Dlaczego zimą jest tak cicho? Popularnonaukowe spojrzenie na akustykę śniegu

To zjawisko ma bardzo konkretne naukowe podstawy. Okazuje się, że śnieg jest jednym z najbardziej porowatych materiałów występujących w naturze i właśnie ta cecha sprawia, że doskonale tłumi fale dźwiękowe.

Śnieg jak gąbka – struktura naturalnego absorbera

Świeży śnieg ma strukturę niezwykle luźną, niemal ażurową. Pojedyncze płatki składają się z delikatnych, nieregularnych kryształków lodu, które łączą się ze sobą w sposób tworzący sieć mikroskopijnych przestrzeni.

Szacuje się, że od 80 do nawet 95 procent objętości świeżego puchu stanowi powietrze. W praktyce oznacza to, że warstwa śniegu funkcjonuje jak naturalny materiał porowaty — podobny w działaniu do stosowanych w akustyce pianek czy wełien. Gdy fala akustyczna przenika taką strukturę:

1. Zostaje rozproszona na niezliczonych krawędziach kryształków.

2. Traci energię w wyniku tarcia powietrza o lód.

Ten proces skutecznie redukuje ilość dźwięku wracającego do naszych uszu w postaci odbicia.

Skuteczność na poziomie profesjonalnych paneli?

Badania laboratoryjne potwierdzają niezwykłą skuteczność śniegu w pochłanianiu fal akustycznych. W pomiarach współczynnik pochłaniania świeżego, sypkiego śniegu osiąga wartości rzędu 0,5–0,9 (w skali od 0 do 1).

Co to oznacza? Że natura stworzyła materiał, który plasuje się na poziomie profesjonalnych absorberów dźwięku. Najlepsze efekty uzyskuje się w zakresie wyższych częstotliwości, odpowiadających między innymi za ostrość dźwięku i wrażenie hałaśliwości miasta. To właśnie dlatego zimowy krajobraz wydaje się „miękki” akustycznie, a szum ulicy staje się zdecydowanie mniej uciążliwy.

Jak zmienia się dźwięk miasta?

Pokrycie podłoża śniegiem zmienia cały krajobraz akustyczny. Na co dzień duża część hałasu — szczególnie w przestrzeni miejskiej — wynika nie tylko ze źródeł bezpośrednich, ale także z odbić od asfaltu, chodników czy elewacji budynków.

Warstwa świeżego śniegu pokrywająca twarde powierzchnie ogranicza liczbę odbić i zmniejsza ilość energii akustycznej unoszącej się w otoczeniu. To między innymi dlatego:

• kroki po śniegu nie brzmią ostro,

• praca silników samochodów wydaje się bardziej odległa.

Dodatkowo śnieg tłumi wiele dźwięków mechanicznych związanych z ruchem pojazdów — zmniejsza tarcie opon o suchy asfalt, eliminuje twarde uderzenia i ogranicza odbicia dźwięku między kołami a nawierzchnią.

Nie każdy śnieg tłumi tak samo

Należy jednak pamiętać, że właściwości akustyczne zależą od kondycji pokrywy śnieżnej. Najbardziej efektywny jest świeży, lekki puch o dużej porowatości.

Wraz z upływem czasu, gdy śnieg jest udeptywany, topnieje lub ulega przemarznięciu, jego struktura zmienia się — pory zanikają, a kryształki łączą się ze sobą. Zbity lub wilgotny śnieg pochłania znacznie mniej, a w skrajnych przypadkach może działać jak twarda powierzchnia odbijająca dźwięk. Jeszcze silniejszy efekt daje zlodzenie śniegu, które całkowicie niszczy jego porowatą strukturę, przekształcając go w materiał o właściwościach akustycznych zbliżonych do lodu (czyli betonu lub szkła).

Paradoks zimowej nocy – zjawisko inwersji

Zimowa akustyka to także wpływ atmosfery. W chłodne, bezwietrzne noce często występuje zjawisko inwersji temperatury, czyli sytuacji, w której powietrze przy gruncie jest chłodniejsze niż powietrze wyżej.

Powoduje to zakrzywianie fal dźwiękowych ku ziemi, co może zwiększać zasięg odległych odgłosów, takich jak dźwięk pociągu czy odległej drogi. Dlatego paradoksalnie zimą może być bardzo cicho w najbliższym sąsiedztwie (dzięki absorpcji przez śnieg), a jednocześnie wyraźniej słychać dźwięki z bardzo dalekich miejsc.

Podsumowanie

Wszystkie te czynniki — porowatość śniegu, zmniejszona liczba odbić, słabszy hałas mechaniczny i nietypowe warunki atmosferyczne — składają się na efekt, który wszyscy znamy z doświadczenia. Śnieg naprawdę zmienia sposób, w jaki świat brzmi. I choć to zjawisko trwa krótko, dopóki śnieg jest świeży i miękki, daje nam jedną z najpiękniejszych form naturalnej ciszy.

Bibliografia i źródła:

• W. Maysenhölder, M. Rauter, H. K. Gubler, Microstructure and sound absorption of snow, „Cold Regions Science and Technology”, 2012.

• J. B. Johnson, Propagation of sound above a finite layer of snow, „Journal of the Acoustical Society of America”, 1985.

• T. Ishida, Acoustic Properties of Snow, Hokkaido University, 1965.

• A. Capelli, F. R. Finger, M. Schneebeli, Speed and attenuation of acoustic waves in snow, 2016.

• R. Sidler, A porosity-based Biot model for acoustic waves in snow, 2015.