这项完全国产的声学系统,是深潜器们完成任务
声音由振动产生,以波动的方式向周围传播。声学技术甚至在石油勘探行业中运用广泛,帮助我们确定石油所在的位置。声纳则是海底世界的“顺风耳”,让我国自主制造的深海载人潜水器在漆黑的深海里行动自如。什么是声音?深潜器上都有哪些声学设备?声学技术又有哪些应用场景?
出品:格致论道讲坛
以下内容为中国科学院声学研究所研究员张志博演讲实录:
说到声音,大家一定并不陌生。
声音在我们身边无处不在,与我们的生活息息相关,但是真正说到有关声音的科学知识,恐怕不是每位同学都能了如指掌吧。
今天就请跟随我一起重新认识一下声音,这位我们身边既熟悉又陌生的朋友,了解一下与声音有关的科技,同时我们也会去认识一下自然界那些应用声音的高手们。
初识声音
我们首先来看一下声音的定义,物理学上,声音是由物体振动产生,通过介质传播,并能被人或动物的听觉器官所感知的波动现象。
短短的一句话,把声音的产生、传播及感知表述得清清楚楚。
声音是由振动产生的,我想大多数同学是清楚的,但是你们是否真正注意到过这种振动呢?
振动的音叉在水的表面会形成水花,在慢镜头下,各种乐器翩翩起舞,龙洗盆的双耳被摩擦时,其内部的水花会激荡起来,同时产生奇妙的声响。
“看着”这些声音,是不是感觉很奇妙?
声音是以波动的方式向周围传播的,这种传播离不开介质,介质可以是固体、液体或气体。
如果周围没有介质,声音还能传播吗?
眼见为实,我们将闹钟放入一个密闭的容器中,视频左上角是一个压力表,它表示这个密闭容器中的气体的压力。
我们将这个容器中的气体逐渐抽干,大家会注意到,压力表的值也逐渐在降低。
这证明空气越来越稀薄了,当这个压力值接近于最低点时,这里边就几乎接近于真空了。
此时大家注意听,是不是听不到声音了?
这时我们就会发现,我们能看到闹钟的钟锤在敲击,却听不到声音,是不是很有意思的现象呢?
所以,当没有介质时,我们就听不到声音的传播了。
这个小实验过后,我们再来说一说声音的感知。说到声音的感知,大家第一印象就是耳朵,没错,就连我们古汉字中的声字都有耳字旁。
但是我们平时经常说的耳朵,其实只是我们听觉系统的一个部分,那就是外耳。完整的听觉系统还包括内耳、中耳。
整个听觉系统使我们将声音从物理振动转化成大脑中的信息,最终我们就能分辨出来这是一个人在说话,还是一段美妙的音乐了。
我们为什么能听到丰富多彩、各不相同的声音呢?
这就要从声音的三个特性说起了,它包括声音的响度、音调和音色。
这三个特性如果组合好了,就可能是一段美妙的音乐,如果组合不好,那可能是一段扰人的噪声。
科学上根据声音的音调,也就是频率不同,将声音分成三个部分。
频率低于20赫兹的声音,我们称之为次声,频率高于20000赫兹的声音,我们称之为超声。
这两部分声音,人类是听不见的,人类能听得见的是从20赫兹到20000赫兹之间的这部分,叫做可听声。
科技之声
我们简要地了解了一下,有关声音的知识,那么声音到底给人类,带来哪些好处呢?接下来我们一起去了解一下有关声音的科技。
同学们要做的是学习已知的知识,而科学家们要做的是探索那些新的知识,并将科学知识转化成科学成果,造福人类的生活。
同学们如果注意观察,会发现在我们身边有很多产品与声音的技术有关。
例如超声波牙刷,它就利用了超声清洗的特性,可以将牙齿清洗得更干净,就连那些藏污纳垢的死角也难以逃脱。
同样的原理,超声清洗仪也是利用超声波的振动,将物体表面的污垢清除干净,既高效又彻底。
在医院里,B超仪已经是非常普遍的医疗用具了,从普通的身体检查到孕妇的胎儿检查,都离不开B超仪。
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