声学发展史之番外篇——动物声学

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声学发展史之番外篇——动物声学

文章出处：技术资讯网责任编辑admin 阅读量：发表时间：2021-01-20 13:55

大蓝鲸
蓝鲸是千里传声的好手，然而人类活动产生的噪声很大部分都在蓝鲸声音的频率范围之内，所以除了打扰蓝鲸唱歌之外，也影响到了他们呼朋唤友。

人类为了补偿，就要首先了解大蓝鲸是如何说话唠嗑的，所以要先把他们的声音录下来。这件事情放在人类身上很简单，在动物，尤其是水下动物上就很难，需要等到天时地利，无风无浪的时候。冰岛大学的Marianne Helene Rasmussen博士团队在挪威北部花了几个月的时间，尝试给蓝鲸录音。录音前首先要知道他们在哪，所以团队用了四个水听器（Hydrophone，可以理解为水下麦克风）通过波束成型（Beamforming）去定位大蓝鲸的位置，然后再进行录音。由于蓝鲸通过低频声沟通，因此水听器之间有很大间距，他们选择了1公里和500米两种距离，放到水下30米的位置。波束成型中，传感器间距和所定位声音波长正相关，所以想定位低频声需要比较大的传感器间距。

金毛鼹鼠

金毛鼹鼠并不是先天的盲鼠，它们是有眼睛的，只不过不仅发育不全，还被厚厚的皮肤覆盖，再加上不良少年一样的长发，让它们变成了“睁眼瞎”。然而此消彼长，上帝在关上一扇门的同时，必然打开一扇窗。此鼠凭借沙漠游泳绝学以及一幅金耳朵，驰骋大漠，也是一条好汉，人送外号“后海大沙鱼”（Sand shark）。
特殊发育的中耳 (Middle Ear)，以及常年隐居沙子里，利用骨传导技术，让它们可以和张衡为友，检测地震波。通过预测模型，预测到金鼹鼠骨传导的共振频率大概为100-200 Hz，可听到的频率上限大概为5.9 kHz和13.7 kHz（对应Grant's golden mole和Cape golden mole）。

大老斧——听力专家
老虎的内耳骨骼清奇，超过它的很多猫科同类，在频率分辨率方面直追人类。也就是说，我们和大老斧能听出前面提到的那只后海大沙鱼在台上经常走音（比如该唱C唱成了降C，频率就发生了变化），但是分辨率低的动物就听不出来。
中耳收集外耳传过来的声音发送给内耳，内耳的耳蜗人送外号傅里叶，对声音信号作带通分频滤波，转换成电信号后发送给大脑。
人是怎么感知声音频率高低的？
下面这张图概括来讲，人类和大老斧听到的是无损音质高保真的声音，猕猴（Macaque）在高频时追上了人类和大老斧，而其他动物如家猫、荷兰猪、龙猫听到的都是MP3压缩版。

虽然人类在频率分辨率上很强，但是在反应时间上就败下阵来，不如老虎和家猫，甚至不如荷兰猪和龙猫。

龙猫和荷兰猪发来贺电
老虎不仅能听到无损音质，在反应方面和他的近亲哥们云豹都是专家级别。一般动物对高频声音反应更快，然而老虎和他的近亲哥们云豹除了对高频声反应快，低频也很快，甚至更快。就怕流氓有文化，一身腱子肉再加上设备精良，混成社会大哥也就不奇怪了。科学家们猜测老虎在低频的快速反应同样和内耳耳蜗的构造有直接关系。

动物学话（Vocal learning）
大自然中好多动物都会模仿，比较出名的是鹦鹉，还有大象、蝙蝠、海豚、海豹等等都是模仿好手，有至少164种非灵长类哺乳动物都可以模仿声音（Vocal learning）。
比如一只叫Hoover的海豹就会模仿东北人口音说“唉呀妈呀！”。
一般动物发声的频率高低和体型相关，体型越大，频率越低。然而考拉，作为大自然最吵的伪装者，可以模仿大型动物，发出野猪般的低沉嚎叫。这是一种吓跑敌人并且展示雄风、吸引异性的策略。

猴子低音合唱团

果蝇与助听器
果蝇可以保持50天的敏感听力，在它们长达58天的漫长生命里。这是一个什么概念呢，假如换成人类，平均寿命为80岁的话，那么一直到69岁我们也能清楚地听清马什么梅。

这里边涉及到基因方面的知识，而果蝇的基因系统要比人类高级。可以用Windows系统来理解，随着操作系统不断更新换代，较早的操作系统不断被淘汰，比如Windows95、Windows98甚至Windows XP就已经不再有更新和维护。这和果蝇耳朵（果蝇虽小，双耳俱全啊！）的一生是一致的，后续复制出来的、用来维护耳朵功能的基因，是不断迭代的产物，是耳朵长成之后基因的复制品。而人类的这类维护功能的基因，还是早期基因的复制品。这就相当于果蝇的系统维护工程师是精通Windows10的年轻人，而我们人类的工程师还停留在Windows 95。年头一久，思维跟不上，耳朵也失灵了。