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聲音的奧秘

發布日期:2016-04-14    【字號:  

在各種聲音里,有些聲響是人耳所不能聽見的。在對大氣進行科學研究的時候,人們放一個不大的輕氣球到空中去??茖W家們老早就發覺:一個人把頭靠近氣球,便感覺到耳朵里面隱隱作痛。這種很不舒服的感覺只有在海岸上或者在輪船上的時候才會出現。假如我們在陸地上離海很遠的地方進行實驗,耳朵里就不會感覺到疼痛。蘇聯科學家們研究了這種奇異的現象,并且確定:這是因為氣球里聚集了一些特殊的聲波,這些聲波是我們的聽覺所夠不到的,可是作用在耳鼓膜上便會使它疼痛。聲音就是空氣的振動,有時候是快的振動,有時候是慢的振動。在大風琴的粗管子里,空氣緩慢地振動,發出粗宏、低沉的聲音;而在細的管子里,空氣迅速地振動,發出高昂的聲音。輪船的氣笛發出的粗大的低音,每秒鐘內的振動只有幾十次,而最細的蚊子的尖叫聲,每秒鐘的振動卻有上千上萬次。在自然界中的聲音,有比氣笛更低的聲音,也有特別高的聲音,但這些都是人耳聽不見的。如果振動的次數少于每秒15次,空氣中就產生了聽不見的聲音——這即是在可聞限以下的所謂“低外聲”。例如,當大風在海浪的浪頭間滑過的時候,便形成了這樣的聲音。低外聲在海面上飛向四面八方,越過好幾千公里,甚至會侵入門窗掩閉著的房子里。但是,這種聲音是在每秒鐘十來次的振動下發生的,因此,我們不能夠聽見它們。

海洋的低外聲比最強的颶風飛得更快,它到達岸上遠比產生這種聲音的風暴為早。它通知每個能夠聽見這種聲音的人和生物:暴風雨要來了!看來,很多海洋生物是能夠聽見它的。在泥濘的沙灘上蹦跳的小蝦——所謂海蚤,總是在狂風駭浪到達之前很久便跑到離海較遠的地方去。而魚和水母在聽到海的警報以后,就深深地潛入海底。這時候連氣壓表也還沒有預測出暴風雨的到來。

但是,我們也不必為了人耳的靈敏度大小而發愁。我們總可以用更精密的儀器來彌補?,F在,蘇聯的科學家們正致力于這項工作,而且在不久就會有這樣的一天:那時候,一種能夠收聽低外聲的人造耳,將能夠靈敏地感受出在遙遠的海上咆哮的暴風雨的聲音,并且及早預報出來。在海的聲音中,除了這種聽不見的低外聲以外,還有一種回聲,也是聽不見的。一個古老的故事說:有一個古怪的人,他收購回聲。他不怕花錢,到全國各地去收買回聲——正確點說是:去收買那些回聲聽得特別好的地方。結果,他有了一批驚人的搜集品:有只重復最后一個字的回聲,有七重回聲,有象是在墓里低沉他講話一樣的“幽冥”回聲,最后,還有一種能夠齊聲回答問題的回聲。這個古怪的人很以他自己獨特的搜集品而自豪,而鄰居們都嘲笑他??墒青従觽儏s沒有想到:回聲是可以用來為科學和人類服務的??茖W家們能把回聲利用在很多種儀器上?;芈?,這本來是聲波在各種物體上的反射,因此,可以利用它來測量距離。聲音的速度是我們知道的,而聲音飛到一件物體上并反射回來所需要的時間,也是能很容易計算出來的?;芈曇材軒椭鷾y量海洋的深度:在淺的地方回聲折回來很快,而在深的地方回來就比較遲。如果知道聲音在水中傳播的速度,那就很容易計算出水面到水底的距離。人們曾經進行過很多次的試驗:撞響沉重的海鐘,聽聽看回聲什么時候回來;在水底爆炸過子彈和手榴彈;還設計了一些特別的水底哨笛和發音器。但是,最初,事情總是進行得不順利。聲音在水中散開來,向四面八方傳播,以致回聲過于微弱,而且容易和海中的其它聲音混淆起來?!安挥寐暡?,而用某種別的波來試試不行嗎?”科學家們想出了辦法,“例如說,普通從鏡子里射出的光影,這不是一種回波——光波的反射嗎?”

但是,光在水中傳播得不好,它要被分解成各色的光線并且迅速地被海水吸收掉。最強的探照燈,只是在三十公尺的深度下,光度便要減弱到百分之一。無線電波在碰到金屬物體的時候也會成為回波反射轉來。把強力的無線電射束向四面八方發出去,即使是在濃霧或者是在黑夜中也能由反射回來的“無線電光影”上探測出天空中的飛機、草原上的汽車和海洋中的輪船。但是,無線電射束也不能在水中傳播。水對于它們,就象銅墻鐵壁似地,完全不能穿越。因此,不論是在對潛水艇的通訊上,或者是在海洋深度的測量上,都不能利用無線電信號的回波。唯一能穿透深水進行探測的是強力的超聲波射束。有一種儀器,能夠發出人耳聽不見的聲音信號(超聲波),并且接收回波,它的發明者把它叫做回聲測探器?;芈暅y探器發明以后,科學家們才知道:有些動物也能夠利用超聲波回聲。

蝙蝠在黑暗中怎樣尋找自己的道路呢?它們怎樣在飛行中捕捉夜出的昆蟲呢?這些問題在很久以前就引起了自然科學家們的興趣。也許,蝙蝠在黑暗中看得見吧?或者,它們具有驚人的嗅覺吧?或者,它們甚至不必接觸到一件物體,就能夠覺察出它來吧!

為了揭開這個謎,科學家們做了這樣一個試驗。在一間完全黑暗的屋子里,橫七豎八地拉上了好些繩子,上面掛著小鈴鐺。然后,把一只用蠟封住眼睛的蝙蝠放進屋子里去。奇怪,這只瞎蝙蝠竟然碰不著繩子,它毫無聲息地在屋子里飛來飛去。鈴鐺一次也沒有響。

這種莫明其妙的現象使科學家們傷透腦筋。只有到能夠接收超聲波的儀器出現之后,秘密才被揭開。原來,蝙蝠在飛行的時候,總是不停地發出尖聲,每秒鐘有20-30回,但是這種最細微的叫聲是人耳所不能聽到的。超聲波碰到了攔在前面的物體,就反射回來,而蝙蝠就用它的巨大的耳朵來接收這種聽不見的回波,并且在一片漆黑中毫無錯誤地找尋出自己的道路。當然這種“聲音測位術”是很不完善的,人類創造的超聲波儀器還比它優越:人接收聽不見的回波不是從幾厘米以外,而是從幾十公里之外發出來的?,F代的回聲測探器放出的聲音,頻率達到每秒鐘四萬次。這種強力的、卻聽不見的超聲波不是向所有的方向傳播,不是白白地在水中散失,而是成為細細的一束向前飛射,象一股強力的激流或者探照燈的光線一樣。人們把這種超聲波射束向正下方直射,使它的回波從海底反射回來,并且用特制的“超聲波耳”及時地把它捉住。

在探測的時候,觀察者用不著進行辛苦的計算?;芈暅y探器的儀表一轉眼問就能夠確定船下面的海水深度,同時,在駕駛員面前的一個小玻璃框內,立刻就現出了數字,或者是自動記錄器劃在紙帶上的曲線。

超聲波射束不僅只是對著下方放出。還有一種特殊的儀器,可以用來探測船只前方的道路和它四周的空間,這種儀器叫做水中定位器。水中定位器的“聲眼”在船底下轉動,觀察水下的四面八方,并且把周圍的一切情況向甲板上報告。它的信號可以在一個屏幕上看到,也可以在一副特制的耳機里收聽。在這里,超聲波回波的無聲語言轉變成為聽得見的聲音。水中定位器使船只能夠在濃霧和黑夜間找出航道,預告漂來的冰山和迎面來的船只。救護船在尋找沉溺的船只的時候,用它來探測海底。最近,回聲測探器已經開始用來和海洋生物進行“交談”,捕魚船用它來在深水中尋找魚群和偵察它們的行蹤。魚類的微弱的聲音也好,風暴的強烈的聲音也好,從前人類所不知道的,現在我們科學家們創造的金屬“耳朵”里都聽得越來越清楚了。

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