陕西省青年美术家协会:第一章?声现象学习导航

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美国

《梦溪笔谈》

超声波

德国海军

噪声

教育

　　……

　　一、声音的产生与传播

　　警觉的士兵

　　你看过美国西部影片吗？在一部反映古代战争场面的美国西部影片里，有这样一个情节，印第安人跪在地上，把耳朵贴近地面，倾听看不见的远处有没有敌军的骑兵在赶路．我国北宋时期的著名学者沈括，在他的著作《梦溪笔谈》里也曾记载：行军宿营，士兵枕着牛皮制的箭筒睡在地上，能及早听到夜间偷袭的敌人的马蹄声．这样做有道理吗?耳朵通过地下的泥土能听到马蹄声，通过空气不是也一样能听到声音吗?是不是因为声音在地下传播的速度比在空气中快呢?

　　通过本节的学习我们将会明白，声音在地下传播的速度确实比在空气中快，但这里利用的并不是这一点，因为声音在空气中传播的速度比骑马的速度也要快得多．只要从空气中能听到远方敌军马队的声音，我军还是有足够时间作出反应的．这里最主要的理由是，因为声音在地下传播时，所碰到的使声音散射和衰减的障碍较少，所以能较清楚地传播到更远的地方．这样耳朵贴近地面倾听时，敌兵相距很远时就能听到；加上牛皮箭筒对声音的放大作用（共鸣，就像二胡等弦乐器的共鸣腔一样），听得会更清楚，而在空气中直接侧耳细听的话，等到能够听清时，敌军就已经快到跟前了．

　　二、我们怎样听到声音

　　鱼有听觉吗?

　　 鱼有听觉吗?人们谁也没有见到过鱼的耳朵，所以，鱼的听觉似乎无从谈起．但是，有一件事改变了人们的看法．

　　德国一家大鱼场里饲养了许多鳟鱼，鱼场附近的一座教堂每天早上8时都要打钟，鱼场的饲养员则在打钟之后去喂鱼，天天如此．有一天饲养员在教堂钟声响过半小时后才去喂鱼，却见一大群鱼仍聚集在池塘边，不断把头伸出水面在等食．这件事把饲养员惊呆了，也引起了科学家们的兴趣．经过一段时间仔细观察，发现鱼是有听觉的．它们在听到钟声后不久就能进食，久而久之就形成了条件反射．因此，那天饲养员虽然没有及时赶来喂食，鱼却因已经听到钟声仍然向岸边聚来．

　　鱼不但能听，还会“说”(叫)．渔民们都知道黄花鱼会叫，而且叫得很响．黄花鱼发声靠的是体内一种密闭的充满气体的囊，称之为‘鳔”．鳔是黄花鱼的发声器官，还起着共鸣器的作用．在鳔的边上有一排鼓肌，它可以敲击鳔．每敲一次，鳔就发生一次振动，这振动的频率恰好等于鳔的固有频率，因而发生共振，把鳔因振动而发出的声音放大，形成了鱼叫．当然，鱼叫与人的叫声不同，它不是从鱼的喉咙里发出的，而是从鱼鳔里发出的．

　　三、声音的特性

　　谁帮了盟军的忙？

　　你知道吗？第二次世界大战期间，纳粹德国海军与盟国海军在大西洋上进行过一场激烈的海战．为了达到既能炸毁敌军舰只，又确保德军舰只安全的目的，德国海军在一些重要航道旁，布设了大量新发明的“音响水雷”．这种水雷比磁性水雷灵敏得多，它能在对方舰艇发动机音响的诱导下自动爆炸，从而使盟军舰只在接近德军舰艇之前就被消灭．

　　正当德军自以为得计时，这些音响水雷却在盟军舰只尚未来到时，接二连三自动爆炸，连一条盟军舰艇也未炸着，这件事让德国人百思不得其解．若干年后，经水声学家和海洋生物学家的研究发现，在德国海军布设水雷的海域里，生活着一种小虾，它们能发出某些频率的音响．这些音响与舰艇发动机音响的频率一致，于是大量小虾发出的巨大音响，诱爆了德军的音响水雷，使他们想依靠这种新式武器打击盟军舰艇的希望成了泡影．

　　事实上，海洋中的生物大部分都能发声，只不过有些发出的是人耳听不到的超声或次声，上述这种小虾发出的则是与舰艇发动机响声相似的可闻声．因此，在设计、制造、使用海洋测量仪器时，必须周密地考虑海洋生物发出的种种声波，否则就会像德国海军那样功亏一篑．

　　四、噪声的危害与控制

　　新型反恐武器

　　 “反恐”，是当今世界一个国际性的热门话题．利用高科技手段对付恐怖分子，保证人质的安全，用最小的代价，达到最好的反恐效果，已成为当今特警技术发展的重点目标．噪声炸弹，便是这方面的最新成就．

　　噪声炸弹与普通的炸弹不同，它不是利用爆炸后的弹片杀伤人员，而是利用爆炸时产生的超高分贝强噪声波，使歹徒丧失抵抗能力．在生活中，人们有时会碰到这样的现象，当人的听觉器官受到较大噪声刺激时，会感到周身不自在．随着噪声强度的不断增大，—些人会出现头昏、目眩，甚至昏迷的现象．噪声炸弹正是利用人的这种生理反应，把噪声增大到正常人无法忍受的程度，从而达到麻痹人的听觉和中枢神经系统的目的，使人在短时间内昏迷，又不伤害人体．比如，当劫机事件发生时，只要特警人员有机会接近被劫持的飞机，向机内发射噪声炸弹，飞机内的旅客与劫机者都会因此而暂时昏迷．然后，特警人员便可以从容不迫地进入机舱．当飞机上的乘客苏醒之后，一切归于平静，只是劫机歹徒已经束手就擒．

　　五、声的利用

　　高超的机械加工师

　　金刚钻、人造宝石等属于超硬材料，你知道它们是怎样加工的吗？过去人们用激光来进行加工，但激光发生装置很复杂，加工成本很高，所以现在人们常用超声波来加工它们．

　　为什么用超声波呢?因为超声波的波长短、频率高，具有较强的集束发射性能．这一特性使其具有了征服某些超硬材料的本领．当然，单纯的超声波是不能直接用于机械加工的，必须加上一些超声能量的承载物，才能进行加工．这种能量承载物就是磨粒．细小的磨粒在超声波能量的作用下，以极高的速度冲击加工表面，表面材料在磨粒冲击下，逐步被磨损，而达到加工的目的．这就是超声波加工的原理．

　　那么怎样才能在宝石上加工出不同形状的小孔呢?这是由固定在超声振动头下端的工具横截面形状决定的．因为振动头作超声振动时，只有工具横截面下面的磨料承载超声能量，对工件表面材料作高速冲击，所以在被加工表面上也必然打出与工具横截面形状相同的孔来，如三角形、椭圆形、星形等非圆形孔．同时，也可以用来加工金刚钻模上或硬质合金喷嘴上的细孔(0．1～0．15毫米)．这在一般机械加工方法中，是很难做到的．你看，超声波的“手段”够高吧！