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07 水下和地下的声音 Sound Underwater and Underground（第2页）

听到水下的声音

表面上看，海洋的静默有两个原因，一个是物理上的，另一个是生物学方面的。

物理上的原因是空气和水之间的声阻抗不匹配，海洋表面就像一个声波反射镜，几乎能将海面下的所有声音反射回去，所以陆地上的居民只能听到海浪的拍打声。

将你的头浸入水中，生物学上的原因就显现出来了。

在水下，耳膜的一边是水，另一边是空气，因此声阻抗的不匹配再次阻止了大多数声音进入耳朵。

如果我们没有鼓膜（也没有充满空气的中耳），我们就可能在水下听得很清楚。

水下动物不需要人类这种复杂的耳朵。

由于周围水的密度和动物身体的密度相近，声音进入和通过它们的身体都很容易，水下动物不需要耳郭来收集声音，也不需要鼓膜或类似鼓膜的圆窗结构来将它从一种介质转移到另一种介质。

鱼确实有被称为耳石的耳骨。

其成分是碳酸钙，碳酸钙的高密度提供了足够的声阻抗差，让声波引发振动。

这种运动传播到生长在毛细胞上的立体纤毛上，向大脑发送神经信号。

其他被称为神经丘的毛细胞分布在鱼的皮肤上。

还有两个结构也可以增强某些鱼类的听力。

第一个是鱼鳔，它是一个充满空气的囊，功能类似潜水艇的压载水舱，根据需要改变所受浮力从而使鱼可以不费力气地下沉或上升。

鱼鳔作为一个相当灵敏的听觉器官，很容易感受到声波的振动，它能听到3千赫左右的声音。

然而，作为一个单一的、对称的器官，它有一个很大的缺点，即鱼鳔不能提供声音的方向信息。

这个缺陷由第二种结构弥补，即侧线，一个沿鱼身两侧分布的充满**的管道，作为在低频（160～200赫兹）环境下的一个方向敏感的声音探测器。

人耳静纤毛在声波引起基底膜振动时随之摆动，不同于此，侧线静纤毛直接被传入的声波推拉，这意味着声音的方向可以被直接感觉到（也就是说鱼能感觉到水分子的运动，而不像我们一样通过压力变化来感知）。

这使得人类很难悄悄地接近鱼而不被发现。

各种技术和传感器

最早在水下使用声音且能被称为“技术”

的是贝尔系统。

在这个系统中，放置在港口附近的水下钟可以被装有原始水听器的船只探测到。

这种原始的水听器采用带有防水外壳的碳质麦克风。

一个看守人在船上用立体声监听这套系统，这样即使在能见度很低的情况下也能把船引导到港口。

在1875—1930年，这个系统被安装到许多船只上，包括“泰坦尼克号”

和“卢西塔尼亚号”

。

到1923年，英国海岸还有30个水下钟。

但从大约1910年开始，该系统逐渐被回声测深技术所取代。

回声测深技术是在水下发出声音并对回声进行计时，当水下声速已知时就可以计算出距离。

这也是脉冲回声技术的另一个例子。

从探测回声开始，现代声呐（声音导航和测距）系统逐步发展起来。