回聲定位

回聲定位

回聲定位(回聲定位)

英文Echolocation；某些動物能通過口腔或鼻腔把從喉部產(chǎn)生的超聲波發(fā)射出去，利用折回的聲音來定向，這種空間定向的方法，稱為回聲定位。

目錄 原理 生物學(xué)研究 應(yīng)用 人類極限 收縮展開 原理

回聲是當(dāng)聲波碰到一個障礙物（如懸崖）時，它會彈回來，我們會再聽到這個聲音。這種反射回來的聲音稱為回聲。在戶外空曠的地方，回聲比較模糊，因為聲音的震動會向四處散開，能量會散失。而在一個密閉的空間里(如隧道)，反射的聲音不會跑掉，所以回聲很大。 回聲定位 蝙蝠會發(fā)出尖銳的叫聲，再用靈敏的耳朵收集周圍傳來的回聲�；芈晻�告訴蝙蝠附近物體的位置和大小，以及物體是否在移動。這種技術(shù)稱為回聲定位法。它可以幫蝙蝠在黑暗中找到方向以及捕捉獵物（如飛行中的昆蟲）。 蝙蝠尖銳的回聲我們是聽不到的，但蝙蝠發(fā)出的其他聲音有些是我們能聽得到的。 研究回聲最好的地方是一片石墻（如懸崖）的附近。如果你面對懸崖大聲叫，你的聲音會傳到懸崖再反射回來。如果聲音是從懸崖的不同部分反射回來的，你就可以聽到好幾個回音，就好像有好幾個人在回答你。

生物學(xué)研究

某些動物能通過口腔或鼻腔把從喉部產(chǎn)生的超聲波發(fā)射出去，利用折回的聲音來定向，這種空間定向的方法，稱為回聲定位。根據(jù)研究已知動物界小蝙蝠亞目的幾乎所有種類、大蝙蝠亞目的果蝠屬、鯨目的齒鯨類（即豚類）、鰭腳目的海豹和海獅、食蟲目的馬島猬科、鼩鼱科的短尾鼩、南美的油鳥、東南亞的金絲燕及有些魚類都具有回聲定位的本領(lǐng)。它們的體內(nèi)皆有完成回聲定位的天然聲吶系統(tǒng)。聲納主要由“聲波發(fā)射器”、“回聲接收機”和“距離指示器”構(gòu)成。 蝙蝠回聲定位 如“雷達飛獸”蝙蝠能在完全黑暗中，以極快的速度精確地飛翔，從不會同前方的物體相撞。如將它的耳蒙上，并把嘴堵上，則失去避免與物體相撞的本領(lǐng)。經(jīng)高頻脈沖檢測裝置測量后，證實蝙蝠在飛行時，喉內(nèi)產(chǎn)生并能從通過口腔發(fā)出人耳聽不到的超聲波脈沖。 人類至多能聽到頻率為20千赫的聲音，而有的蝙蝠能發(fā)出和聽到100千赫的聲音。當(dāng)遇到食物或障礙物時，脈沖波會反射回來，蝙蝠用兩耳接受物體的反射波，并據(jù)此確定該物體的位置，并可從兩耳分別接受到回波間的差別，來辨別物體的遠近、形狀及性質(zhì)；物體的大小則由回波中的波長區(qū)別出來。大部分蝙蝠能用舌頭顫動發(fā)音，有些則發(fā)出尖的鳴叫聲，還有一些能由鼻孔透出聲音。它們都有助于蝙蝠確定回波的方向，來決定自己要前進，還是轉(zhuǎn)彎。 蝙蝠在空中能利用超聲波來“導(dǎo)航”，就能迅速準(zhǔn)確捕捉飛蟲。此外，某些海洋哺乳類能在水下發(fā)出頻帶很寬的聲波，甚至高達30萬赫。如齒鯨、海豚，能借助于附近陸地對聲音的'反射，用回聲定位來測定方向，得知物體或海岸的位置。某些海豹、海獅也能發(fā)出水下超聲波。 利用波在傳播過程中有反射現(xiàn)象的原理探測物體方位和距離的方式叫“回聲定位”。動物的“回聲定位”是指動物通過發(fā)射聲波，利用從物體反射回來的回波進行空間定向的方式，它有捕捉獵物和回避物體兩種作用。 海豚和蝙蝠回聲定位及進化研究 海豚和蝙蝠并沒有多少相似之處，然而它們卻有同一個超能力：都可以通過發(fā)出尖銳聲音和監(jiān)聽回聲來捕捉獵物。一項研究顯示，該能力是它們各自通過相同的基因突變而形成的。這表明，即使差異很大的動物，也會通過相同的進化步驟，形成新特征。2010年，英國倫敦大學(xué)瑪麗皇后學(xué)院的進化生物學(xué)家Stephen Rossiter和同事判定，蝙蝠和海豚中被稱為壓力素的特殊蛋白質(zhì)有著相同的突變，會影響聽力的敏感度。Rossiter的團隊已經(jīng)將研究擴展到整個基因組。他們對蝙蝠家族多個種類中的4種蝙蝠的基因組進行測序，其中兩種蝙蝠使用回聲定位，另兩種不使用。 瑪麗皇后學(xué)院的進化生物學(xué)家Joe Parker將蝙蝠的基因組測序結(jié)果與包括寬吻海豚在內(nèi)的許多其他哺乳動物進行比較。他主要關(guān)注了所有蝙蝠、海豚和至少其他5種哺乳動物的2300種單拷貝基因。他評估了在蝙蝠和海豚中，每個基因和其對應(yīng)基因有多相似。該分析表明，200種基因以同樣的方式進行了獨立改變。 人回聲定位術(shù) 盲人的聽力通常更加敏銳，有證據(jù)顯示，經(jīng)過培訓(xùn)，他們能利用聽力解讀回聲、進而在腦中形成一系列詳細(xì)形象，包括物體距離、甚至大小和密度等。 其原理是當(dāng)盲人的舌頭發(fā)出響亮的聲音，聲波撞到前方物體上后，回聲會反饋到盲人的耳朵中，從而使他們能夠分辨前方物體的大小、形狀和距離，對于回聲信息的處理可以讓盲人“看見”前方的物體。大腦對這一回聲信息的處理方式和正常人通過眼睛視物的處理方式有點類似，只不過學(xué)會回聲定位法的盲人是通過回聲在大腦中形成物體，而普通人是通過射入視網(wǎng)膜的光線在腦海中形成物體。

應(yīng)用

回聲可以用來測魚群、潛水艇和沉到海底的船。有些船上裝有回聲測深器，這種儀器會把聲波送到海里。而回聲傳回船上所花的時間，可以用來算出船下任何物體的形狀和位置。它也可以用來畫出海床的深度和輪廓。這種技術(shù)稱為聲納，意思是聲音的航行和測距。聲納是很靈敏的，它可以分辨一條大魚和一群小魚。 未來應(yīng)用 研究表明手機可成為一種回聲定位裝置 2013年6月，瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院信號處理專家發(fā)現(xiàn)回聲定位能使普通手機“看到”房屋的形狀結(jié)構(gòu)，這項最新研究發(fā)表在了最新出版的《美國國家科學(xué)院學(xué)報》期刊上。 麥克風(fēng)回聲定位很難實現(xiàn)，房間的環(huán)境噪聲干擾墻壁反彈的聲音信號，有時這種回聲反彈會重復(fù)多次。但研究數(shù)學(xué)原理發(fā)現(xiàn)，通過手機揚聲器釋放聲音可產(chǎn)生回聲效果，其原理有點兒像人們照鏡子，人的眼睛注視鏡面反射，只是一個虛幻成像�；�于這種原理也可應(yīng)用于聲音，假定每個回聲定位作為信號來源，形成一種矩陣，使用先進的數(shù)學(xué)算法以正確的方法聚焦回聲定位，即可推斷出房屋的形狀結(jié)構(gòu)。

人類極限

美國加利福尼亞州一名14歲男孩從3歲起就雙目失明，但現(xiàn)在他卻能像其他同齡孩子一樣自由自在地溜冰、玩電子游戲，甚至踢足球和打籃球。原來，他學(xué)會了一種只有蝙蝠和海豚才會的“回聲定位法”，他能通過舌頭發(fā)出聲音，再根據(jù)“回聲”辨別出各個物體所在的位置。 據(jù)美國《人物》雜志報道，現(xiàn)年14歲的本·昂德沃德是加州首府薩克拉曼多市人，他從3歲時雙眼就患上視網(wǎng)膜癌而失明。但他有一種特殊的本領(lǐng)———“回聲定位”，他的舌頭會發(fā)出一系列聲音流，聲音碰到物體后會產(chǎn)生只有他自己能聽見的回聲：如果回聲是軟的，那表示前面有金屬物;如果回聲很濃厚，表示面前有樹木;如果回聲尖銳，表示前面是玻璃。通過回聲的響亮和微弱程度，本還可以在心中測量出物體距自己的距離。

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