四、声悬浮的原理
声学的奥秘
声学的概述
声学是研究弹性介质中声波的产生、传播、接收和各种声效应的物理学分支学科。弹性介质包括气体、液体和固体；声波是指声振动在弹性介质中引起介质质点在空间逐点振动的传播现象。
声音由物体（比如乐器）的振动而产生，通过空气传播到耳鼓，耳鼓也产生同频率振动。声音的高低取决于物体振动的速度。物体振动快就产生“高音”，振动慢就产生“低音”。物体每秒钟的振动速率，叫做声音的“频率”。
声音的响度取决于振动的“振幅”。比如，用琴弓用力地拉一根小提琴弦时，这根弦就大距离地向左右两边摆动，由此产生强振动，发出一个响亮的声音；而用琴弓轻轻地拉一根弦时，这根弦仅仅小距离左右摆动，产生的振动弱而发出一个轻柔的声音。
较小的乐器产生的振动较快，较大的乐器产生的振动较慢。如双簧管的发音比它同类的大管要高。同样的道理，小提琴的发音比大提琴高；按指的发音比空弦音高；小男孩的嗓音比成年男子的嗓音高等等。制约音高的还有其他一些因素，如振动体的质量和张力。总的说，较细的小提琴弦比较粗的振动快，发音也高；一根弦的发音会随着弦轴拧紧而音升高。
不同的乐器和人声会发出各种音质不同的声音，这是因为几乎所有的振动都是复合的。如一根正在发音的小提琴弦不仅全长振动，各分段同时也在振动，根据分段各自不同的长度发音。这些分段振动发出的音不易用听觉辨别出来，然而这些音都纳入了整体音响效果。泛音列中的任何一个音（如G、D或B）的泛音的数目都是随八度连续升高而倍增。泛音的级数还可说明各泛音的频率与基音频率的比率。如大字组“G”的频率是每秒钟振动96次，高音谱表上的“B”（第五泛音）的振动次数是每秒钟480次。
尽管这些泛音通常可以从复合音中听到，但在某些乐器上，一些泛音可分别获得。用特定的吹奏方法，一件铜管乐器可以发出其他泛音而不是第一泛音或基音。用手指轻触一条弦的1/2处，然后用弓拉弦，就会发出有特殊的清脆音色的第二泛音；在弦长的1/3处触弦，会发出第三泛音等。
声音的传播通常通过空气。一条弦、一个鼓面或声带等的振动使附近的空气粒子产生同样的振动，这些粒子把振动又传递到其他粒子，这样连续传递直到最初的能量渐渐耗尽。压力向邻近空气传播的过程产生我们所说的声波。声波与水运动产生的水波不同，声波没有朝前的运动，只是空气粒子振动并产生松紧交替的压力，依次传递到人或动物的耳鼓产生相同的影响（也就是振动），引起我们主观的“声音”效果。
判断不同的音高或音程，人的听觉遵守－条叫做“韦伯－费希纳定律”的感觉法则。这条定律阐明：感觉的增加量和刺激的比率相等。音高的八度感觉是一个2∶1的频率比。对声音响度的判断有两个“极限点”：听觉阀和痛觉阀。如果声音强度在听觉阀的极限点认为是1，声音强度在痛觉阀的极限点就是1兆。按照韦伯－费希纳定律，声学家使用的响度级是对数，基于10∶1的强度比率，这就是我们知道的1贝。响度的感觉范围被分成12个大单位，1贝的量又分成10个称作分贝的较小量，即1贝＝10分贝。1分贝的响度差别对我们的中声区听觉来说大约是人耳可感觉到的最小变化量。
当我们同时听两个振动频率相近的音时，它们的振动必然在固定的音程中以重合形式出现，在感觉上音响彼此互相加强，这样一次称为一个振差。钢琴调音师在调整某一弦的音高与另一弦一致的过程中，会听到振差在频率中减少，直到随正确的调音逐渐消失。当振差的速率超过20次/秒，就会听到一个轻声的低音。
当我们同时听两个很响的音时，会产生第三个音，即合成音或引发音。这个低音相当于两个音振动数的差，叫差音。还可以产生第四个音（一个弱而高的合成音），它相当于两个音振动数的和，叫加成音。
两个相互靠近的音叉发生共鸣
同光线可以反射一样，亦有声反射，比如我们都听到过的回声。同理，如果有阻碍物挡住了声振动的通行会产生声影。然而不同于光振动，声振动倾向于围绕阻碍物“衍射”，并且不是任何固体都能产生一个完全的声影。大多数固体都程度不等地传递声振动，而只有少数固体（如玻璃）传递光振动。
共鸣一词指一物体对一个特定音的响应，即这一物体由于那个音而振动。如果把两个调音相同的音叉放置在彼此靠近的地方，其中一个发声，另一个会产生相应振动，亦发出这个音。这时首先发音的音叉就是声音发生器，随后共振的音叉就是共鸣器。我们经常会发现教堂的某一窗户对管风琴的某个音产生反应，产生振动；房间里的某一金属或玻璃物体对特定的人声或乐器声也会产生类似的响应。
共鸣这个词从严格科学意义说，指真正的共鸣即“再发声”现象。这一词还有不太严格的用法，它有时指地板、墙壁及大厅顶棚对演奏或演唱的任何音而不局限于某个音的响应。一个大厅共鸣过分或是吸音过强（“太干”）都会使表演者和观众有不适感（一个有回声的大厅常被描述为“共鸣过分”，其实在单纯的声音反射和共振的增强之间有明确的区别）。混响时间应以声音每次减弱60分贝为限（原始辐射强度的百万分之一）。
墙壁和顶棚的制造材料应该回响不过分又吸音不太强。声学工程师已经研究出建筑材料的吸音的综合效能系数，但是吸音能力难得在声音高的整体频谱完全一致。只有木头或某些声学材料对整个频率范围有基本均等的吸音能力。放大器和扬声器可以用来（如今经常这样使用）克服建筑物原初设计不完善所带来的问题。大多数现代大厅建筑都可以进行电子“调音”，并备有活动面板、活动天棚和混响室可适应任何类型正在演出的音乐。
声学是经典物理学中历史最悠久而当前仍在前沿的一个分支学科。因而它既古老而又颇具年轻活力。
声学是物理学中很早就得到发展的学科。声音是自然界中非常普遍、直观的现象，它很早就被人们所认识，无论是中国还是古代希腊，对声音、特别是在音律方面都有相当的研究。我国在3 400多年以前的商代对乐器的制造和乐律学就已有丰富的知识，以后在声音的产生、传播、乐器制造、乐律学以及建筑和生产技术中声学效应的应用等方面，都有许多丰富的经验总结和卓越的发现和发明。国外对声的研究亦开始得很早，早在公元前500年，毕达哥拉斯就研究了音阶与和声问题，而对声学的系统研究则始于17世纪初伽利略对单摆周期和物体振动的研究。17世纪牛顿力学形成，把声学现象和机械运动统一起来，促进了声学的发展。声学的基本理论早在19世纪中叶就已相当完善，当时许多优秀的数学家、物理学家都对它作出过卓越的贡献。1877年英国物理学家瑞利发表巨著《声学原理》，集前人研究大成，使声学成为物理学中一门严谨的相对独立的分支学科，并由此拉开了现代声学的序幕。
声学又是当前物理学中最活跃的学科之一。声学日益密切地同多种领域的现代科学技术紧密联系，形成众多的相对独立的分支学科，从最早形成的建筑声学、电声学直到目前仍在“定型”的“分子－量子声学”、“等离子体声学”和“地声学”等等，目前已超过20个，并且还有新的分支在不断产生。其中不仅涉及包括生命科学在内的几乎所有主要的基础自然科学，还在相当程度上涉及若干人文科学。这种广泛性在物理学的其他学科中，甚至在整个自然科学中也是不多见的。
在发展初期，声学原是为听觉服务的。理论上，声学研究声的产生、传播和接收；应用上，声学研究如何获得悦耳的音响效果，如何避免妨碍健康和影响工作的噪声，如何提高乐器和电声仪器的音质等等。随着科学技术的发展，人们发现声波的很多特性和作用，有的对听觉有影响，有的虽然对听觉并无影响，但对科学研究和生产技术却很重要，例如，利用声的传播特性来研究媒质的微观结构，利用声的作用来促进化学反应等等。因此，在近代声学中，一方面为听觉服务的研究和应用得到了进一步的发展；另一方面也开展了许多有关物理、化学、工程技术方面的研究和应用。声的概念不再局限在听觉范围以内，声振动和声波有了更广泛的含义，几乎就是机械振动和机械波的同义词了。
自然界从宏观世界到微观世界，从简单的机械运动到复杂的生命运动，从工程技术到医学、生物学，从衣食住行到语言、音乐、艺术，都是现代声学研究和应用的领域。
声学的分支可以归纳为如下几个方面：
从频率上看，最早被人认识的自然是人耳能听到的“可听声”，即频率在20赫兹～20000赫兹的声波，它们涉及语言、音乐、房间音质、噪声等，分别对应于语言声学、音乐声学、房间声学以及噪声控制；另外还涉及人的听觉和生物发声，对应有生理声学、心理声学和生物声学；还有人耳听不到的声音，一是频率高于可听声上限的，即频率超过20000赫兹的声音，有“超声学”，频率超过500兆赫兹的超声称为“特超声”，而其对应的“特超声学”也称为“微波声学”或“分子声学”。二是频率低于可听声下限的，即是频率低于20赫兹的声音，对应有“次声学”，随着次声频率的继续下降，次声波将从一般声波变为“声重力波”，这时必须考虑重力场的作用；频率继续下降以至变为“内重力波”，这时的波将完全由重力支配。需要说明的是，从声波的特性和作用来看，所谓20赫兹和20000赫兹并不是明确的分界线。例如频率较高的可听声波，有些已具有超声波的某些特性和作用，因此在超声技术的研究领域内，也常包括高频可听声波的特性和作用的研究。
从振幅上看，有振幅足够小的一般声学，也可称为“线性（化）声学”，有大振幅的“非线性声学”。
从传声的媒质上看，有以空气为媒质的“空气声学”；还有“大气声学”，它与空气声学不同的是，它主要研究大范围内开阔大气中的声现象；有以海水和地壳为媒质的“水声学”和“地声学”；在物质第四态的等离子体中，同样存在声现象，为此，一门尚未成型的新分支“等离子体声学”正应运而生。
从声与其他运动形式的关系来看，还有“电声学”等等。
声学的分支虽然很多，但它们都是研究声波的产生、传播、接收和效应的，这是它们的共性。只不过是与不同的领域相结合，研究不同的频率、不同的强度、不同的媒质，适用于不同的范围，这就是它们的特殊性。
一、回 声
回声定位
某些动物能通过口腔或鼻腔把从喉部产生的超声波发射出去，利用折回的声音来定向，这种空间定向的方法，称为回声定位。如“雷达飞兽”蝙蝠能在完全黑暗中，以极快的速度精确地飞翔，从不会同前方的物体相撞。如将它的耳蒙上，并把嘴堵上，则失去避免与物体相撞的本领。经高频脉冲检测装置测量后，证实蝙蝠在飞行时，喉内产生并能通过口腔发出人耳听不到的超声波脉冲。人类至多能听到频率为20千赫兹的声音，而有的蝙蝠能发出和听到100千赫兹的声音。当遇到食物或障碍物时，脉冲波会反射回来，蝙蝠用两耳接受物体的反射波，并据此确定该物体的位置，并可从两耳分别接受到回波间的差别，来辨别物体的远近、形状及性质；物体的大小则由回波中的波长区别出来。大部分蝙蝠能用舌头颤动发音，有些则发出尖的鸣叫声，还有一些能由鼻孔透出声音。它们都有助于蝙蝠确定回波的方向，来决定自己要前进，还是转弯。蝙蝠在空中能利用超声波来“导航”，就能迅速准确捕捉飞虫。此外，某些海洋哺乳类能在水下发出频带很宽的声波，甚至高达300千赫兹。如齿鲸、海豚，能借助于附近陆地对声音的反射，用回声定位来测定方向，得知物体或海岸的位置。某些海豹、海狮也能发出水下超声波。
天坛“声学三奇”的奥秘
北京的天坛公园始建于1420年，是古代皇帝举行宗教仪式的地方。天坛公园的建筑不但外形庄严雄伟，而且有着奇妙的声学特点，吸引着不少中外游客。特别是人称“声学三奇”的回音壁、三音石和圜丘更使游人终生难忘。这些石头、墙壁看上去和普通的石头、墙壁没有两样，但是它们为什么会出现这样的效果呢？其中的奥秘又是什么呢？
天坛公园俯视景
回音壁位于天坛公园的中心稍偏南，它是皇穹宇四周的围墙。回音壁表面磨砖密砌、整齐平滑，是声波很好的反射面。一个人在回音壁内侧对着墙低声说话，由于声波经回音壁内表面多次反射，另一人站在回音壁内侧位置，都能清楚地听到说话声，而且几乎和面对面谈话一样。
通向皇穹宇的台阶，其中有一块被称为三音石。如果站在这块台阶上拍一下手，就能听到三次，或者更多次连续拍手的声音。这块台阶所用的石头和普通的石头没有什么两样，那么，它为什么会出现这样的效果呢？其中的奥秘又是什么呢？
天坛回音壁
原来，天坛的四周围墙很高，而且坚硬光滑，能够很好地反射声音；墙又是圆形的，三音石正好放在圆的中心处。当拍了一下手后，声音从空气中向四周传播，遇到围墙后，又给反射回来，这些经反射回来的声音又都经过位于圆心的三音石。所以，我们站在三音石上拍手，就会听到清晰的回音，而且回音特别响。
回音壁原理示意图
反射回来的声音还有一个特点，它经过圆心后继续向前走，一直传到对面围墙上，经过第二次反射又回到三音石。这样，我们就听到了第二次、第三次，甚至更多次的声音了，这里除拍手的那次声音是原始声音，其余的都是回音。
走进皇穹宇内，也是个圆形的建筑物。但是如果站在中间，也拍一下手，在这里却不能听到回音，只是感到拍手声比在旷野里响一些而已。这又是为什么呢？
原来，当发声和回声间隔时间小于1/16秒时，我们会把这两种声音听成一个声音，回声的作用只是加强了原来的声音。声音在空气中传播的速度是340多米/秒。只有人与墙壁间的距离超过11米时，声音往返的距离才会超过22米，这时，我们的耳朵才能把回声分辨出来。皇穹宇室内半径才几米，当然就听不到回音了。三音石到围墙的距离是32.5米，不难算出，发声和回声的时间间隔将是1/5秒，所以能听到清晰的回声。
三音石原理示意图
在日常生活中，我们还能见到一种一敲三响的现象。找一个同学在一根足够长的有水水管的一端敲一下，你在另一端就可能听到三次敲击声。这是由于声音在空气、水和铁管内传播的速度不一样造成的。声音在铁内传播的速度是5 000米/秒，在水中的传播速度是1 500米/秒，而在空气中的传播速度只有340米/秒。
天坛的第三声学奇迹是圜丘。圜字是圆字的古体，丘字原意是小山、土堆子。不过，圜丘不是圆形土堆子，而是青石砌成的高台，这里是真正的祭天的祭坛。因为古人流行着“天圆地方”的说法，所以圜丘砌成圆的，它外面的围墙筑成方的。圜丘是三层的石台，每层都有台阶可以拾级而登。每层台的周围都有石栏杆，最高层离地5米多，半径15米。
人们登上台顶，站在圜丘的圆心石上，如果喊话或拍手，听到的声音会特别洪亮。这又是什么缘故呢？原来台顶不是真正水平的，而是从中央往四周坡下去。人们站在台中央喊话，声波从栏杆上反射到台面，再从台面反射回耳边来；或者反过来，声波从台面反射到栏杆上，再从栏杆反射回耳边来。又因为圜丘的半径较短，小于11米，所以回声比原声延迟时间很短，以致相混。据测验，从发音到声波再回到圆心的时间，只有0.07秒。说话者无法分辨它的原音与回音，所以站在圆心石上听起来，声音格外响亮。但是站在圆心以外说话，或者站在圆心以外听起来，就没有这种感觉了。
二、超声波的奥秘
有趣的超声波
蝙蝠是一种夜行动物，它们经常在漆黑的夜晚出现，但是为什么蝙蝠在那样黑暗的夜里自由飞行却又不会到处撞壁呢？它们是靠什么本领能够做到这一点的呢？这些问题我们是否了解呢？其中有什么奥秘吗？
为了揭开这个问题的答案，意大利科学家斯帕斯拉捷做了一个实验。1793年夏天，一个晴朗的夜晚，喧腾热闹的城市渐渐平静下来。斯帕斯拉捷匆匆吃完饭，便走出街头，把笼子里的蝙蝠放了出去。当他看到放出去的几只蝙蝠轻盈敏捷地来回飞翔时，不由得尖叫起来。因为那几只蝙蝠，眼睛全被他蒙上了，都是“瞎子”。
斯帕拉捷为什么要把蝙蝠的眼睛蒙起来呢？原来，每当他看到蝙蝠在夜晚自由自在的飞翔时，总认为这些小精灵一定长着一双特别敏锐的眼睛，如果把它们的双眼蒙上，它们就不可能在黑夜中灵巧地躲过各种障碍物，并且敏捷地捕捉飞蛾了。然而事实完全出乎他的意料。斯帕拉捷很奇怪：不用眼睛，蝙蝠凭什么来辨别前方的物体，捕捉灵活的飞蛾呢？
于是，他把蝙蝠的鼻子堵住。结果，蝙蝠在空中还是飞得十分敏捷、轻松。难道它薄膜似的翅膀，不仅能够飞翔，而且能在夜间洞察一切吗？斯帕拉捷又捉来几只蝙蝠，用油漆涂满它们的全身，然而还是没有影响到它们飞行。
夜间捕食飞蛾的蝙蝠
最后，斯帕拉捷堵住蝙蝠的耳朵，把他们放到夜空中。这次，蝙蝠可没有了先前的神气。他们像无头苍蝇一样在空中东碰西撞，很快就跌落在地。蝙蝠在夜间飞行，捕捉食物，原来是靠听觉来辨别方向、确认目标的！
斯帕拉捷的实验，揭开了蝙蝠飞行的秘密，促使很多人进一步思考：蝙蝠的耳朵又怎么能“穿透”黑夜，“听”到没有声音的物体呢？
后来人们继续研究，终于弄清了其中的奥秘。原来，蝙蝠靠喉咙发出人耳听不见的“超声波”，这种声音沿着直线传播，一碰到物体就像光照到镜子上那样反射回来。蝙蝠用耳朵接收到这种“超声波”，就能迅速做出判断，灵巧地自由飞翔，捕捉食物。
现在，人们利用超声波来为飞机、轮船导航，寻找地下的宝藏。超声波就像一位无声的功臣，广泛地应用于工业、农业、医疗和军事等领域。斯帕拉捷怎么也不会想到，自己的实验，会给人类带来如此巨大的恩惠。
超声波的产生(https://www.daowen.com)
声波是物体机械振动状态（或能量）的传播形式。所谓振动是指物质的质点在其平衡位置附近进行的往返运动。譬如，鼓面经敲击后，它就上下振动，这种振动状态通过空气媒质向四面八方传播，这便是声波。超声波是指振动频率大于20千赫兹以上，其每秒的振动次数（频率）甚高，超出了人耳听觉的上限（20千赫兹），人们将这种听不见的声波叫做超声波。超声和可闻声本质上是一致的，它们的共同点都是一种机械振动，通常以纵波的方式在弹性介质内会传播，是一种能量的传播形式，其不同点是超声频率高，波长短，在一定距离内沿直线传播具有良好的束射性和方向性，目前腹部超声成像所用的频率范围在2～5兆赫兹之间，常用为3～3.5兆赫兹。
超声波的特点
（1）超声波在传播时，方向性强，能量易于集中。
（2）超声波能在各种不同媒质中传播，且可传播足够远的距离。
（3）超声与传声媒质的相互作用适中，易于携带有关传声媒质状态的信息或对传声媒质产生效应。
超声波是一种波动形式，它可以作为探测与负载信息的载体或媒介（如B超等用作诊断）；超声波同时又是一种能量形式，当其强度超过一定值时，它就可以通过与传播超声波的媒质的相互作用，去影响，改变以致破坏后者的状态、性质及结构（用作治疗）。
超声波的作用
玻璃和陶瓷制品的除垢是件麻烦事，如果把这些物品放入清洗液中，再通入超声波，通过清洗液的剧烈振动冲击物品上的污垢，能够很快清洗干净。
虽然说人类听不出超声波，但不少动物却有此本领。它们可以利用超声波“导航”、追捕食物，或避开危险物。蝙蝠就是一个很好的例子，蝙蝠正是利用这种“声纳”判断飞行前方是昆虫，或是障碍物的。而雷达的质量有几十、几百甚至几千公斤，而在一些重要性能上如精确度、抗干扰能力等，却还不能胜过蝙蝠。深入研究动物身上各种器官的功能和构造，将获得的知识用来改进现有的设备，这是近几十年来发展起来的一门新学科，叫做仿生学。
我们人类直到第一次世界大战时才学会利用超声波，这就是利用“声纳”的原理来探测水中目标及其状态，如潜艇的位置等。此时人们向水中发出一系列不同频率的超声波，然后记录与处理反射回声，从回声的特征我们便可以估计出探测物的距离、形态及其动态改变。医学上最早利用超声波是在1942年，奥地利医生杜西克首次用超声技术扫描脑部结构；以后到了20世纪60年代医生们开始将超声波应用于腹部器官的探测。如今超声波扫描技术已成为现代医学诊断极为常见的工具。
应用超声波可以对热塑性工件使用熔接、铆焊、成形焊或点焊等多种方法进行焊接。超声波焊接设备既可以独立操作，也可以用于自动化生产环境。那些内置精密电子组件的塑料工件，如微型开关等，就适合使用超声波对其进行焊接。同时，不止一种方法可能被用来对成品进行加工，如使用铆焊方式焊接软盘和卡带的内部，而对其外部的焊接则使用熔接法。
三、次声波的奥秘
次声波杀人
1890年，一艘名叫“马尔波罗号”帆船在从新西兰驶往英国的途中，突然神秘地失踪了。20年后，人们在火地岛海岸边发现了它。奇怪的是：船上的东西都原封未动、完好如初。船长航海日记的字迹仍然依稀可辨；就连那些已死多年的船员，也都“各在其位”，保持着当年在岗时的“姿势”。
1948年初，一艘荷兰货船在通过马六甲海峡时，一场风暴过后，全船海员莫名其妙地死光；在匈牙利鲍拉得利山洞入口，3名旅游者齐刷刷地突然倒地，停止了呼吸……
上述惨案，引起了科学家们的普遍关注，其中不少人还对船员的遇难原因进行了长期的研究。就以本文开头的那桩惨案来说，船员们是怎么死的？是死于天火或是雷击的吗？不是，因为船上没有丝毫燃烧的痕迹；是死于海盗的刀下的吗？遇难者遗骸上看到死前没有打斗的迹象；是死于饥饿干渴的吗？船上当时贮存着足够的食物和淡水。至于前面提到的第二桩和第三桩惨案，是自杀还是他杀？死因何在？凶手是谁？检验的结果是：在所有遇难者身上，都没有找到任何伤痕，也不存在中毒迹象。显然，谋杀或者自杀之说已不成立。那么，是因为像心脑血管一类疾病的突然发作致死的吗？法医的解剖报告表明，死者生前个个都很健壮！
经过反复调查，人们终于弄清了制造上述惨案的“凶手”，它是一种为人们所不很了解的次声波。次声波是频率小于20赫兹的声波。次声波不容易衰减，不易被水和空气吸收。而次声波的波长往往很长，因此能绕开某些大型障碍物发生衍射。某些次声波能绕地球2至3周。次声波是一种每秒钟振动数很少，人耳听不到的声波。一般地说，人耳所能听见的声波频率大约在20～20 000赫兹之内，这样的声波叫可闻声波；超过20 000赫兹的声波，叫超声波；而低于20赫兹的声波，就叫次声波。所以，次声波是一种人耳听不见，而又确实存在的声波。虽然次声波看不见，听不见，可它却无处不在。地震、火山爆发、风暴、海浪冲击、枪炮发射、热核爆炸等都会产生次声波，科学家借助仪器可以“听到”它。
次声波的传播速度和可闻声波相同，由于次声波频率很低。大气对其吸收甚小，当次声波传播几千千米时，其被大气吸收还不到万分之几，所以它传播的距离较远，能传到几千米至十几万千米以外。1883年8月，南苏门答腊岛和爪哇岛之间的克拉卡托火山爆发，产生的次声波绕地球3圈，全长十多万千米，历时108小时。频率低于1赫兹的次声波，可以传到几千以至上万千米以外的地方。1960年，南美洲的智利发生大地震，地震时产生的次声波传遍了全世界的每一个角落！1961年，苏联在北极圈内进行了一次核爆炸，产生的次声波竟绕地球转了5圈之后才消失！
次声波具有极强的穿透力，不仅可以穿透大气、海水、土壤，而且还能穿透坚固的钢筋水泥构成的建筑物，甚至连坦克、军舰、潜艇和飞机都不在话下。次声穿透人体时，不仅能使人产生头晕、烦躁、耳鸣、恶心、心悸、视线模糊、吞咽困难、胃痛、肝功能失调、四肢麻木，而且还可能破坏大脑神经系统，造成大脑组织的重大损伤。次声波对心脏影响最为严重，最终可导致死亡。
海上船员的无故死亡事件的发生是由于人体内脏与次声波的共振导致的。人体内脏固有的振动频率和次声频率相近似（0.01～20赫兹），倘若外来的次声频率与身体内脏的振动频率相似或相同，特别是当人的腹腔、胸腔等固有的振动频率与外来次声频率一致时，更易引起人体内脏的共振，使人体内脏受损而丧命。前面提到的发生在马六甲海峡那桩惨案，就是因为这艘货船在驶近该海峡时，恰遇海上起了风暴。风暴与海浪摩擦，产生了次声波。次声波使人的心脏及其他内脏剧烈抖动、狂跳，以致血管破裂，最后促使他们死亡。
此外，还有一桩案子能够证明次声波有杀人的本领。
1968年4月的一天中午，在法国马赛的郊外，老约翰带着儿孙们从田里劳动回来了，家里的女人们也早已把丰盛的午餐准备好了。一家老少20多口人，围坐在椭圆形的大餐桌旁，有说有笑地准备吃饭了……
突然，只所“当”地一声，一只盛满葡萄酒的杯子，从老约翰手中滑落到地上，人们惊讶地朝他望去：只见强壮如牛的老约翰此时脸色大变，他只张了张嘴，眼睛向上一翻，就歪倒在餐桌下面。
可是，还没等到这一家人发出惊慌的喊声，奇怪的事情又生了：老约翰一家的其他人也都纷纷捂着胸口，抱着脑袋，接二连三地在餐桌旁倒下了。只有短短的十几秒钟，一个欢快热闹的大家庭，就这样无声无息地灭亡了。只有那一桌丰盛的饭菜，还悠悠地飘着香味，散着热气……
与此同时，勤劳的农夫汉斯正带着他的一家人劳作田间，他们一边干活，一边说着什么，田野里还不时传来孩子们欢笑声。猛然间，不知为什么，只见人们停住了手里的农活，僵硬地立在那里，然后，又慢慢地倒在被太阳晒得正热的土地上。这一家10多口人，和老约翰家20多口人一样，静悄悄地死去了。
是谁这样无情地杀害了这些无辜的人们？是什么夺去了他们宝贵的性命？为什么“死神”来得这样快，这样神秘？为什么两家人同时死去而无一幸免呢？
原来，在马赛附近，有一所秘密研究次声波武器的研究所。4月6日的中午，研究所的一位工作人员急于下班，忙乱中，按错了按钮，将大功率次声波定向扩散出去。因此，造成了老约翰一家和汉斯一家共36人死亡的严重事故。
老约翰一家和汉斯一家的悲剧发生以后，尽管警察在20分钟之内便赶到现场，并把所有遇难者的尸体用密封大卡车悄悄地运走了，但这种利用次声波作为杀人武器的秘密研究成果，还是被人们发现，并引起人们的警惕。许多国家也因此而注重了对次声波的研究。一个名叫伍德的美国人，曾做过一个滑稽的实验：有一次，他把一台小型次声波发生器带到了一个大剧院里，剧院里正在演出著名话剧，观众随着剧情的发展，时而鼓掌，时而喝彩，台上台下，都沉浸在热烈的气氛中……伍德悄悄地把次声波发生器打开，然后便躲到很远的地方，观察人们的反映。结果，几分钟后，剧场里出现了反常的情绪：人们脸上露出一种慌恐不安和迷惑不解的神情，剧场里原来欢快热烈的气氛一扫而光，人们哪里会知道，这是次声波在作怪。次声波作为一种武器，的确有它不可替代的作用，它没有声音（人听不见），没有光亮，不需要暴露目标进行对抗射击，就可以在静悄悄中杀死对方。
次声波作为杀人武器，在目前仍然是不可抵御，无可防范的。它来无影，去无踪，在极短的时间里，便可结束人的生命。但是，随着科学技术的不断发展，必将出现更先进的武器，充当次声波的克星，来对付这个静悄悄的“死神”。
从20世纪50年代起，核武器的发展对次声学的建立起了很大的推动作用，使得对次声接收、抗干扰方法、定位技术、信号处理和传播等方面的研究都有了很大的发展，次声的应用也逐渐受到人们的注意。其实，次声的应用前景十分广阔，大致有以下几个方面：
（1）研究自然次声的特性和产生机制，预测自然灾害性事件。例如台风和海浪摩擦产生的次声波，由于它的传播速度远快于台风移动速度，因此，人们利用一种叫“水母耳”的仪器，监测风暴发出的次声波，即可在风暴到来之前发出警报。利用类似方法，也可预报火山爆发、雷暴等自然灾害。
（2）通过测定自然或人工产生的次声在大气中传播的特性，可探测某些大规模气象过程的性质和规律。如沙尘暴、龙卷风及大气中电磁波的扰动等。
（3）通过测定人和其他生物的某些器官发出的微弱次声的特性，可以了解人体或其他生物相应器官的活动情况。例如人们研制出的“次声波诊疗仪”可以检查人体器官工作是否正常。
（4）次声在军事上的应用，利用次声的强穿透性制造出能穿透坦克、装甲车的武器，次声武器一般只伤害人员，不会造成环境污染。
由于次声波具有极强的穿透力，因此，国际海难救助组织就在一些远离大陆的岛上建立起“次声定位站”，监测着海潮的洋面。一旦船只或飞机失事之后，可以迅速测定方位，进行救助。
近年来，一些国家利用次声能够“杀人”这一特性，致力次声武器次声炸弹的研制。尽管眼下尚处于研制阶段，但科学家们预言：只要次声炸弹一声爆炸，瞬息之间，在方圆十几千米的地面上，所有的人都将被杀死，且无一能幸免。次声武器能够穿透15厘米的混凝土和坦克钢板。人即使躲到防空洞或钻进坦克的“肚子”里，也还是一样地难逃厄运。次声炸弹和中子弹一样，只杀伤生物而无损于建筑物。但两者相比，次声弹的杀伤力远比中子弹强得多。
四、声悬浮的原理
声学本来就是一个非常值得研究的物理课题，在声学研究的基础上，我们又进一步深入到声悬浮的研究。
声悬浮技术是地面和空间条件下实现材料无容器处理的关键技术之一，和电磁悬浮技术相比，它不受材料导电与否的限制，且悬浮和加热分别控制，因而可用以研究非金属材料和低熔点合金的无容器凝固。
声悬浮现象最早是1886年由Kundt发现的，后由King等人对其物理机理进行了比较全面的理论阐述。20世纪80年代以来，随着航天技术的进步和空间资源的开发利用，声悬浮逐渐发展成为一项很有潜力的无容器处理技术。声悬浮是高声强条件下的一种非线性效应，其基本原理是利用声驻波与物体的相互作用产生竖直方向的悬浮力以克服物体的重量，同时产生水平方向的定位力将物体固定于声压波节处。声悬浮技术分为三轴式和单轴式两种，前者是在空间三个正交方向分别激发一列驻波以控制物体的位置，后者只在竖直方向产生一列驻波，其悬浮定位力由圆柱形谐振腔所激发的一定模式的声场来提供。
鱼和蚂蚁飘浮在空中
没有失重，鱼和蚂蚁却能飘浮在半空中，这绝对不是在开玩笑，事实上，在声学研究的基础上，这样的情况完全可以实现。
普通物体和动物由于自身的重力作用，如果不借助外力不可能克服地心引力，自由飘浮在空中。当然也有例外，宇航员在太空中可以体验到失重的感觉，可以悬浮在空中。这是因为宇航员搭乘的航天器，运动轨迹处在两个天体的引力平衡点上，比如地球和月球的引力互相抵消，这时航天器就处在失重环境中，重力为零，自然就能飘起来了。
这些飘浮在空中的鱼和蚂蚁难道也是因为科学家通过特殊手段为它们营造出了一个失重环境吗？答案是否定的。
但是，如果鱼和蚂蚁依然没有逃脱自身重力的作用，从力的平衡角度考虑，必定有一个来自外部的力量帮助它们克服了重力，最终实现飘浮。这个我们看不到的力量到底来自哪里呢？
实际上实现这一情景的原理只是巧妙地利用了声波。在实验中，上面的声发射端发出声波，声波抵达下端的声反射端后被反射回来，反射回来的声波与继续向反射端传播的声波重叠，如此就形成了驻波，驻波不会像声波一样向前运动，只是在原地上下振动，振幅最大处叫波峰，振幅最小处即看上去静止不动处叫波节。只要把鱼和蚂蚁等小动物放到波节处，它们也就静止不动了。
进行实验时，只要先调节好反射端到发射端之间的距离，波节位置就是固定的，这时只要用镊子将蚂蚁、瓢虫和小鱼等小动物放在这个位置就可以了。飘浮在空中的时候，这些动物都显得比较紧张，蚂蚁手舞足蹈地企图四处游走，瓢虫也使劲拍打着翅膀，似乎想飞走。但是它们的身体并没有受到伤害，不过因为离开了有水的环境，小鱼的活力显然受到了一些影响。
那么，如果声波达到一定强度，是否有可能将人也悬浮起来呢？实验证明，声悬浮原则上可以悬浮起一定体积的任何固体和液体，实验中悬浮的动物有地上爬的、水中游的以及天上飞的，但是小动物的尺寸都不超过1厘米。这是因为，声悬浮的原理决定了悬浮物体的尺寸必须小于半波长。对超声波段，可以悬浮的物体尺寸不超过1厘米。目前还没有看到能够悬浮像人这么大尺寸的物体的声悬浮器。
事实上，1997年，这种将活着的动物悬浮起来的实验在荷兰也有科学家进行过尝试。荷兰奈梅亨大学的物理学家安德烈·杰姆和英国布里斯托尔大学的麦克尔·贝利爵士，曾经使用磁石使青蛙飘浮起来。他们利用一块超导磁石将一只活着的青蛙飘浮在半空中。青蛙本身是一个非磁体，但是通过电磁石的磁场而变得有磁性。
除此之外，超导体也会因为它们对磁场的排斥力而自动浮起。这一原理已在日本得到验证，1996年日本在磁场悬浮实验中，利用一个金属盘子将体重为142千克的相扑运动员悬起。相同的原理也被用于研制磁悬浮列车，尽管现在使用的磁悬浮列车多用电磁场来实现，但它们的原理是一致的。
声悬浮的研究将是声学研究的一大突破，所取得的成果是非常可喜的，揭开声悬浮的奥秘会为物理学的研究带来很大的实用价值。期望在下一个研究阶段，声悬浮的应用也将会像电磁悬浮列车一般在我们的生活中为我们带来便捷。
五、共鸣的秘密
共鸣现象在生活中经常随处可见，器件本身的固有频率如果与外来声音的频率相同时，则它将由于共振的作用而发声，这种声学中的共振现象叫做“共鸣”。
空气柱的共鸣
我们知道，正像水波是水的波动一样，声波是空气的波动；更明确地说，它是空气一疏一密的变化，并以一定的速度从声源向四面八方传播出去。每秒钟疏密变化的次数叫做“频率”。相邻的两个密部或疏部之间的距离叫做“波长”。声音的频率越高，或者说波长越短，听起来音调就越高。
一般地说，声音是由物体的振动引起的。例如打鼓的时候，鼓皮一上一下地振动，于是在空气中引起声音。不同物体振动产生不同的频率的声音。比如大鼓和小鼓的声音，频率就不一样。
有趣的是：两个发声频率相同的物体，如果彼此相隔不远，那么使其中一个发声，另一个也就有可能跟着发声，这种现象就叫“共鸣”。
更有趣的是：几乎随便什么容器里的空气（叫做空气柱），也会同发声物体共鸣。拿一个发声物体挨近容器口，如果频率或波长适当的话，那么空气柱就会起共鸣，而使声音大大加强。根据声学家的研究，只要波长等于空气柱长度的4倍，或4/3、4/5……的声音，传入容器后就能引起共鸣。普通热水瓶内部高度大约是30厘米；可以算出，如果波长为120厘米或40厘米的声音传入热水瓶，都会引起共鸣。由于空气柱短，引起共鸣的声音的波长也短，因此，一个小瓶子发出的嗡嗡声比热水瓶发出的尖锐。
我们周围是一个声音的世界，无时无刻不存在各种波长的声音：人和动物的声音，风和流水的声音，机器和车子的声音。在这许多的声音里，总有可以引起各种容器共鸣的声音。微弱的声音经过共鸣以后就被加强了。一般总是同时有多种波长的声音在那里面发生共鸣。这就是我们接近热水瓶等容器口上所听见的嗡嗡声。
除此以外我们还有一个非常有趣的体会，那就是小的时候，我们常常喜欢把贝壳放在耳边，此时我们就会听到从贝壳里发出嗡嗡的潮水声，那么悦耳动听的潮水声是怎么产生的呢？其实，其产生的原理还是来源于共鸣，贝壳其实也具有共鸣器的作用，由于周遭环境的声音强化，因此，我们通常会感觉不到弱小的声音，而各种声音的混合，便令人联想到大海的潮声。
如果容器有所破损，使原有的空气柱的完整性遭到某种破坏，那么，共鸣的声音也会有所变化。因此，人们往往通过聆听嗡嗡声来检查热水瓶是否有所破损，相应判断是否保温效果好。
共鸣器具有十分重要的利用价值，因此，在日常生活中，我们经常利用它来判断物体是不是有所破损，是否漏气，随着科技的发展，共鸣的原理将逐渐被广泛的运用到各个领域。
