (Dolphin) הוא אחד מבעלי החיים הנבונים ביותר בטבע. יש לדולפינים תקשורת מעולה זה עם זה ויכולת למידה גבוהה מאד. הם גם פועלים בעבודת צוות מופלאה, מה שמגדיל את הסיכוי להצלחה בציד ובהשגת מזון.

אבל אחד היתרונות הטבעיים של הדולפינים הוא סונאר טבעי וחכם במיוחד שיש להם. סונאר הוא אמצעי ניווט באמצעות גלי קול, כלומר קולות. הסונאר הזה עובד בטכניקה טבעית שזכתה לשם "אקו-לוקיישן" (Echolocation). היא התפתחה אצל הדולפינים במהלך האבולוציה, במשך 20 מיליון שנה. גם לעטלפים וללווייתנים ממינים מסוימים יש אותה.

הסונאר הזה של הדולפינים הוא מנגנון מדהים, שבאמצעותו הם משמיעים צלילי "קליק" שונים במים וההדים החוזרים של הצלילים הללו מסמנים לדולפינים באיזה מרחק וכיוון נמצאים גופים שונים במים שמסביבם ואפילו מה הצורה של הגופים הללו. באמצעות הדי ה"קליקים" הדולפינים מצליחים לא להתנגש בעצמים שונים, לנווט את דרכם בים ולאתר מזון במים.


הנה ה"אקו לוקיישן" של הדולפין:

https://youtu.be/BYiCzWZ8cBs


הסבר של הדרך שבה הוא מסייע לדולפינים:

https://youtu.be/5GuaNA-5qWw


הסונאר המתוחכם ומבוסס הקולות שהתפתח אצל הדולפינים:

https://youtu.be/qI4wYicz2qU


כך הם מנווטים בעזרתו:

https://youtu.be/CE5tZKFVlto


והדולפינים אינם היחידים שמצוידים ביכולת הזו:

https://youtu.be/i6IF7a24AFk

ההד בטבע מתרחש כתוצאה מהחזרת הקול. בהופעות ובהקלטות שומעים הד שמיוצר באופן דומה, אבל במקום להחזיר את הקול על ידי קיר גדול, הוא מושמע שוב באמצעים אלקטרוניים. מכשיר הקלטה דיגיטלי מקליט את הקול ומשמיע אותו שוב, אחרי זמן קצר. אבל בניגוד לטבע, שם ההד חלש מהקור המקורי, המכשיר הדיגיטלי יכול להשמיע את הצליל בצורה כזו, מבלי שההד ייחלש והוא יכול להמשיך ולחזור שוב ושוב לעד..

בעולם המוסיקה נקרא מכשיר ההדהוד על שם המילה האנגלית "אקו".


הנה "Is there anybody out there" שיר ידוע של "פינק פלויד" עם הד ב-2:33 שיוצר בדידות:

https://youtu.be/WzluxfkYhrQ


שיר מרובה אקו יכול ליצור גם אווירת חלום:

https://youtu.be/WS2LCqF_PL0


זמרת ש"לא סומכת על האפקט" ומחקה בקולה שלה את האפקט:

http://youtu.be/AjEGTRIXv_I


היום מייצרים אקו ודיליי, שהם הד והדהוד, באופן דיגיטלי:

https://youtu.be/N8n1Mtcag4w


והאפקט הזה ואחרים בהופעה חיה:

https://youtu.be/S4ceye8_eus?qr=yes

סונאר (SONAR) הוא אמצעי ניווט באמצעות גלי קול, כלומר קולות. זו טכנולוגיה שפועלת באמצעות גלי קול, בעיקר לניווט בים ולגילוי של צוללות ואוניות. אם תרצו, הסונאר מאפשר לנו "לראות באוזניים"...

המילה סונאר היא ראשי תיבות באנגלית של Sound Navigation And Ranging (ניווט והתמצאות באמצעות קול). במקור חשבו עליו לאיתור קרחונים מסוכנים בים וטביעת הטיטאניק האיצה את פיתוחו.

במלחמת העולם הראשונה פותח הסונאר הראשוני כדי לשפר איתור של צוללות אויב, אבל השיפור הניכר הושג לאחר המלחמה.

במלחמת העולם השנייה כבר חולל הסונאר שינויים גדולים בתורת הלחימה הימית. 

במידה רבה מבוסס הסונאר על שיטות של בעלי חיים כמו העטלף והדולפין, שאצלם משמש הסונאר הטבעי כאמצעי ניווט והערכת טווחים.

לעטלפים למשל, מנגנון של "זיהוי מיקום לפי הדהוד". הזמן שעובר בין קריאה שהם משמיעים, להד שלה, מאפשר להם לדעת את המרחק לעצמים שמסביבם. כך יכול העטלף לזהות בחשיכה ולצוד חרקים זעירים, או להבחין בעצמים קטנים, עד רמת השערה, ולא להתנגש בהם.

לווייתנים ודולפינים גם הם משתמשים בעיקרון דומה. הם מאתרים טורפים ומזון על ידי השמעת קולות והאזנה להדים המוחזרים מהם. יש אף הערכה שבתדרים מסוימים, פוגע הסונאר הצבאי ביכולת הניווט של לווייתנים והם עולים על חופי הים מבלי יכולת לחזור.


הנה הסונאר של הצוללת:

https://youtu.be/CNBlx7ozFnI


שימושי המחקר התת ימי שלו:

https://youtu.be/-fAAxEIFeLU


פיתוח הסונאר לאניות השתפר לאחר מלחמת העולם השנייה:

https://youtu.be/-dG2GM2W5h8


כיום יש גם סונאר לאוניות דייג:

https://youtu.be/YgHE7iEo9UM


וכך נראה הסונאר בצוללת:

https://youtu.be/FqDNSFzWNTA