5 人耳聽不到的聲音
哇哦，剛才女高音翻唱的Loving you簡直太好聽了，多么美妙的海豚音啊。
嗯嗯，是很好聽，可是什么是海豚音啊？
就是指像海豚一樣發(fā)出的高音調(diào)超聲波。
哦哦，我明白了就是很高很高的高音。海豚音為什么又是超聲波呢？
超聲波就是超出人類聽力范圍的聲音。我也講不太清楚。
那好吧，演唱會結(jié)束我們一起找火星博士給我們講講吧！
火星數(shù)據(jù)庫
在非洲撒哈拉沙漠以南生活著很多的象群，它們在尋找水源的路途中樂此不疲地進行著交流，它們時而升起長長的鼻子怒吼，時而低吟，時而將鼻子放在地上感受來自地底下的聲音。大象之間用于交流但人耳聽不到的聲音就是次聲波，頻率在20赫茲以下。對大多數(shù)人來說，20赫茲以下和20000赫茲以上的聲音是聽不到的。頻率在20000赫茲以上的聲波稱為超聲波，20赫茲以下的聲波稱為次聲波。
超聲波
超聲波的發(fā)現(xiàn)
想一想
人耳聽不到的超聲波和次聲波，與我們的生活有沒有關(guān)系？
超聲波最早是在1793年由意大利科學(xué)家斯帕拉捷在蝙蝠身上發(fā)現(xiàn)的。為了研究蝙蝠如何在黑暗中捕食昆蟲，科學(xué)家斯帕拉捷將蝙蝠和貓頭鷹一起放在完全黑暗的密室里。研究發(fā)現(xiàn)，蝙蝠能輕易地分辨方位、躲避障礙物，而貓頭鷹會撞上障礙物。后來科學(xué)家通過實驗發(fā)現(xiàn)，如果將蝙蝠的一只耳朵堵住，它就會失去方向感，不能躲避障礙物。因此他推斷蝙蝠是利用耳朵來定位東西的。
直到1930年，哈佛大學(xué)的一位大學(xué)生才利用儀器探測到蝙蝠發(fā)出的超聲波，從而揭開了蝙蝠捕食之謎。原來，黑暗中飛行的蝙蝠通過鼻腔每秒發(fā)射10~20次超聲波，這種聲波可以探察到很小的障礙物，聲波遇到障礙物后便會發(fā)生反射，就像我們在大廳里拍手會聽到回聲一樣。蝙蝠根據(jù)這種回聲的方向和時間，就能了解周圍環(huán)境，辨別位置和捕食昆蟲。
超聲波的特點
超聲波也屬于聲波家族中的一員，它與平常聽到的聲音的本質(zhì)是一樣的。其共同特點是都屬于機械振動，它們之間的不同點在于超聲波的頻率高（高于20000赫茲），波長較短。超聲波的方向性好，穿透能力強，易于獲得較集中的聲能，在水中傳播距離遠，可用于測距、測速、清洗、焊接、碎石、殺菌消毒等。
超聲波的應(yīng)用
聲吶
1912年，“泰坦尼克號”在處女航時與冰山相撞，引發(fā)沉船災(zāi)難。巨大的冰山，大部分淹沒在海面以下，當水手看到海面上的冰山時，已經(jīng)無法躲避了。茫茫大海，哪里有暗礁，哪里有冰山，有沒有方法來提前預(yù)知這些障礙物成了航海家最關(guān)心的問題了。
“泰坦尼克號”沉船不久，人們設(shè)計了第一個水下目標回聲探測儀，讓聲音給人們當“千里眼”。它的原理和陸地上的回聲測距是一樣的：從船上發(fā)出聲波，用水聽器接收回波，根據(jù)時間差及水中聲速求出反射面的距離。
真正的水下“千里眼”是在第二次世界大戰(zhàn)期間制成和使用的，它的名字叫聲吶。聲吶是出色的水下“千里眼”，它利用超聲波和聲波在水中的特性，幫助人們看清了水中的許多秘密。由簡單“水聽器”演變出來的被動聲吶，可以默默無聞地在水下偷“看”潛艇、魚群，根據(jù)目標發(fā)出的噪聲，可以判斷目標的位置和某些特性。實際用得更多的是主動聲吶，是由簡單的回聲探測儀演變而來的，它能主動地發(fā)射超聲波，仔細地收測各種回波，運用計算機計算發(fā)射與回收信號的時間差，從而確定目標的位置、形狀，甚至可以判斷潛艇的性能。
超聲探測
超聲波不但能讓我們看到水中的秘密，還能幫助我們看到工件內(nèi)部有沒有損傷。工程師利用超聲探傷儀向工件發(fā)射超聲波，超聲波遇到裂紋或缺陷就會發(fā)生反射，利用精密的儀器收測回波，就能判斷出藏在工件內(nèi)部的缺陷。它廣泛地應(yīng)用于焊縫、鑄鍛件、各種型材和各種機器零件的檢測工作上。
超聲處理
超聲波具有比一般聲波強大的振動能，而被廣泛用于人們的日常生活中。將超聲波發(fā)射到裝滿水的容器中，放入要清洗的物品，水的振動就能輕易地去除掉粘附在物品面上的污垢。超聲波清洗貴重珠寶、首飾等就應(yīng)用的這種方法。
超聲波醫(yī)學(xué)
隨著技術(shù)的發(fā)展超聲波也廣泛地用于臨床診斷和治療中。超聲波可以穿透人體，如果碰到障礙物，就會產(chǎn)生回聲，障礙物不同，則回聲的形態(tài)就不同，據(jù)此就可以判斷出人體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的問題。因此，人們設(shè)計出不同類型的超聲波診斷儀，B超是其中應(yīng)用最為廣泛和簡便的一種。通過B超可獲得人體內(nèi)臟各器官的各種切面圖形，以判斷是否發(fā)生了病變。B超還可以顯示正在發(fā)育的胎兒的情況。
次聲波
次聲波的發(fā)現(xiàn)
1890年，從新西蘭駛往英國的貨船“馬爾波羅號”在途中突然神秘失蹤。20年后，人們在火地島海岸邊發(fā)現(xiàn)了它。奇怪的是，船上的東西都原封未動，完好如初。船長航海日記的字跡仍依稀可辨；就連那些已死多年的船員，也都“各在其位”，保持著當年的“姿勢”。
船員們是怎么死的？是死于天火或是雷擊的嗎？不是，因為船上沒有絲毫燃燒的痕跡；是死于海盜的刀下嗎？不！遇難者遺骸上沒有看到死前打斗的跡象；是死于饑餓干渴的嗎？也不是！船上當時儲存著足夠的食物和淡水。人們不得而知這里到底發(fā)生了什么。
1948年初，一艘荷蘭貨船“烏蘭格梅奇號”在通過馬六甲海峽時，經(jīng)歷了一場風(fēng)暴，風(fēng)暴過后全船海員莫名其妙地死光。是自殺還是他殺？死因何在？兇手是誰？
經(jīng)過反復(fù)調(diào)查，科學(xué)家終于揭開了航海史上一個個神秘的謎。這些船只很有可能遭到了海洋次聲波的侵襲，次聲波是制造上述慘案的“兇手”。
次聲波的特點
次聲波具有極強的穿透力，不僅可以穿透大氣、海水、土壤，而且還能穿透堅固的鋼筋水泥構(gòu)成的建筑物，甚至連坦克、軍艦、潛艇和飛機都不在話下。
在自然界中，海上風(fēng)暴、火山爆發(fā)、海嘯、極光都可能伴有次聲波的發(fā)生。在人類活動中，諸如核爆炸、導(dǎo)彈飛行、火炮發(fā)射、輪船航行、汽車奔馳、高樓和大橋搖晃，甚至像鼓風(fēng)機、攪拌機、擴音喇叭等在發(fā)聲的同時也都能產(chǎn)生次聲波。
次聲波的危害
人體器官有各自的振動頻率，即固有頻率，這些頻率通常在3~17赫茲之間。比如，腹部內(nèi)臟的固有頻率為4~8赫茲，頭部的固有頻率為7~12赫茲。當頻率相近的次聲波作用于人體時，就容易與人體器官產(chǎn)生共振，引起人體功能失調(diào)，全身不適。如果次聲波的功率很強，人受到的影響將會非常嚴重，如呼吸困難、神經(jīng)錯亂等，甚至造成內(nèi)臟損傷最終喪命。
美國一個物理學(xué)家羅伯特·伍德專門為英國倫敦一家新劇院做音響效果檢查，當劇場開演后，羅伯特·伍德悄悄打開了次聲波發(fā)生儀器，儀器無聲無息地在工作著。不一會兒，劇場內(nèi)一部分觀眾便出現(xiàn)了惶惶不安的神情，并逐漸蔓延至整個劇場，當他關(guān)閉儀器后，觀眾的神情才恢復(fù)正常。這個實驗充分驗證了，次聲波對人體是有傷害的。
火星實驗室
測量人耳聽覺的頻率范圍
實驗器材
音頻發(fā)生器 揚聲器
實驗步驟
1．在語音室（或班級內(nèi)）把音頻發(fā)生器和揚聲器連接好，調(diào)節(jié)音頻發(fā)生器，使之由低到高發(fā)出不同頻率的聲音。
2．找10位同學(xué)作為被試者，讓他們依次閉上眼睛，仔細聽揚聲器發(fā)出的聲音，要求剛聽到聲音時舉起手，直到聽不到聲音時放下手。
3．一名同學(xué)負責(zé)觀察被試者舉起手、放下手時音頻發(fā)生器上顯示的聲音的頻率。
4．另一名同學(xué)負責(zé)記錄被試者舉起手、放下手時音頻發(fā)生器上顯示的聲音的頻率。
5．把實驗數(shù)據(jù)記錄在下面的表格中。
6．實驗時，還可以讓被試者分別捂住一只耳朵，測試一下你的左、右耳聽覺的頻率范圍是否一致。
7．分析實驗數(shù)據(jù)，比較各個被試者聽覺的頻率范圍是否相同，你認為人聽覺的頻率范圍大致是多少？
實驗結(jié)論
人耳能聽到的聲音的頻率范圍為20~20000赫茲。
實驗原理
音頻發(fā)生器發(fā)出不同頻率的聲音，人耳感覺到音調(diào)的高低不同；頻率太低的次聲波，人耳聽不到，頻率太高的超聲波，人耳也聽不到。
【火星實驗】
實驗名稱：超聲波加濕器
實驗器材：超聲波加濕器套件
實驗過程：掃描二維碼，關(guān)注“火星人俱樂部”微信公眾號，回復(fù)關(guān)鍵詞“超聲波加濕器”即可觀看精彩視頻內(nèi)容。
火星故事
次聲波的武器
由于次聲波對人體有巨大危害，有些國家開始研究次聲波武器。據(jù)說，第一臺次聲波發(fā)生器是由法國科學(xué)家加夫雷奧在1972年發(fā)明的，它產(chǎn)生的次聲波可以傷害5千米以外的人。發(fā)明者還得出結(jié)論：頻率為7赫茲的次聲波可對人體造成致命的打擊。據(jù)報道，1986年法國國防部次聲波實驗室進行實驗時，由于疏忽致使次聲波沖出實驗室，導(dǎo)致16千米外正在吃飯的20口之家和正在田間勞作的10口之家全部喪命。
次聲波武器的特點：
1．次聲波武器突襲性
次聲波在空氣中的傳播速度為每秒340米，在水中傳播更快，每秒可達1500米左右。次聲波是常人聽不到、看不見的，故除了傳播迅速之外，次聲波還具有良好的隱蔽性。
2．次聲波武器作用距離遠
聲波的頻率越低，傳播時介質(zhì)對它的吸收就越小，波的傳播距離也越遠。比如，炮彈產(chǎn)生的可聞聲波，由于衰減快，在幾千米外就聽不到了；而氫彈產(chǎn)生的次聲波可繞地球傳播好幾圈，行程十幾萬千米。故高強度的次聲武器具有洲際作戰(zhàn)能力。
3．次聲波武器穿透力強
傳播介質(zhì)對低頻率的聲波吸收較小，故次聲波具有很強的穿透能力。一般的可聞聲波，一堵墻即可將其擋住，而實驗表明，次聲波能穿透幾十米厚的鋼筋混凝土。因此，無論敵人是在掩體內(nèi)躲藏，還是乘坐在坦克中，或深海的潛艇里，都難以逃脫次聲武器的襲擊。
4．次聲波武器無污染
次聲波在殺傷敵人的同時，不會造成環(huán)境污染，不破壞對方的武器裝備，可作為戰(zhàn)利品，取而用之。
頭腦大爆炸
課后練習(xí)
1．用超聲波洗鏡器清洗眼鏡是利用超聲波（ ）。
A．具有能量
B．穿透能力強
C．傳播距離遠
D．遇到障礙物能反射
2．剛竣工的三峽大壩經(jīng)過超聲波檢測，無一結(jié)構(gòu)性裂縫。超聲波探傷儀發(fā)出超聲波時，人耳不能察覺，原因是超聲波（ ）。
A．速度太快
B．響度太小
C．頻率太高
D．頻率太低
3．2018年5月12日，四川汶川發(fā)生強烈地震，地震造成數(shù)萬人員傷亡，地震產(chǎn)生的次聲波往往對人體健康有害，次聲波的特點是（ ）。
A．頻率高，人耳聽不到
B．頻率高，人耳能聽到
C．頻率低，人耳能聽到
D．頻率低，人耳聽不到
4．與人耳能聽到的聲音相比，次聲波具有較小的（ ）。
A．傳播速度
B．傳播能量
C．振動幅度
D．振動頻率
5．發(fā)生地震、臺風(fēng)時，常伴隨有________（超聲波／次聲波）的產(chǎn)生。頻率高于20000赫茲聲音叫作超聲波。
6．超聲波具有_______、________等特點，主要應(yīng)用于航海探測、醫(yī)療治療、金屬探傷等方面；次聲波具有_______、_______等特點，主要應(yīng)用于監(jiān)測地震、遙測核爆炸等方面。