69．奇妙的回音

回声是我们在日常生活中常见的一种声现象。声波在传播过程中，碰到大的反射面（如建筑物的墙壁等）将会发生反射，人们把能够与原声区分开的反射声波叫做回声。人耳能辨别出回声的条件是反射声具有足够大的声强，并且与原声的时差须大于0.1秒。当反射面的尺寸远大于入射声波长时，听到的回声最清楚。

声音是通过物体振动产生的声音是通过介质（空气或固体、液体）传播并能被人或动物听觉器官所感知的波动现象。

声音在不同的介质中传播的速度也是不同的。声音的传播速度跟介质的反抗平衡力有关。反抗平衡力就是当物质的某个分子偏离其平衡位置时，其周围的分子就要把它挤回到平衡位置上，而反抗平衡力越大，声音就传播得越快。水的反抗平衡力要比空气的大，而铁的反抗平衡力又比水的大。经科学家测量，在0℃的空气中，声音的传播速度是332米/秒；在水中的传播速度是1450米/秒；在铁中的传播速度是5000米/秒。声音的传播也与温度有关，声音在热空气中的传播速度比在冷空气中的传播速度快。另外，声音传播还与阻力有关。在大风的天气中，声音传播的速度就慢得多。声音还会因外界物质的阻挡而发生折射。例如，人面对群山呼喊，就可以听得到自己的回声。另一个发生折射的例子就是晚上的声音传播要比白天远。这是因为白天声音在传播的过程中，遇到了上升的热空气，从而把声音快速折射到了空中；而晚上冷空气下降，声音会沿着地表慢慢地传播，不容易发生折射。

关于回声的应用，声纳装置可谓是典型。用回声测海深、测冰山的距离和敌方潜艇的方位，都是由不同功能的声纳装置来完成的。

1912年，英国大商船“泰坦尼克”号在赴美途中发生了与冰山相撞沉没的悲剧。这次大的海难事件引起了全世界的关注，为了寻找沉船，美国科学家设计并制造出第一台测量水下目标的回声探测仪，用它在船上发出声波，然后用仪器接收障碍物反射回来的声波信号。测量发出信号和接收信号之间的时间，根据水中的声速就可以计算出障碍物的距离和海的深浅。第一台回声探测仪于1914年成功地发现了3千米以外的冰山。实际上，这就是现在被广泛应用于国防、海洋开发事业的声纳装置的雏形。(www.daowen.com)

回声在地质勘探中也有广泛的应用。例如在石油勘探时，常采用人工地震的方法，即在地面上埋好炸药包，放上一列探头，把炸药引爆，探头就可以接收到地下不同层间界面反射回来的声波，从而探测出地下油矿。

在建筑方面，设计、建造大的厅堂时，必须把回声作为重要的因素加以考虑。在封闭的空间里产生声音后，声波就在四壁上不断反射，即使在声源停止辐射后，声音还要持续一段时间，这种现象叫做混响。混响时间太长，会干扰有用的声音。但是混响太短也不好，给人以单调、不丰满的感觉。所以设计师们采取必要的措施，例如，厅堂的内部形状、结构、吸声、隔声等，以获得适量的混响，提高室内的音质。

在北京有一个天坛公园，天坛的四周围墙很高，而且坚硬光滑，能够很好地反射声音；而且墙又是圆形的，三音石正好放在圆的中心处。当你拍了一下手后，声音从空气中向四周传播，遇到围墙后，又给反射回来，这些经反射回来的声音又都经过位于圆心的三音石。所以，我们站在三音石上拍手，就会听到清晰的回音，而且回音特别响。

在动物中也有懂回声原理的高手——蝙蝠。它们能在完全黑暗的环境中飞行和捕捉食物，在大量干扰下运用回声定位，发出超声波信号而不影响正常的呼吸。它们头部的口鼻部上长着被称作“鼻状叶”的结构，在周围还有很复杂的特殊皮肤皱褶，这是一种奇特的超声波装置，具有发射超声波的功能，能连续不断地发出高频率超声波。如果碰到障碍物或飞舞的昆虫时，这些超声波就能反射回来，然后由它们超凡的大耳廓所接收，使反馈的讯息在它们微细的大脑中进行分析。这种超声波探测灵敏度和分辨力极高，使它们根据回声不仅能判别方向，为自身飞行路线定位，还能辨别不同的昆虫或障碍物，进行有效地回避或追捕。蝙蝠就是靠着准确的回声定位和无比柔软的皮膜，在空中盘旋自如，甚至还能运用灵巧的曲线飞行，不断变化发出超声波的方向，以防止昆虫干扰它的信息系统，乘机逃脱的企图。以昆虫为食的蝙蝠在不同程度上都有回声定位系统，因此有“活雷达”之称。