声音的奥秘

在各种声音里，有些声响是人耳所不能听见的。在对大气进行科学研究的时候，人们放一个不大的轻气球到空中去。科学家们老早就发觉：一个人把头靠近气球，便感觉到耳朵里面隐隐作痛。这种很不舒服的感觉只有在海岸上或者在轮船上的时候才会出现。假如我们在陆地上离海很远的地方进行实验，耳朵里就不会感觉到疼痛。苏联科学家们研究了这种奇异的现象，并且确定：这是因为气球里聚集了一些特殊的声波，这些声波是我们的听觉所够不到的，可是作用在耳鼓膜上便会使它疼痛。声音就是空气的振动，有时候是快的振动，有时候是慢的振动。在大风琴的粗管子里，空气缓慢地振动，发出粗宏、低沉的声音；而在细的管子里，空气迅速地振动，发出高昂的声音。轮船的气笛发出的粗大的低音，每秒钟内的振动只有几十次，而最细的蚊子的尖叫声，每秒钟的振动却有上千上万次。在自然界中的声音，有比气笛更低的声音，也有特别高的声音，但这些都是人耳听不见的。如果振动的次数少于每秒15次，空气中就产生了听不见的声音——这即是在可闻限以下的所谓“低外声”。例如，当大风在海浪的浪头间滑过的时候，便形成了这样的声音。低外声在海面上飞向四面八方，越过好几千公里，甚至会侵入门窗掩闭着的房子里。但是，这种声音是在每秒钟十来次的振动下发生的，因此，我们不能够听见它们。

海洋的低外声比最强的飓风飞得更快，它到达岸上远比产生这种声音的风暴为早。它通知每个能够听见这种声音的人和生物：暴风雨要来了！看来，很多海洋生物是能够听见它的。在泥泞的沙滩上蹦跳的小虾——所谓海蚤，总是在狂风骇浪到达之前很久便跑到离海较远的地方去。而鱼和水母在听到海的警报以后，就深深地潜入海底。这时候连气压表也还没有预测出暴风雨的到来。

但是，我们也不必为了人耳的灵敏度大小而发愁。我们总可以用更精密的仪器来弥补。现在，苏联的科学家们正致力于这项工作，而且在不久就会有这样的一天：那时候，一种能够收听低外声的人造耳，将能够灵敏地感受出在遥远的海上咆哮的暴风雨的声音，并且及早预报出来。在海的声音中，除了这种听不见的低外声以外，还有一种回声，也是听不见的。一个古老的故事说：有一个古怪的人，他收购回声。他不怕花钱，到全国各地去收买回声——正确点说是：去收买那些回声听得特别好的地方。结果，他有了一批惊人的搜集品：有只重复最后一个字的回声，有七重回声，有象是在墓里低沉他讲话一样的“幽冥”回声，最后，还有一种能够齐声回答问题的回声。这个古怪的人很以他自己独特的搜集品而自豪，而邻居们都嘲笑他。可是邻居们却没有想到：回声是可以用来为科学和人类服务的。科学家们能把回声利用在很多种仪器上。回声，这本来是声波在各种物体上的反射，因此，可以利用它来测量距离。声音的速度是我们知道的，而声音飞到一件物体上并反射回来所需要的时间，也是能很容易计算出来的。回声也能帮助测量海洋的深度：在浅的地方回声折回来很快，而在深的地方回来就比较迟。如果知道声音在水中传播的速度，那就很容易计算出水面到水底的距离。人们曾经进行过很多次的试验：撞响沉重的海钟，听听看回声什么时候回来；在水底爆炸过子弹和手榴弹；还设计了一些特别的水底哨笛和发音器。但是，最初，事情总是进行得不顺利。声音在水中散开来，向四面八方传播，以致回声过于微弱，而且容易和海中的其它声音混淆起来。“不用声波，而用某种别的波来试试不行吗？”科学家们想出了办法，“例如说，普通从镜子里射出的光影，这不是一种回波——光波的反射吗？”

但是，光在水中传播得不好，它要被分解成各色的光线并且迅速地被海水吸收掉。最强的探照灯，只是在三十公尺的深度下，光度便要减弱到百分之一。无线电波在碰到金属物体的时候也会成为回波反射转来。把强力的无线电射束向四面八方发出去，即使是在浓雾或者是在黑夜中也能由反射回来的“无线电光影”上探测出天空中的飞机、草原上的汽车和海洋中的轮船。但是，无线电射束也不能在水中传播。水对于它们，就象铜墙铁壁似地，完全不能穿越。因此，不论是在对潜水艇的通讯上，或者是在海洋深度的测量上，都不能利用无线电信号的回波。唯一能穿透深水进行探测的是强力的超声波射束。有一种仪器，能够发出人耳听不见的声音信号（超声波），并且接收回波，它的发明者把它叫做回声测探器。回声测探器发明以后，科学家们才知道：有些动物也能够利用超声波回声。

蝙蝠在黑暗中怎样寻找自己的道路呢？它们怎样在飞行中捕捉夜出的昆虫呢？这些问题在很久以前就引起了自然科学家们的兴趣。也许，蝙蝠在黑暗中看得见吧？或者，它们具有惊人的嗅觉吧？或者，它们甚至不必接触到一件物体，就能够觉察出它来吧！

为了揭开这个谜，科学家们做了这样一个试验。在一间完全黑暗的屋子里，横七竖八地拉上了好些绳子，上面挂着小铃铛。然后，把一只用蜡封住眼睛的蝙蝠放进屋子里去。奇怪，这只瞎蝙蝠竟然碰不着绳子，它毫无声息地在屋子里飞来飞去。铃铛一次也没有响。

这种莫明其妙的现象使科学家们伤透脑筋。只有到能够接收超声波的仪器出现之后，秘密才被揭开。原来，蝙蝠在飞行的时候，总是不停地发出尖声，每秒钟有20-30回，但是这种最细微的叫声是人耳所不能听到的。超声波碰到了拦在前面的物体，就反射回来，而蝙蝠就用它的巨大的耳朵来接收这种听不见的回波，并且在一片漆黑中毫无错误地找寻出自己的道路。当然这种“声音测位术”是很不完善的，人类创造的超声波仪器还比它优越：人接收听不见的回波不是从几厘米以外，而是从几十公里之外发出来的。现代的回声测探器放出的声音，频率达到每秒钟四万次。这种强力的、却听不见的超声波不是向所有的方向传播，不是白白地在水中散失，而是成为细细的一束向前飞射，象一股强力的激流或者探照灯的光线一样。人们把这种超声波射束向正下方直射，使它的回波从海底反射回来，并且用特制的“超声波耳”及时地把它捉住。

在探测的时候，观察者用不着进行辛苦的计算。回声测探器的仪表一转眼问就能够确定船下面的海水深度，同时，在驾驶员面前的一个小玻璃框内，立刻就现出了数字，或者是自动记录器划在纸带上的曲线。

超声波射束不仅只是对着下方放出。还有一种特殊的仪器，可以用来探测船只前方的道路和它四周的空间，这种仪器叫做水中定位器。水中定位器的“声眼”在船底下转动，观察水下的四面八方，并且把周围的一切情况向甲板上报告。它的信号可以在一个屏幕上看到，也可以在一副特制的耳机里收听。在这里，超声波回波的无声语言转变成为听得见的声音。水中定位器使船只能够在浓雾和黑夜间找出航道，预告漂来的冰山和迎面来的船只。救护船在寻找沉溺的船只的时候，用它来探测海底。最近，回声测探器已经开始用来和海洋生物进行“交谈”，捕鱼船用它来在深水中寻找鱼群和侦察它们的行踪。鱼类的微弱的声音也好，风暴的强烈的声音也好，从前人类所不知道的，现在我们科学家们创造的金属“耳朵”里都听得越来越清楚了。