首頁 牛津通識課:聲音

06 超聲波和次聲波 Ultrasound and Infrasound

蝙蝠的聲音

許多教科書會告訴你,你的聽力範圍在20赫茲到20千赫之間,但你千萬不能相信。如果你現在20多歲,那很可能已經對17千赫以上的聲音充耳不聞了。隨著年齡的增長,人類聽力的高頻極限下降明顯且可預見。2009年起,憤怒的商店店主開始使用一種被稱作“蚊聲器”(Mosquito)的高頻聲波發生器驅逐未成年人,因為隻有青少年(以及兒童和嬰兒)還有能力聽到這種設備產生的惱人音調。我們這些對17千赫的聲音都充耳不聞的人則不會因為這些音調而感到不適,這表明能夠聽得到這麽高的音調對演化並沒有什麽好處,否則我們早已經演化出更強健的聽覺係統了。

盡管如此,我們還是錯失了一種演化的良機,並不是因為我們錯過了超聲波特別豐富的聲景,而是因為我們不能利用聲音的一些便利的物理特性。這些特性在我們能聽到的頻率範圍內是可以忽略的。然而,蝙蝠比我們要靈敏得多。

蝙蝠使用超聲波的複雜程度令人震驚。在漆黑的夜晚,一隻擁有80厘米翼展的埃及果蝠可以輕易地在兩根垂直杆之間飛行而完全不觸碰到杆,即便兩根杆之間的距離隻有53厘米。為了完成這樣的壯舉並展開捕獵行動,蝙蝠使用回聲定位技術產生超聲波並對它們聽到回聲的延遲進行計算,以獲得附近物體的距離。

失明的人會根據回聲時延來判斷自己到牆壁的距離,但他們最終得到的並不是世界的視覺景象。考慮到可聽聲的波長,他們不可能得到關於環境的全部景象。想象一個碼頭矗立在平靜的湖麵上,微風吹過,形成了大約1厘米波長的波紋。這些波紋一圈圈地從碼頭的柱子上反彈回來(見圖21)。後來,大風來了,產生了更大的波浪,這些波浪從柱子上滾過,仿佛柱子不在那裏一樣。同樣的原理也適用於聲波,聲波隻受比波長更大的障礙物的影響,它也隻能探測到這樣的障礙物。