
想想上一次你將雙耳置於水面下,你聽到什麼呢? 最有可能的是,什麼都沒聽到! 人類的耳朵並非設計來聽水下的聲音。科學家運用一個裝置叫做 “水中聽音器” ,目的是為了要採集水下的聲音,並且重製後使人聽見。 在海洋中的 “水中聽音器” 可以採集鯨魚和海豚的聲音,和來自經過的船的聲音。
一種稱為 “聲納” 的技術使用了 “水中聽音器”,用以繪製海底層的地圖,並定位水下物體。你或許聽過海豚可以使用回聲定位在海中游動,牠們發出聲音,並且聆聽鄰近物體反彈而回的聲音。人們藉由使用 “水中聽音器” 這技術以取得回聲,並且決定水下平面的距離。
想像一下,所有你過往沒聽過的聲音! 運用 “水中聽音器”,便能探索水下的世界。
比較空中和水中的聲波
人類的耳朵被設計來收集四周圍空氣中的震動,另外水與空氣比起來密度比較高,所以我們的耳朵無法完整地收集那些震動。事實上,任何你在水下聽到的聲音,更可能是由於頭顱骨的振動,而非耳朵真正聽到什麼聲音。
然而,聲音在水中的傳播比空氣中快約快四倍,水的密度使振動更容易從一個分子傳遞至另外一個分子,且物質密度愈高,聲音便可以越快速通過它。假設讓一位朋友站在長金屬棍的一端,例如: 自行車架,同時將你的耳朵貼近另外一端,你或許會注意到,在你聽到空氣中的聲音前,會先透過金屬聽到鈴聲。
此外,在空氣與水之間,聲音並非那麼容易穿越過,當你在水面下時,你或許會聽到從水底發出的聲音,但你大概聽不到某人在水面上講話的聲音;而在水面上的這個人,也聽不見你在水下聽到的聲音。
水下聲音的實驗
前面文章提到你可以聽到水面下的聲音,身體卻不用濕透,這是一個簡單好玩的實驗。首先將你的浴缸加滿水,然後讓一位朋友使用不同材質的物體,輕敲浴缸的外側,同時你使用 “水中聽音器” 聆聽。之後再將你的耳朵放入水中聽一聽,比較一下你聽到的聲音。對於從未聽過的水下聲音世界,你正在踏出探索的第一步。
運用 “水中聽音器”可以聽到魚能聽見的聲音,或許你會感到驚訝,小動物會製造出如此多的噪音! 曾聽過 “鼓蝦 (snapping shrimp)” 這種微小的生物射出水的噴出霧構成泡泡,而泡泡炸開後釋放出巨大聲響,這個聲音實際上是所有動物所產生最大的聲音之一。藉由把你的 “水下聽音器” 置入一杯蘇打汽水中,你便會對於泡泡於水下炸開的聲音有了概念。
如果 “水中聽音器” 置入你居住之處的凍結水下方,當冰溶化且破裂後請仔細聆聽,冰塊飄浮四處移動並且由冰變水,冰塊會在水上和水下產生聲響。如果你附近沒有已經凍結的水體,只要將一桶水置於室外整晚,並且隔天讓它融化即可。
嘗試將 “水中聽音器” 作為接觸麥克風
雖然 “水中聽音器” 被最拿來聆聽水下的聲音,它也可以被用在水以外的地方,一個接觸麥克風或拾波器的使用,透過接觸固體,例如玻璃、木頭和水泥,以感測聲音振動的 “piezo” 聆聽鄰近的界面,並且看看你是否可以明白所聽到聲音的來源,物質的密度愈高,聲音傳遞地愈快,所以你聽到聲音的來源,或許實際上非常遙遠。
科學家如何使用 “水中聽音器”
人類做了許多事情而產生水下的聲音,例如駕駛船或其他機具,重要的是讓科學家聆聽這些聲音,得知何時人類的活動正影響生活在水下動物的生活,假設如果在一個運輸航道上的 “水中聽音器” 截取到聽起來像鯨魚噪音,那麼船長可以命令船隻先稍做等待,以便讓動物跨越行道。
“水中聽音器” 可被用來作為多種環境監測及測量技術。而洋流的改變可藉由比較兩段同樣位置的錄影檔而被偵測。運用全球監測資訊,我們可以發現海洋氣候如何改變。“水中聽音器” 在河流的錄音,正結合河流高度紀錄,以便更多了解河床的狀況。
海樣生物學家也使用 “水中聽音器”研究動物行為。例如,我們知道鯨魚在水中移動時會產生非常低頻的聲音。運用更多研究科學家可以了解不同的聲音代表的意思。海洋生物學家也追蹤一些物種的行為,利如鯊魚,使用RFID以定位海洋中的鯊魚,科學家藉此追蹤他們,並且使用 “水中聽音器”收集關於鯊魚習慣和模式的資訊。
與鯨魚的二重奏
根據美國紐澤西理工學院的哲學和音樂教授David Rothenberg 博士的研究,鯨魚欣賞音樂,David教授自己是豎笛演奏者,於2007年1月至2月從事一項初步調查,在夏威夷貿依島海岸外,播放現場表演給一群座頭鯨聽,音樂透過一個防水的水中播音系統,轉播給座頭鯨(座頭鯨以牠們的歌唱能力聞名)並且產生的 “二重奏”,透過 “水中聽音器"錄製,作為後續的語音分析。
成為一位公民科學家
運用你的新工具,你也可以對科學有所貢獻,拿著你的 “水中聽音器",以此了解你當地區域的水下聲音,並與一位相關聯社群的科學家,分享你所錄製的水下聲音及你對錄製的聲音的觀察,他/她或許能辨識這聲音,當您聽見意料之外聲音時將特別有趣!你或是其他人所收集到的資料,將建構更完整的自然環境圖像。