性命之谜(八)声音的秘密:莫道世界无鬼怪,次声波在等着你

作为仅次于视觉的感官,听觉在人类的生活中有重要作用。往往人在不幸丧失视觉之后会获得更多的听觉补偿。传说厉害的人甚至可以“以耳代目”。像港剧《少林与咏春》中,三德和尚被敌人暗算丧失了视力,但他却凭借自己超人的耳力和对环境的了解成功地伪装成正常人并欺骗了敌人。

米雪主演的《少林与咏春》

这未必是传说。现实中的确有人用耳朵来“看见”物体的。在中央电视台的大型励志节目“挑战不可能”中,就有多位盲人勇敢地走上电视,向我们表演他们是如何“看见”小孩、水杯、柜子等物体。其实这些人是拜了自然界的一位盲眼大咖作为师傅,那就是蝙蝠。

1、回声定位

我们都知道,蝙蝠的眼睛虽然看起来亮晶晶,但那其实就是一个摆设。而它所以能在天空中随意飞行,绕开障碍,捕捉昆虫,全是依靠自己能够从口中吐出声波。然后这声波被物体反射,回弹到蝙蝠大大的耳朵中,以此判断物体的形状、距离。

这些盲人英雄也一样。他们在行走时,从嘴里通过弹舌发出声音。声音撞到物体后反弹。虽然在我们正常人的耳中这些回声很细微,但是以他们的超常听力已经能够得到足够的信息了。其实更适用这种能力的地方不是在正常的生活中,而是在深海这样的能见度极低的空间,这时这种回声定位的技能比眼睛还重要。很多海洋生物都擅长这能力。而人类利用它最大的发明就是雷达,也就是通过回声定位发现飞机。

海豚也是依靠回声定位发现鱼群

其实我们每一个人的听力都可以很强。当我们把耳朵捂住的时候,我们所听到的“嗡嗡”的声音其实就是我们血管中的血流声。只是能够敏锐地捕捉这种声音的人太少了。他们不一定是盲人。有位叫马布特的英国人,在一次偏头痛后,他意外地获得了超常的听力。连自己咀嚼爆米花的声音听起来都是“震耳欲聋”。他甚至能听到自己眼珠转动的声音,这让其很是苦恼。

当然,正常人都不想要这样的能力。我们只要能够听到自己想听的声音就够了。而这点其实也是正常的听觉能力。就象在一场热闹的晚宴中,我们往往也能够听到被轻声叫出的自己的名字。如果这个距离再长一点,不就是传说中的“顺风耳”了吗?不过要想拥有这种超能力,我们就得先了解声音是什么。它是如何产生的。

2、声音的本质

其实只要我们去到群山之巅,长啸一声,就可以解决这个问题。因为在山峰间传播的回声与余声就告诉了我们,声音也就是一种波。它是在大气中的分子受力后发生移动后产生的。当我们说话时,发声器官就拨动了空气,移动物体时也是这样发出了声音。就象弹动琴弦,在短弦上发生的拔动声音短而尖锐,长弦上的声音长而浑厚,而且产生声波后,它就象水波一样产生了扩散,涟漪漫向远方,和其他声音产生的涟漪相互干扰,甚至反弹,最终平复。

声波

因此,有了分子才会有声音,没有分子就不会有声音。所以在几乎没有空气的宇宙空间中就不会产生声音。有些科幻片设定在太空中的激战导致发生巨大的爆炸声。那其实是导演物理知识不足而闹出的笑话。同样在《变形金刚》中,铁皮在一个女孩的尖叫声中用慢镜头为人类拔开来袭的弹药也是个物理错误,因为在被拉长的声音内,声音的强度也应该同时被拉开,以至微小到听不清楚。

正常的音速是在标准的大气压下和15度的温度里测得的,约每秒340米,也就是说是每小时一千二百二十四公里。这在人类的速度上已经是极快,于是以之作为速度的标准,将此称为一马赫。当前最快的战斗机即苏联的米格25,它的速度是2.75马赫。最快的飞机是美国的无人驾驶飞机X-43,速度为9.8马赫。所以说超音速飞机就是对抗雷达的利器。因为当它们被侦测到时,早就飞到了指定攻击地点。当然更不用说还有不易用雷达侦测到的隐形飞机。通过消除雷达波反射的技术,隐形飞机引发的反射可以不比一只麻雀更大。

美国隐形飞机

但是在陆地上1997年达到的一马赫极限速度至今也只是面临存在于理论中的挑战。因为地面的摩擦力和更复杂的状况让这个速度被打破的可能性更难。以至于很多人自然而然的以为声音在空中会跑得更快,但事实正相反,如果声音传递的位置的原子或者分子越多,质量越大,那么音速就能更快。经过测算,声波在水中的传输速度是每秒1482米。而在铅中的传输速度是每秒2000米。在钢铁中是每秒5960米,在钻石中其速度甚至可以达到13600米,也就是四十马赫!现在可以知道为什么在神话中会有“五行遁法”了吧?因为它会比在空中飞行快得太多。

因此,在著名的日本特摄片中,导演就犯了个大错,他们轻易地把怪兽的速度设定为地下超音速。如果现实中也真是这样,等奥特曼飞到现场时,怪兽早就破坏得差不多了......

但音速还会带来另一个问题,那就是音障。当速度加快时,前方的物质来不及左右排开,都堆积在头部。随着压力的提升,阻力会迅速加大,最后形成旋涡。即使这物质是空气,也足以将未经加固的机头撕成碎片。而且当突破音障时,两侧分开的力量会在迎风面形成音爆,音爆范围会形成一个“死亡三角区”,即以最前端为顶点的一个三角形范围。超过它在这角度范围外的部位都将受到极大的切割力。而且超过音速越快,这个三角形的角度就越小。就象《哥斯拉》中的三头金龙基多拉,如果它以超音速在空中飞行时,中间那个脑袋突破音障时的切割力就足以切下它左右两边的脑袋。

突破音障

三、声音的等级

不过解决这个问题是空气动力学家的事。现在再来看看声波的其他特性。越坚硬、质量越大的物体发出的声音也就越大,这就是所以铁鼓比皮鼓更响的原因。所以古代习惯用铜铸造大钟,在皇家的大钟里还会加入金银。因为钟体越大、越重,发出的声音就越传得远。但是什么样的声音才能算得上“大”呢?

其实这用数学模型表示就象山峰与山谷。峰越高,声音越响。它的位置是“分贝”。这个单位来自于发明无线电的先驱贝尔。一分贝的声音就是一“贝尔”的十分之一。按计算,0分贝就是静音。就算有声音,可能也就是空气分子对鼓膜随机撞击而发生的。

声音的等级

当声音升到10-20分贝时,你可以听到安静房间里的呼吸声。树叶的沙沙声。

人正常交谈的分贝是40-50。用电吹风发出的分贝是70-80。吵架是90-100分贝。

120分贝开始是难以忍受的嘈声了,雷声也出现在这一级里,甚至可以引起短期听力损伤。

开枪是160-170分贝,火山爆发是180-190分贝。

正常声响的极限是194分贝,因为这个级别是大气波动能发出声响正常的最大值。但也不意味着没有其他更大的声音,但更大的声音破坏力太强,可能让附近的人瞬间丧命,甚至会引起测量失真。因此不能确定。

四、声音的频率

就像光一样,我们能够听到的声音也只是自然界声音的一小部份。这个就与声音振动的频率有关。科学家们将每秒的声音振动频率用单位“赫兹”表示。一秒振动一次就叫“一赫兹”。但应用得最多的单位是“千赫”,即一秒振动一千次。人类听力的上限在18--20千赫。超过这个频率就叫“超声波”,人耳是无法听见了。一般男性说话在120赫兹。女性在240赫兹。但人类的嗓音总体频率在80-1100赫兹之间。而如果低于20赫兹的声音人类也听不到。那个区间被叫做“次声波”。

声音的频率

超声波与次声波各有特点。超声波有很强的方向性,能够被更多的物体反弹,精于此道的就是蝙蝠。它的叫声高达100千赫以上。这让它们的回声定位更为准确。凭借这一技能蝙蝠不但可以在空中自由飞行。更能在成群飞行中准确辨认出自己的声音而不受干扰。人类更是找出了超声波的更多用途,比如说洗牙或者打碎体内结石,还可以用来检查仪器内部。超声波很容易成为有力的武器。在《创龙传》中,龙堂终(西海白龙王敖闰)在化为原身时用风化做超声波毁灭了美军的横田基地。一座座建筑都在超声波面前化为了齑粉。

而次声波的用途则更长于远距离通信。因为它有很强穿透性,在海水中可以传播得很远。象鲸鱼就能用它来吟唱,它们的声音可以传到几百公里之外。但科学家们怀疑这些鲸语的传播可能还要远得多,甚至可能跨过大海。已经发现了在不同海洋中的鲸鱼的疑似连络迹象。

而且次声波也不光是鲸鱼的专利,最新研究发现,像虎豹这样的猛兽也会发出次声波。虽然人耳听不见,但却能直接影响猎物的内脏,让其知觉失调,从而被捕食。

海军装配的次声波武器

现在也有研究次声波武器的情况。这样的武器可以作用于人的神经和内脏,让人在没有外伤的情况下痛苦而死。有一种说法,所谓“闹鬼”其实就是次声波对人体的作用。虽然人耳听不到它,但是也能感觉到空气的振动。而且内脏器官也会受到影响。更关键的是,不是所有 的人都听不到超声波和次声波的。有些小孩对环境更敏锐,更会受到影响。

五、共振现象

声音还有其他神奇的地方。可能很多人都听过这样一个故事。那发生在唐朝的长安城。有个和尚突然生病了。他的朋友曹绍夔来慰问,才知道原因是和尚有个磬钟。每天在一定时间就会自动发出声响,这让和尚很害怕,也不知道是什么妖魔作祟,所以病了。

曹绍夔说:“别急,我帮你看看。”

于是他转了两天,等回来时,手里拿着一把挫刀。

“你是要干什么?”和尚吃惊地问。

“我就来给你捉鬼了!”曹绍夔笑道,他用锉刀在钵盂上挫了几道口子,磬钟就不再响了。

“这口磬钟响的时候正是寺里敲钟吃饭的时间。”曹绍夔解释:“那磬与钟的乐律相合,所以就响起来了。”

声音的共振现象

“乐律”是什么,现代人不是很清楚,我们用了另一个名词来解释这种现象,那就是“共振”。

在神话中有一种观点,那就是万物都有其真名,无论神仙妖魔,只要了解了真名就可以被控制。这个说法现在已经被部分证实了。因为科学实验表明,每种物质都有其固有频率。当外部环境发出的频率和物质本身的频率相同或者接近时,就会发生共振。就象敲斋钟而引起磬钟发响一样,十分神奇。

有一个很著名的表演,那就是歌唱家唱到高音时,玻璃杯自已碎掉。很多人都以为是歌唱家的高音击破了玻璃杯。事实上是歌声激发了玻璃杯的共振,才使其碎掉。

共振有时候会对物体造成损害,比如说引起桥梁垮塌,但在音乐中也能让声音变得更美妙,当前最先进的音箱就是“共振式音响”,可以360度放声。

共振音响

但是磬钟、玻璃杯、桥梁都是非生物,生物是否也会有共振存在呢?理论上当这个共振存在时。如果用声音重复这个共振,就可以对生物产生影响。就象唐僧的紧箍咒一样,能够控制孙悟空。也许这就是神话中“真名”的源头,宗教也认为声音是通向神的途径,佛教的六字真言:“唵嘛呢叭咪吽”就被认为可以影响内脏。不过还没有得到科学的证实。曾经有所谓“生物共振仪”卖,但已经证明了是伪科学。

不过共振现象还是有作用的,通过它,失聪者也能感受到声音。而研究发现,其对人体的影响和正常人是一样的。这就证明了声音的神奇。

当了解了声音的秘密后,我们可以知道,所谓“顺风耳”也不会是多不可思议的功能了。现代科技已经研发出了“激光窃听器”。仅仅依靠偷偷打在玻璃上的激光,就能监听室内人的谈话。其实原理也就是依靠玻璃受声波的振动发生的细微偏移影响了激光的回馈。再将这种反射信号还原成声波就能进行监听了。

激光窃听器

于是在科技的帮助下,“顺风耳”变成了“顺光耳”。如果能发挥想象,可以肯定,我们会发现声波更多有趣的利用方向。但必须记住,声音不是单一的,音乐就是声音之美的极致。其旋律之中更有大秘密。而这会在后面探讨。


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