聲學發展史之番外篇——動物聲學

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聲學發展史之番外篇——動物聲學

文章出處：技術資訊網責任編輯admin 閱讀量：發表時間：2021-01-20 13:55

大藍鯨
藍鯨是千里傳聲的好手，然而人類活動產生的噪聲很大部分都在藍鯨聲音的頻率范圍之內，所以除了打擾藍鯨唱歌之外，也影響到了他們呼朋喚友。

人類為了補償，就要首先了解大藍鯨是如何說話嘮嗑的，所以要先把他們的聲音錄下來。這件事情放在人類身上很簡單，在動物，尤其是水下動物上就很難，需要等到天時地利，無風無浪的時候。冰島大學的Marianne Helene Rasmussen博士團隊在挪威北部花了幾個月的時間，嘗試給藍鯨錄音。錄音前首先要知道他們在哪，所以團隊用了四個水聽器（Hydrophone，可以理解為水下麥克風）通過波束成型（Beamforming）去定位大藍鯨的位置，然后再進行錄音。由于藍鯨通過低頻聲溝通，因此水聽器之間有很大間距，他們選擇了1公里和500米兩種距離，放到水下30米的位置。波束成型中，傳感器間距和所定位聲音波長正相關，所以想定位低頻聲需要比較大的傳感器間距。

金毛鼴鼠

金毛鼴鼠并不是先天的盲鼠，它們是有眼睛的，只不過不僅發育不全，還被厚厚的皮膚覆蓋，再加上不良少年一樣的長發，讓它們變成了“睜眼瞎”。然而此消彼長，上帝在關上一扇門的同時，必然打開一扇窗。此鼠憑借沙漠游泳絕學以及一幅金耳朵，馳騁大漠，也是一條好漢，人送外號“后海大沙魚”（Sand shark）。
特殊發育的中耳 (Middle Ear)，以及常年隱居沙子里，利用骨傳導技術，讓它們可以和張衡為友，檢測地震波。通過預測模型，預測到金鼴鼠骨傳導的共振頻率大概為100-200 Hz，可聽到的頻率上限大概為5.9 kHz和13.7 kHz（對應Grant's golden mole和Cape golden mole）。

大老斧——聽力專家
老虎的內耳骨骼清奇，超過它的很多貓科同類，在頻率分辨率方面直追人類。也就是說，我們和大老斧能聽出前面提到的那只后海大沙魚在臺上經常走音（比如該唱C唱成了降C，頻率就發生了變化），但是分辨率低的動物就聽不出來。
中耳收集外耳傳過來的聲音發送給內耳，內耳的耳蝸人送外號傅里葉，對聲音信號作帶通分頻濾波，轉換成電信號后發送給大腦。
人是怎么感知聲音頻率高低的？
下面這張圖概括來講，人類和大老斧聽到的是無損音質高保真的聲音，獼猴（Macaque）在高頻時追上了人類和大老斧，而其他動物如家貓、荷蘭豬、龍貓聽到的都是MP3壓縮版。

雖然人類在頻率分辨率上很強，但是在反應時間上就敗下陣來，不如老虎和家貓，甚至不如荷蘭豬和龍貓。

龍貓和荷蘭豬發來賀電
老虎不僅能聽到無損音質，在反應方面和他的近親哥們云豹都是專家級別。一般動物對高頻聲音反應更快，然而老虎和他的近親哥們云豹除了對高頻聲反應快，低頻也很快，甚至更快。就怕流氓有文化，一身腱子肉再加上設備精良，混成社會大哥也就不奇怪了。科學家們猜測老虎在低頻的快速反應同樣和內耳耳蝸的構造有直接關系。

動物學話（Vocal learning）
大自然中好多動物都會模仿，比較出名的是鸚鵡，還有大象、蝙蝠、海豚、海豹等等都是模仿好手，有至少164種非靈長類哺乳動物都可以模仿聲音（Vocal learning）。
比如一只叫Hoover的海豹就會模仿東北人口音說“唉呀媽呀！”。
一般動物發聲的頻率高低和體型相關，體型越大，頻率越低。然而考拉，作為大自然最吵的偽裝者，可以模仿大型動物，發出野豬般的低沉嚎叫。這是一種嚇跑敵人并且展示雄風、吸引異性的策略。

猴子低音合唱團

果蠅與助聽器
果蠅可以保持50天的敏感聽力，在它們長達58天的漫長生命里。這是一個什么概念呢，假如換成人類，平均壽命為80歲的話，那么一直到69歲我們也能清楚地聽清馬什么梅。

這里邊涉及到基因方面的知識，而果蠅的基因系統要比人類高級。可以用Windows系統來理解，隨著操作系統不斷更新換代，較早的操作系統不斷被淘汰，比如Windows95、Windows98甚至Windows XP就已經不再有更新和維護。這和果蠅耳朵（果蠅雖小，雙耳俱全啊！）的一生是一致的，后續復制出來的、用來維護耳朵功能的基因，是不斷迭代的產物，是耳朵長成之后基因的復制品。而人類的這類維護功能的基因，還是早期基因的復制品。這就相當于果蠅的系統維護工程師是精通Windows10的年輕人，而我們人類的工程師還停留在Windows 95。年頭一久，思維跟不上，耳朵也失靈了。