第一節 聽頻範圍與超聲波
聽頻範圍

人是否能聽到所有頻率的聲波呢?

其實一般人只能聽到頻率 (\(f\)) 為 20 \(\text{Hz}\) 至 20 000 \(\text{Hz}\) 的聲音。這個範圍稱為:

聽頻範圍:     20 \(\text{Hz}\) < \(f\) < 20 000 \(\text{Hz}\)

聽頻範圍 (audible frequency range) 的頻率之聲音則稱為「聽頻聲音」。留意每個人的聽頻範圍是會存在差異的。再者,隨著人的年紀增長,他/她所能聽到的聲波之頻率範圍便收窄;會聽不到頻率較高的聲音。


其他動物能聽到聽頻範圍以外頻率的聲音嗎?

頻率比聽頻聲音高的聲波(\(f\) > 20 000 \(\text{Hz}\)),稱為 超聲波 (ultrasound)。一般人不會聽見頻率如此高的聲音,但一些動物如狗、蝙蝠能聽見這些聲波(見)。

另外,頻率比聽頻聲音低的聲波(\(f\) < 20 \(\text{Hz}\)),稱為 次聲波 (infrasound)。一般人不會聽見頻率如此低的聲音,但大象、長頸鹿和老虎等動物能發出和聽見這些聲波。



一些動物可以聽到人類聽頻範圍以外的聲音
超聲波


本節接下來我們會關注超聲波。如前所述,超聲波是一種超過人類聽覺範圍 (20 - 20 000 \(\text{Hz}\)) 的高頻聲波:

任何頻率 高於 20 \(\text{kHz}\) 的聲波,可稱為超聲波。

我們可以如那般設置,測試自己的耳朵是否確實不會聽到這些聲波。


【動物利用超聲波】
雖然人的耳朵不能聽到超聲波,但很多動物如狗等能聽到超聲波。一些動物如海豚等(),能發出並利用超聲波與同類溝通。蝙蝠甚至會利用超聲波來感應身處的環境情況,方法如下():

  1. 蝙蝠的鼻子會發出超聲波;
  2. 當超聲波碰到物件時便會發生
    • 反射
    • 折射
    • 繞射
    • 干涉
  3. 蝙蝠利用耳朵接收
    • 反射
    • 折射
    • 繞射
    • 干涉
    回來的超聲波後,便會知道附近那兒會有障礙物/獵物,避免撞到它或伺機捕食。


【超聲波的應用】
超聲波同樣有反射、折射、繞射、干涉這些特性,但波長比可聽聲短很多,令它有不易繞射和高功率的優點,所以被廣泛應用於不同領域上:


要檢測自己的聽頻範圍,只要將揚聲器和示波器接駁至訊號產生器,讓揚聲器由發出低頻聲音開始,逐漸提高聲音的頻率,看看那些頻率開始的聲音我們會聽不到。由於示波器可以將聲波波形顯示成橫波,當聲頻提高至我們聽不到的範圍時,仍能藉示波器確知正發出的聲波訊號。
海豚利用超聲波與同類溝通
蝙蝠的視力很差,牠們的眼睛對光線沒有反應,接近失明。然而,蝙蝠卻可以在完全漆黑的環境下安全飛行;能避開石壁或樹枝等大小不同的障礙物,並能準確地捕捉到獵物。那麼蝙蝠是如何感應到周遭的環境情況,使自己能行動自如甚至覓食呢?  (按 ">" 往圖 i、ii 和 iii,請閱讀課文中對應各圖的敘述)
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