声音的科学、技术与工程利用前景科学常识普及

jiangwj

前面我们谈了电磁学、光学，信息爆炸的控制，下面再谈谈声光电的声学原理和基本概念：从物理上讲，声是指在任何的弹性介质中传播的扰动，是一种机械波。这个概念声音范畴很广。空气、固体或液体的密度、压力或者是速度的一个小的变化，就会在这弹性体里面传播出去，弹性物质并不传播。水下光液和电磁波都衰减很快，红外线光波最长，传播最远到几十米以下就衰减完了，声音是唯一有效的可以远距离传播的能量形式。       声学的定义很简单，就是研究声波的产生、传播、接收和效应的科学。人们通过接收声音转化为电信号再传播出去，称扬声器。声音研究从10的负四次方赫兹开始，也就是每秒钟振动10的负四次方次。反过来说一个周期10的四次方秒，变化非常慢。声学不研究直流、平均流、属于动力学研究内容，静力学和动力学研究的是平稳的变化很慢的。

       声的10负负4次方——20赫兹内叫次声，这是人的耳朵听不到的声，就是变化很慢的声音。实际上人的耳朵对声波的响应范围很窄，从20赫兹到2万赫兹，这个范围以外人的耳朵都听不到。这个范围以内的声波称为可听声，2万赫兹以上的声叫超声。次声频段接收在大气物理、地球物理都有很大用途。地震台风产生前都会发生次声，几千公里以外用录放的声音传感器就能接到这种信号。地震波监测核爆炸次声波可监测到2万赫兹以上的超声频B超。

     声音强度范围;声波的强度一般用声压表示。声压是指在平均压力水平（大气压）的基础上随时间变化的这部分压力。声压的变化范围我们已知的从10负5次方帕斯卡到10帕斯卡。在表述和使用上很不方便。所以不讲多少帕斯卡，也不讲压力是多少公斤大气压，表示声压压强度用分贝概念。实际上分贝代表的是人对声音的主管反映。人们感觉强弱与原有的背景相关的这种普通性总结出来的人叫韦伯，故称韦伯原理。

      声波发电技术：在噪音振动的地方，安装聚音拢音设备，致使声波朝某一方向聚拢。在口处安装电磁震动发生器，以声波振动频率激发负极簧片的接触产生电磁波，由电磁波转换为电波。这样便可以将庞大的噪声转换为电波，就是说以声波转为电磁传导功。从热力学角度看热传导有一定梯度传递梯度，传递可转化为声控。

      在去年日本科学家就研究出一种靠声音振动发电的钢板。建议我国也应该试制。其实大型噪音在发电厂在机械轰鸣的车间、甚至在飞机发动机船舶内燃机车都存在巨大的噪音场。

       粒子——电子材料，激发电子交换频率，从而产生电动势再将噪声转化为的动能——电动势——储存起来，作为直流供电系统。就是说我们的汽车机车飞机发动机的噪声多大，就可以通过声波传感设备转化多少电动势蓄能。如果用于潜水艇和飞机，我们就可以在工作一段时间后，采用电力静音状态下利用蓄能供直流电机、静音飞行航行。或者说我们的电机和发动机可以采用两种模式，用发动机噪音和蓄电池的直流电机带动。

      关于声波效应这一部分：声波产生机制研究前沿主要包括：流致噪声、结构声、辐射声和热声音几种。

     流致噪声——研究的是流体的流动所产生的噪声。应用范围极广。当前最困难的是湍流所产生的无规噪声。计算机中的风扇、潜艇在水下的运动都会产生流动中的不稳定。这种不稳定可以发展成为一系列的涡，涡流变化比较快的时候就会变成更加复杂的湍流。实际上湍流里面不是无规则的，而是有序的，称为混沌现象。掌握了这些规律，我们就可以利用声和涡之间的相互作用来达到我们控制流场或者声场的目的。

     热声学研究与热的关系：我们知道锅炉在燃烧时会产生很强的噪声。实际上只要有一个温度的梯度，建立一定的机制，就可以利用热传导发出非常强的声音。一种实验在管子下加热，可发出一定有调的声音，称之为湍可管为热声现象。由热梯度存在和某种声场共振机制，由热变声，声音传播有效传热和制冷，这种新技术叫声制冷。现已用于航天工程上面，用来冷却红外探测头。优点是可以产生非常低的温度。一般的压缩机不可能达到的温度。比如到10K即负零下260摄氏度、也就是说压缩氢氧、甲烷、二氧化碳等气体都可以储存下来。

       声波的传播与衰减：声学技术的开发，声音在水下传播，所适温可达一个小时5000多公里。但是它会受海洋中的内波弧子等因素影响，对声波的传播速度频率成分的变化和衰减都会产生影响。只有把这些影响研究得比较清楚以后，才可能去发展新的声纳和水下探测技术。

      声波在水下的传播上有水面，下有海底，两个边界条件使声波从一点传播到另一点，最有效的形成“声道”特性。认识这样一些规律性的东西对于水下信息的传递和探测都非常重要。对声波探测规律性研究，声随变化、声学的背景也非常复杂。声波传播和衰减，固体的缺陷或结构、特别是对于不透光物体，声波是最好的探测手段。B超研究声波在人体的各种组织里面怎样传播，肌肉内传播，在脂肪里怎样传播，然后到骨头怎样传播。

    声波作用：非线性声学研究高强度下声场及其作用，声波高强度振动产生的振动破坏裂纹等都是研究的对象。

科学思路建议：1、微电动势和声音振动的启示，建议有兴趣的科学工作者采用在测试者人脑头颅皮层处安装网格状区位测试电极，作为大脑局部精确动作意识行动动作区域的扫描定位。以确定大脑皮层分布的各个功能区准确位置。然后再根据准确位置通过针灸等方式进行各个不同穴位功能的反馈确认。这样就可以更加科学的确定人体各个肢体组织结构与大脑中枢及各个区域分布图。这样做可对于掌控人的意识神经网络极为有用。可破解止痛、戒毒、依赖式精神障碍、帕金森氏症、老年性痴呆、脑瘫等介入式治疗在脑部控制方式有帮助。

    通过电磁感应细胞膜感应人的大脑中个神经传导功能区，也就是语言、思维、动作、协调性等功能在个人大脑的分布。并且可以制作成一幅三维立体透视图来与各个人们相对应。可以看出受惊吓海马区、语言理解区、语言功能障碍、区、听觉、视觉、嗅觉、体感、诸方面反应这样还可以通过以上对各个区域相同的刺激，以唤醒一种启发性的回归记忆。有许多精神病患者思维混乱，就是需要一定的功能共识，以便使思维转入正常的轨迹。也就是情景逻辑的回放。这样一般的抑郁症、心理障碍、轻微间歇式精神分裂症都可能恢复记忆。

       2、关于声波声纳探测可以将时空拉长。如果说是在大气压中的振动频率，我们可以将声震频率精确到百分之一秒、千分之一秒、万分之一秒，我们将会在时间瞬间探测到或分辨出很多信息，就像微观视觉一样。因为那是空气的震动传。就像动物梅花鹿、豹子、犬类捕捉物质在大气的波动。而声纳在通过发射接收中，以分辨不同的声线七种音率。就像B超那样。（也就是说彩色B超完全是可以将声频变为视频可能），也就是声纳对细微赫兹频率越敏感、分辨率越高对声线、音域、音准、频率就会与颜色趋同。那么从声频转化为视频也就是超声次声波高频声线接收到的反馈符号会翻译成色谱，也就是完成高保真的音频摄影。

    3、如果我们采用三种不同角度的声纳发射器。横、纵斜面的定向同步扫描，便可以绘制出一张三维立体声纳图。而我们的雷达如果在一定区域进行空间的三维同步扫描，那空间会无一遗漏。

      4、对于地下管道的声纳扫描也是声波无损探测。采用超声机器人（蛇形、蜈蚣蚰蜒状的）下到下水管道，发射超声波探测管道漏点。有毒有害气体泄漏点都是极为有用的。

     5、利用热力学研究中强噪声和热声梯度与磁场共振机制，可使声音传播传热或制冷。此项技术用于航天技术冷却红外线探头，可以转用于内然机车、高速机车、汽车发动机、飞机压缩机冷却、军工的装甲车、坦克等大大提高效率。如果应用在燃料电池上，可以长期保存液氧液氢，因为冷却温度恰恰是-260摄氏度以下。总之声音的科学利用在我们国家还在起步，相信在不远的未来一定会造福人类。

转自：http://blog.sina.com.cn/s/blog_67804b9a0102vvr7.html