生活中的声学

超声波及其应用

人耳最高只能感觉到大约 20000 Hz 的声波，频率更高的声波就是超声波了．超声波广泛地应用在多种技术中．

超声波有两个特点，一个是能量大，一个是沿直线传播．它的应用就是按照这两个特点展开的．

理论研究表明，在振幅相同的情况下，一个物体振动的能量跟振动频率的二次方成正比．超声波在介质中传播时，介质质点振动的频率很高，因而能量很大．在我国北方干燥的冬季，如果把超声波通入水罐中，剧烈的振动会使罐中的水破碎成许多小雾滴，再用小风扇把雾滴吹入室内，就可以增加室内空气的湿度．这就是超声波加湿器的原理．对于咽喉炎、气管炎等疾病，药力很难达到患病的部位．利用加湿器的原理，把药液雾化，让病人吸入，能够增进疗效．利用超声波的巨大能量还可以把人体内的结石击碎．

金属零件、玻璃和陶瓷制品的除垢是件麻烦事．如果在放有这些物品的清洗液中通入超声波，清洗液的剧烈振动冲击物品上的污垢，能够很快清洗干净．

俗话说“隔墙有耳”，这说明声波能够绕过障碍物．但是，波长越短，这种绕射现象越不明显，因此，超声波基本上是沿直线传播的，可以定向发射．如果渔船载有水下超声波发生器，它旋转着向各个方向发射超声波，超声波遇到鱼群会反射回来，渔船探测到反射波就知道鱼群的位置了．这种仪器叫做声纳．声纳也可以用来探测水中的暗礁、敌人的潜艇，测量海水的深度．

根据同样的道理也可以用超声波探测金属、陶瓷混凝土制品，甚至水库大坝，检查内部是否有气泡、空洞和裂纹．

人体各个内脏的表面对超声波的反射能力是不同的，健康内脏和病变内脏的反射能力也不一样．平常说的“B超”就是根据内脏反射的超声波进行造影，帮助医生分析体内的病变．

有趣的是，很多动物都有完善的发射和接收超声波的器官．以昆虫为食的编幅，视觉很

差，飞行中不断发出超声波的脉冲，依靠昆虫身体的反射波来发现食物．海豚也有完善的“声纳”系统，使它能在混浊的水中准确地确定远处小鱼的位置．现代的无线电定位器——雷达，质量有几十、几百、几千千克，蝙蝠的超声定位系统只有几分之一克，而在一些重要性能上，如确定目标方位的精确度、抗干扰的能力等都远优于现代的无线电定位器．深入研究动物身上各种器官的功能和构造，将获得的知识用来改进现有的设备和创制新的设备，这是近几十年来发展起来的一门新学科，叫做仿生学。

噪声污染对身心健康的危害

1．强的噪声可以引起耳部的不适，如耳鸣、耳痛、听力损伤。据测定，超过 115分贝的噪声还会造成耳聋。据临床医学统计，若在80分贝以上噪音环境中生活，造成耳聋者可达50％。医学专家研究认为，家庭噪音是造成儿童聋哑的病因之一。

2．使工作效率降低。研究发现，噪声超过85分贝，会使人感到心烦意乱，人们会感觉到吵闹，因而无法专心地工作，结果会导致工作效率降低。

3．损害心血管。噪声是心血管疾病的危险因子，噪声会加速心脏衰老，增加心肌梗塞发病率。医学专家经人体和动物实验证明，长期接触噪声可使体内肾上腺分泌增加，从而使血压上升，在平均70分贝的噪声中长期生活的人，可使其心肌梗塞发病率增加30％左右，特别是夜间噪音会使发病率更高。调查发现，生活在高速公路旁的居民，心肌梗塞率增加了30％左右。调查1101名纺织女工，高血压发病率为 7.2％，其中接触强度达100分贝噪声者，高血压发病率达15.2％。

4．噪声还可以引起如神经系统功能紊乱、精神障碍、内分泌紊乱甚至事故率升高。高噪声的工作环境，可使人出现头晕、头痛、失眠、多梦、全身乏力、记忆力减退以及恐惧、易怒、自卑甚至精神错乱。在日本，曾有过因为受不了火车噪声的刺激而精神错乱，最后自杀的例子。

5．干扰休息和睡眠。休息和睡眠是人们消除疲劳、恢复体力和维持健康的必要条件。

但噪声使人不得安宁，难以休息和入睡。当人辗转不能入睡时，便会心态紧张，呼吸急促，脉搏跳动加剧，大脑兴奋不止，第二天就会感到疲倦，或四肢无力。从而影响到工作和学习，久而久之，就会得神经衰弱症，表现为失眠、耳鸣、疲劳。

6．对女性生理机能的损害。女性受噪声的威胁，还可以有月经不调、流产及早产等，如导致女性性机能紊乱，月经失调，流产率增加等。专家们曾在哈尔滨、北京和长春等7

个地区经过为期3年的系统调查，结果发现噪声不仅能使女工患噪声聋，且对女工的月经和生育均有不良影响。另外可导致孕妇流产、早产，甚至可致畸胎。国外曾对某个地区的孕妇普遍发生流产和早产作了调查，结果发现她们居住在一个飞机场的周围，祸首正是那飞起降落的飞机所产生的巨大噪声。

7．噪声对儿童身心健康危害更大。因儿童发育尚未成熟，各组织器官十分娇嫩和脆弱，不论是体内的胎儿还是刚出世的孩子，噪声均可损伤听觉器官，使听力减退或丧失。据统计，当今世界上有7000多万耳聋者，其中相当部分是由噪声所致。专家研究已经证明，家庭室内噪音是造成儿童聋哑的主要原因，若在85分贝以上噪声中生活，耳聋者可达5％。

8．噪声对视力的损害。人们只知道噪声影响听力，其实噪声还影响视力。试验表明：当噪声强度达到90分贝时，人的视觉细胞敏感性下降，识别弱光反应时间延长；噪声达到95分贝时，有40％的人瞳孔放大，视模糊；而噪声达到115分贝时，多数人的眼球对光亮度的适应都有不同程度的减弱。所以长时间处于噪声环境中的人很容易发生眼疲劳、眼痛、眼花和视物流泪等眼损伤现象。同时，噪声还会使色觉、视野发生异常。调查发现噪声对红、蓝、白三色视野缩小80％。所以驾驶员应避免立体场音响的噪声干扰，不然易造成行车事故。

立体声的出现

1881年8月30日，克来门·阿代尔在德国获得了一项“改善剧场电话设备：的专利。阿代尔的发明是：把两组麦克风置于剧场舞台的两边，声音便被分程送到载着受话器的观众的耳中。这项发明在1881年举办的巴黎博览会上首次演示。在那里“播送”巴黎剧场舞台

上的演出，获得了极大的成功。人们认为，这是首次听到了立体声。大约与此同时，有一位叫奥恩佐格的发明家，在普鲁士王储的宫殿里也使用了跟阿代尔的发明类似的装置。

立体声的突出特点是，是比起单声道或单源音来，能使听众更容易找到声源的位置。这种现象，跟人们用两只眼睛比用一只眼睛更能准确地判断距离的远近的道理是一样的。在第一次世界大战中，有一种用来发现敌人飞机的“双耳接收喇叭”，就是利用了立体声的这一特点。也就是把两个大喇叭的小的一端用橡皮管连接到操作人员的两只耳朵上，他的听觉的方向性就会得到大大的加强。

立体声的发展，最初是与电话系统的发展密切相关的。在20世纪30年代初期，以弗莱彻等人为指导，以斯托考斯基为顾问的贝尔电话寝室，是研究立体声的主要力量。

在贝尔实验室里，有一个叫奥斯卡的哑吧，他是推动立体声研究的主要人物。奥斯卡是一个裁缝的孩子，由于聋哑，他在两只耳朵里安了两个麦克风，用以尽量创造条件听到声音。1933年4月27日，贝尔电视实验室作了一次公开实验：把在费城举办的音乐会，通过电话线路以立体声的方式传到华盛顿。

早在1925年，康涅狄格州钮黑文的WPAJ电台，就通过采取用两种不同波长播同一节目，在听者的两只耳朵上各用一们接收器来分别收听的办法，进行了立体声广播。而于1930年获得最早的立体声唱片专利权的，则是电气和音乐工业公司的布吕姆莱因。

把噪声“吃掉”

有“吃”声音的东西吗？

找一只滴嗒作响的小闹钟，用棉被把它包上，怎么样？它的响声被“吃”掉了吧？

玻璃棉、矿渣棉、泡沫塑料、毛毡、棉絮、加气混凝土、吸声砖……都是吸声材料。这些材料不是十分松软，就是带有小孔。声波传播到吸声材料上，就会引起小孔隙里空气和细小纤维的振动，由于摩擦等阻碍，声能被转化成了热能，声音就这样被“吃”掉了。