声音在某些动物的空间定向中起关键性的作用。这些动物在空气中或水体中发出的声音,遇到前方物体而造成的回波,能够被动物所识别,借以判定物体的位置,称为回声定位。如蝙蝠就是靠回声定位去避开障碍物和寻找食物的。
▲蝙蝠的口和鼻发出超声波
蝙蝠是唯一能真正飞行的哺乳动物,它分辨声音的本领很高,耳内具有生物波定位的结构,非常适合在黑暗中生活,它的眼睛几乎不起作用,通过发射生物波并根据其反射的回音辨别物体。飞行的时候由口和鼻发出一种人类听不到的短促而频率高的声脉冲,这些声波遇到附近物体便反射回来。蝙蝠用耳朵接收反射回来的回声,然后确定猎物及障碍物的位置和大小。这种本领要求高度灵敏的耳和发声中枢与听觉中枢的紧密结合。如果把蝙蝠关在布满铁丝的暗室中,它能穿行无阻,即使把眼睛蒙上,也不会撞到障碍物。但如果把它的耳朵堵上,它就无能为力了,这说明蝙蝠的这种定向是听觉定向。
▲蝙蝠用耳朵接收回声
与蝙蝠不同的是,豚类的发声不是由声带的振动引起的。多数学者认为,其声波是由鼻道发出的。根据测试得知豚类可发出多种不同频率的声波,其中频繁的、高音调的声音向前传播时,遇到物体便可产生回声,豚类接收回声后,把对回声的感觉转换成为神经信号传到大脑,经过听觉中枢的分析,就可确定物体在水中的具体位置。
▲海豚
▲北美短尾鼩鼱(www.daowen.com)
除了蝙蝠、齿鲸类之外,具有回声定位系统的哺乳动物还有食虫类的短尾鼩及马岛猬科的种类。在鸟类中至少有两种,即油鸟和金丝燕也能进行回声定位。与蝙蝠相同的是,如果将这两种鸟的耳朵塞住,它们在自己穴居的黑暗洞中也会与岩壁相撞或互相碰撞;与蝙蝠不同的是,它们在光亮的地方却用视觉来识别物体,只是在黑暗的情况下才用其声纳系统来获取、分辨环境的信息,并作出迅速的反应。
小故事——回声定位的应用
回声定位法除了启发我们发明了雷达之外,还有可能帮助我们“听”路。
2008年2月10日,英国《星期日泰晤士报》网站报道,盲人的听力通常更加敏锐,有证据显示,经过培训,他们能利用听力解读回声,进而在脑中形成一系列详细形象,包括物体距离、甚至大小和密度等。支持这一理论的人把这称为“人回声定位术”。他们说,盲人借助手杖能确定路上的障碍物,而回声定位术能让盲人“360度看到”周围环境。
经过培训后,盲人运用这种方法由听到回声时间判断物体距离:由左耳先听到还是右耳先听到判断物体方位;由回声强度判断物体大小;由回声音调判断运动物体前进方向,比如当物体背向盲人运动时,回声音调较低。
《星期日泰晤士报》还说,一批试用“人回声定位术”的美洲失明人士已能通过解读回声音质,区分人、树、建筑和静止车辆。一些盲人说,他们已能靠听辨回声确定周围约30来内物体高度、密度和形状。
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