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回聲定位
回聲定位
回聲定位(回聲定位)
英文Echolocation；某些動(dòng)物能通過(guò)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(lái)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(gè)障礙物（如懸崖）時(shí)，它會(huì)彈回來(lái)，我們會(huì)再聽到這個(gè)聲音。這種反射回來(lái)的聲音稱為回聲。在戶外空曠的地方，回聲比較模糊，因?yàn)槁曇舻恼饎?dòng)會(huì)向四處散開，能量會(huì)散失。而在一個(gè)密閉的空間里(如隧道)，反射的聲音不會(huì)跑掉，所以回聲很大。 回聲定位 蝙蝠會(huì)發(fā)出尖銳的叫聲，再用靈敏的耳朵收集周圍傳來(lái)的回聲。回聲會(huì)告訴蝙蝠附近物體的位置和大小，以及物體是否在移動(dòng)。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(duì)懸崖大聲叫，你的聲音會(huì)傳到懸崖再反射回來(lái)。如果聲音是從懸崖的不同部分反射回來(lái)的，你就可以聽到好幾個(gè)回音，就好像有好幾個(gè)人在回答你。
生物學(xué)研究某些動(dòng)物能通過(guò)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(lái)定向，這種空間定向的方法，稱為回聲定位。根據(jù)研究已知?jiǎng)游锝缧◎饋喣康膸缀跛蟹N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(jī)”和“距離指示器”構(gòu)成。 蝙蝠回聲定位 如“雷達(dá)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(huì)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(cè)裝置測(cè)量后，證實(shí)蝙蝠在飛行時(shí)，喉內(nèi)產(chǎn)生并能從通過(guò)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(shí)，脈沖波會(huì)反射回來(lái)，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(lái)辨別物體的遠(yuǎn)近、形狀及性質(zhì)；物體的大小則由回波中的波長(zhǎng)區(qū)別出來(lái)。大部分蝙蝠能用舌頭顫動(dòng)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(lái)決定自己要前進(jìn)，還是轉(zhuǎn)彎。 蝙蝠在空中能利用超聲波來(lái)“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(dá)30萬(wàn)赫。如齒鯨、海豚，能借助于附近陸地對(duì)聲音的'反射，用回聲定位來(lái)測(cè)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(guò)程中有反射現(xiàn)象的原理探測(cè)物體方位和距離的方式叫“回聲定位”。動(dòng)物的“回聲定位”是指動(dòng)物通過(guò)發(fā)射聲波，利用從物體反射回來(lái)的回波進(jìn)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(jìn)化研究 海豚和蝙蝠并沒(méi)有多少相似之處，然而它們卻有同一個(gè)超能力：都可以通過(guò)發(fā)出尖銳聲音和監(jiān)聽回聲來(lái)捕捉獵物。一項(xiàng)研究顯示，該能力是它們各自通過(guò)相同的基因突變而形成的。這表明，即使差異很大的動(dòng)物，也會(huì)通過(guò)相同的進(jìn)化步驟，形成新特征。2010年，英國(guó)倫敦大學(xué)瑪麗皇后學(xué)院的進(jìn)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(huì)影響聽力的敏感度。Rossiter的團(tuán)隊(duì)已經(jīng)將研究擴(kuò)展到整個(gè)基因組。他們對(duì)蝙蝠家族多個(gè)種類中的4種蝙蝠的基因組進(jìn)行測(cè)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(jìn)化生物學(xué)家Joe Parker將蝙蝠的基因組測(cè)序結(jié)果與包括寬吻海豚在內(nèi)的許多其他哺乳動(dòng)物進(jìn)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(dòng)物的2300種單拷貝基因。他評(píng)估了在蝙蝠和海豚中，每個(gè)基因和其對(duì)應(yīng)基因有多相似。該分析表明，200種基因以同樣的方式進(jìn)行了獨(dú)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(guò)培訓(xùn)，他們能利用聽力解讀回聲、進(jìn)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(huì)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(duì)于回聲信息的處理可以讓盲人“看見”前方的物體。大腦對(duì)這一回聲信息的處理方式和正常人通過(guò)眼睛視物的處理方式有點(diǎn)類似，只不過(guò)學(xué)會(huì)回聲定位法的盲人是通過(guò)回聲在大腦中形成物體，而普通人是通過(guò)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(lái)測(cè)魚群、潛水艇和沉到海底的船。有些船上裝有回聲測(cè)深器，這種儀器會(huì)把聲波送到海里。而回聲傳回船上所花的時(shí)間，可以用來(lái)算出船下任何物體的形狀和位置。它也可以用來(lái)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(cè)距。聲納是很靈敏的，它可以分辨一條大魚和一群小魚。 未來(lái)應(yīng)用 研究表明手機(jī)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(hào)處理專家發(fā)現(xiàn)回聲定位能使普通手機(jī)“看到”房屋的形狀結(jié)構(gòu)，這項(xiàng)最新研究發(fā)表在了最新出版的《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院學(xué)報(bào)》期刊上。 麥克風(fēng)回聲定位很難實(shí)現(xiàn)，房間的環(huán)境噪聲干擾墻壁反彈的聲音信號(hào)，有時(shí)這種回聲反彈會(huì)重復(fù)多次。但研究數(shù)學(xué)原理發(fā)現(xiàn)，通過(guò)手機(jī)揚(yáng)聲器釋放聲音可產(chǎn)生回聲效果，其原理有點(diǎn)兒像人們照鏡子，人的眼睛注視鏡面反射，只是一個(gè)虛幻成像�；谶@種原理也可應(yīng)用于聲音，假定每個(gè)回聲定位作為信號(hào)來(lái)源，形成一種矩陣，使用先進(jìn)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(guó)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(lái)，他學(xué)會(huì)了一種只有蝙蝠和海豚才會(huì)的“回聲定位法”，他能通過(guò)舌頭發(fā)出聲音，再根據(jù)“回聲”辨別出各個(gè)物體所在的位置。 據(jù)美國(guó)《人物》雜志報(bào)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(shí)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(huì)發(fā)出一系列聲音流，聲音碰到物體后會(huì)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(guò)回聲的響亮和微弱程度，本還可以在心中測(cè)量出物體距自己的距離。
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