前言

    濮阳市科技宣传教育中心（科科岛）是我市首个集科普、展览、教育和科技交流为一体的综合性场所。为了让参与者更好体验科学的乐趣，感受科学的魅力感受，现开设专栏，对展品进行逐一介绍。

本期主角：

声音的震动

    你知道声音的形状吗？

    听起来就无法实现。让我们走进科科岛，让这一看似不可能变为可能。

科学原理：

    声音是由物体振动产生的声波，是通过空气、固体、液体等介质传播并能被人或动物听觉器官所感知的波动现象。最初发出振动的物体叫声源。声音以波的形式振动传播。声音是声波通过任何物质传播形成的运动。

    声音是一种压力波：当演奏乐器、拍打一扇门或者敲击桌面时，他们的振动会引起介质——空气分子有节奏的振动，使周围的空气产生疏密变化，形成疏密相间的纵波，这就产生了声波，这种现象会一直延续到振动消失为止。

    展品由喇叭模型、扩音器、激光发射器等组成。在喇叭模型的出声口处设置一个镜面与激光发射器。

    互动时，观众对着话筒说话，喇叭内声波的振动引起镜面的振动，同时，带动镜面上的激光点反射至墙面，此时观众可以观察到激光点的运动轨迹。

海豚用头部的声呐系统来进行回声定位

    当你走进一片森林里或是下潜到海中时，会觉得世界真安静啊。然而，对很多动物来说，森林或海洋里其实可热闹了，因为它们能听到我们听不到的声音。

    这并不是因为那些声音太小了，而是因为它们的频率太高或太低。上期我们介绍过，声音是物体振动产生的，以声波的形式传播，就像光波、水波一样，声波也有它的频率，它由物体振动速度的快慢决定，物体振动得越快，声波的频率越高，声音的音调听起来越高。像尖叫声、哨声这些刺耳的声音都属于比较高频的声音，但是当声音频率高到一定程度的时候，人的耳朵就听不出来了，频率太低也同样听不到。人耳能听见的声音范围大约在20~20000赫兹（Hz）之间，1赫兹相当于一秒钟振动一下。高于20000赫兹的声音，我们称为超声波，低于20赫兹，则叫做次声波。

    人类说话的声音频率一般在几百到几千赫兹。不同动物能发出的声音频率范围也不同，比如前面提到的蝙蝠和海豚能够发出超声波，大象、长颈鹿、鲸可以发出次声波。它们不仅能够发出这些我们听不到的声音，也能听到它们。

    动物们会用这些特别的声音来和同类进行交流、发现猎物、躲避天敌，或者用来探路。

    蝙蝠和海豚头部的特殊结构可以利用超声波来进行回声定位。当声波遇到某些障碍物时，会像光被反射那样，反射出一部分声音，这种声音就叫做回声，超声波比一般声波更容易被反射，而且能量集中，朝着目标进发的时候不容易跑偏，所以蝙蝠和海豚可以使用它来判断障碍物在哪儿，避免自己撞上去了。在看不清的夜里，超声波就成了它们的“手电筒”。同时，它们也能听到猎物和天敌发出的超声波，好及时出击或躲避。

    科学家们向这些动物学习，发明了声呐技术，使用声纳技术的仪器通过发出声波，并接收反射来分析周围障碍物的情况，这在我们很难直接看清的水下尤其有用。渔民们在渔船上安装声呐仪，就相当于拥有了千里耳，可以“听”到来自周围水下鱼群的回声（并非实际听到，而是转化成了图像等信息），再加上声波在相同介质中的传播速度是固定的，只要知道回声传回的方向和时间，就能定位出鱼群的位置和距离。海洋科考队员们在科考船上安装声呐仪，用来探测水下那些不容易看到或难以深入的区域，比如漆黑的深海海床，从而绘制出这些地方的地形地貌。医学上，超声波还被用来做身体检查， B超检查就是用超声波反射的原理来让还在妈妈肚子里的宝宝亮相，好了解他们的健康状况。另外，超声波拥有的能量还被用来清洗和破碎物品。

    而次声波不容易被反射，能够传播非常远的距离，所以大象们不需要电话，借助次声波就可以实现远距离交流，它们甚至能听到4千米之外的同类的声音！地震发生时地下也会发出大量次声波，在人类感受到地震之前，能听到次声波的动物会先反应过来，赶紧逃走。科学家们也在利用探测次声波的仪器来监测地震。

    虽然我们无法直接听到这些声音，但却学会了如何“看”到它们，并且把它们变成了我们探索世界的得力助手，这一切都离不开大自然“老师”的启迪。

    作者：Mirror

    审稿：张轩中（科普作家，中国物理学会会员）