美国声学学会期刊怎样

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大嗓门的物理学原理：为什么有些人的声音这么吵

新南威尔士大学的生物物理学家、声学专家John Smith解释道：“这种能传得很远的声音携带着会与人的声道和耳朵产生强烈共鸣的音调，非常具有穿透性，其频率大约为3000 Hz，或者每秒振动3000次：大约与指甲刮黑板的频率相当。”

相比之下，大多数人的声音频率在温和的80 Hz至 250Hz范围内。

那么，说话大声的人是怎样产生震耳欲聋的高频率声音？想要了解这件事，先要来了解一下关于语音的原理。

我们通过快速振动喉头中的两个小薄片黏膜（称为声带）发出声音，这些声带的往复运动打断了来自肺部的空气流动，产生声音的“抽吸”。如果声带每秒来回摆动100次，将产生每秒100 Hz的频率。然而，声带的额外运动（例如彼此的碰撞）就会产生几倍于基本频率的附加频率：200 Hz、300Hz、400Hz等等的“泛音”。

所有这些频率一起通过声道，根据其形状，声道在这些特定的频率下共振。就像管风琴将提高通过其中的声波振幅一样，声道的共振会放大那些共振频率，使声音变大。

这就是诀窍：无论是潜意识的还是故意的，大声的说话者已经学会利用自己声带的自然共鸣，以提高声音的音量。首先，他们控制声带产生大约3000 Hz的谐波频率。这涉及利用来自肺部的更强空气流，并控制声带，然后产生大量高频率的谐波，而大多数人主要产生较低频率的谐波。

第二，改变声道的形状，通过缩窄或限制声道正好位于声带之上，使它在那个高频率上谐振，让高频声音更大，这种声音的提高出现在耳朵敏感、背景噪声小的频率范围内。

Smith和他的同事最近的研究表明，歌手对他们的声道进行类似的调整来更好地发声。科学家已经成功地描述了如何在不同的音高做到这一点。发表在《美国声学学会杂志》（Journal of the Acoustic Society of America）上的一份研究报告表明，甚至小号手也在控制自己的声乐共鸣，以演奏非常高的音符。

不同之处在于，歌手和音乐家是努力而为之，而大嗓门的人却是与生俱来。

62年前，2名探险家抵达马里亚纳海沟，在海底9千米听到敲门声

在 科技 堪称发达的现在，很多人觉得地球似乎已经被人类研究透了。

其实在太平洋深处的马里亚纳海沟，依然是一块神秘且凶险的处女地。

马里亚纳海沟虽然在地球上，但 探索 难度丝毫不亚于前往其他星球。即使如此，总有不畏艰险的勇者为人类 探索 这个神秘海沟。

究竟是哪些国家和个人 探索 过这个危险之地， 探索 过程中又发生过什么故事呢？

1960年1月23日下午，在西太平洋的深海中，两位探险家正在乘坐深潜器下潜，他们此行的目标，是位于地表最深处的马里亚纳海沟。

深度表的读数已经超过一万米，在当时，还没人能够到达这个深度，也就是说，他们每下降一米，都在创造着人类深潜的 历史 记录。

两位探险家却没有在意这些记录，反而瞪大了眼睛看着舷窗外，他们看得非常仔细，生怕看漏了窗外的一丝一毫。

当时是人类第一次进入如此深的海域，也是第一次有人看到在黑暗中的深海奇幻景色，还有那些让人大感惊奇的海底生物。

就在两人谈论着眼前的事物时，深潜器突然产生了晃动，二人感觉好像有什么东西在敲击着深潜器，而且还是多次。

二人感觉这种敲击是有规律的，就好像人类敲门一样。

为了查清楚真相，二人通过舷窗查看四周，却没有发现什么异常现象。两人随后打开探照灯，并且查看相关仪器，希望能找出蛛丝马迹，却依然没有任何发现。

在这万米深海中，面对突如其来的敲门“问候”，让两位探险家一时间陷入了难以抑制的恐惧感。

虽然两位科学家之后恢复镇定，并完成人类对马里亚纳的首次触底 探索 ，但关于马里亚纳，我们依然知之甚少。

为什么马里亚纳海沟会如此神秘，而那几声“敲门”，科学家们找到答案了吗？

要说起马里亚纳海沟的 探索 史，皮尔卡德父子必然在列。在文章开头驾驶深潜器的人，有一个就是老皮尔卡德的儿子，小皮尔卡德。

说起雅克·皮尔卡德（下文称老皮卡尔德），这个名字在科学界可谓是无人不知。老皮尔卡德主要活跃在20世纪上半叶，他是爱因斯坦在瑞士联邦理工大学的同事，也是生活中的好友。

老皮尔卡德是个浪漫的男人，除了物理学家的身份，他还是个发明家和探险家。 “上九天揽月，下五洋捉鳖”，这句诗最能反映老皮尔卡德的志向。

为了能在高空收集宇宙射线，老皮尔卡德曾经亲自设计一个特制的热气球，这个热气球第一次升空，就直接打破了当时的升空记录，以15700米左右的高度进入了平流层。

在接下来的几年中，老皮尔卡德不断打破由自己保持的记录，直到达成23000米的热气球升空极限高度，才最终停止高空实验。这个记录，直到二战后才被打破。

在达成了“九天揽月”的成就后，受到当时流行小说《海底两万里》的影响，老皮尔卡德对研究地球内部产生了兴趣，地球表面最接近地心的地方，就是马里亚纳海沟。

马里亚纳海沟位于西太平洋，在日本和巴布亚新几内亚的中间，这条海沟南北延伸2850千米，而宽度只有70千米，底部大约在海平面11000米之下，是世界上最深的海沟。

除了深度，马里亚纳海沟也是世界上最危险的海域之一。

海沟区域海水呈罕见的墨蓝色，海面波涛汹涌且充满了旋涡，这是许多船只的禁区。

更棘手的是海底压力，在海底一万米的深度，每平方米的压强是惊人的一吨，这种压力可以瞬间压扁一辆 汽车 。

当时很多科学界判定，在这种强大的压力下，是不会有任何生命的，但老皮卡尔德对海底世界充满了信心，他认为海底世界肯定还有许多值得 探索 的未知事物，甚至是生命。

为了能够潜入环境如此恶劣的海底，多才多艺的老皮尔卡德，按照小说中“鹦鹉螺号”潜水艇的构思，设计了一种能够潜入深海的深潜器。

就在老皮尔卡德拿到研究批准，准备制造深潜器时，第二次世界大战爆发了。 受战争影响，他失去了相关研究经费，深潜器的研究被迫暂停。

二战结束后，老皮尔卡德马上恢复了深潜器的制造计划，并向瑞士科研机构申请研究经费。

深潜器在当时是最新 科技 ，制造潜水器需要耗费大量金钱，而且研究目的地马里亚纳海沟海况危险，经过评估后，瑞士科学院认为这项研究不可行，拒绝了老皮卡尔德的请求。

虽然被拒绝，老皮卡尔德没有灰心，他利用自己的人脉多方走动，终于获得了比利时和法国政府的资助。

此时小皮卡尔德也加入了父亲的深潜器制造计划，在众人的努力下，皮卡尔德父子终于在1950年制造出世界上第一艘能够下沉4000米以下的深潜器“弗恩斯-2”号。

在经过多次试验和改进后，1957年，老皮尔卡德的深潜器技术已经相当成熟，他制造的“特里雅斯特”号，在试验阶段已经能够下沉到8000米的深海。

在之后的三年中，皮卡尔德父子继续对深潜器进行强化。

在此期间，美国海军还参加到 探索 马里亚纳海沟的计划中，有了美国海军的支持，皮卡尔德父子获得了许多新材料，这些新材料使得深潜器的抗压能力大大增强。

在皮卡尔德父子潜心制造深潜器期间，其他国家纷纷开展对马里亚纳海沟的研究。1951年，英国查林杰八号科考船测出马里亚纳海沟的深度为10836米。

1957年，苏联考察船用超声波发现了深达11034米的查林杰深渊。

在经过长时间的准备后，加强后的“特里雅斯特”号已经是蓄势待发。1960年1月23日，人类 历史 上第一次潜入马里亚纳海沟底部的探险，于当天早晨正式开始。

当时老皮尔卡德已经超过七十岁，他的身体已经无法承受深海的环境，只能由他的儿子和美国海军上尉沃尔什去代他实现 探索 深海的梦想。

“特里雅斯特”号下沉后，在200米左右的深度时，基本看不到阳光，周边也只是一片黑暗。

然而黑暗没有持续多久，在到达800米时，突然有奇特的光芒出现在舷窗外。

小皮卡尔德和沃尔什发现这是一群水母，在深海中，这些水母发出不同的光芒，给黑暗中的海洋带来了斑斓的色彩。

“这些小家伙多像美妙的精灵啊。” 沃尔什惊叹道。

“是啊，看来即使在神秘海底，也有精灵为我们护航啊。” 小皮卡尔德幽默地说道。

除了水母，在水下3000米处，两人还发现了能发光的微生物，还有形态奇特的鱼虾。这些鱼和虾的身形非常薄，有些鱼的眼睛竟然长在背部。

直到在7000米处，两位探险家还能发现一些小鱼，这让他们大为震惊，因为在这种深度下能存在生命，是当时的人类无法想象的。两个人赶紧用相机将所见所谓拍下来，并作好了相关记录。

在整个下沉过程中，一切都很顺利，然而在9000米的深度时，突然听到了几声尖锐的声响，两人定睛一看，原来是深潜器的玻璃经受不住高压，出现了裂痕。

要知道在深达9000米的海水中，一旦深潜器出现问题让海水灌入，里面的乘员会立刻被海水压扁。

看到情况后，两人对着玻璃仔细观察起来。

沃尔什脸色沉重地说： “这看起来可不妙啊，要不要暂停下沉，先检查一下？”

小皮卡尔德在观察玻璃裂痕后说： “玻璃有裂痕是预料之中的，我觉得应该没问题，我们继续下沉。”

沃尔什看着坚定的小皮卡尔德，没有说什么。沃尔什知道，小皮卡尔德做出这个决定是有底气的。

为了能够让舷窗有足够的抵抗能力，皮尔卡德父子在十年时间里进行了千余次实验，最终确定了以丙烯作为玻璃材料。这种材料的抗压能力极为出色，且极不易破碎。

在深海之中，自己乘坐的深潜器出现了一些状况，谁都难免会有不安。但看着深度表上9000米的读数，沃尔什并不甘心在差最后2千米时临阵退出，因此他同意了小皮卡尔德的建议。

很快，“特里雅斯特”继续下降。

小皮卡尔德的判断是正确的，在此次下降过程中，深潜器并未发生任何异常。在经过6个小时的下潜后，“特里雅斯特”终于到达深达11530米的“挑战者深渊”。

在到达11530米的高度之前，他们听到了文章开头所提及的“敲门声”。虽然“敲门声”让他们疑惑不解，但他们很快就投入到勘察海底的工作之中。

20分钟后，“特里雅斯特”开始上升。返程的时间比启程时间要快一个小时，在接近17点时，两人成功浮出水面，这是人类 历史 上第一次成功进行万米深度的潜航。

看到潜航器浮出水面后，在接应的军舰，长官率领士兵排成一列，鼓掌欢迎两位探险家平安到达，他们都为见证这 历史 性的一刻感到骄傲。

此事很快通过电报传到白宫办公室，白宫当即回电，命令关岛基地的海军派出专机，将小皮卡尔德、沃尔什、老皮卡尔德接到华盛顿，总统艾森豪威尔将要给两位探险家授勋。

从此以后，和征服珠峰一样， 探索 马里亚纳海沟，成为探险家们的终极梦想。

对于老皮尔卡德而言，美国政府授予的荣誉只能说是锦上添花。当他听到儿子完成了万米潜航的消息时，激动不已。因为他实现了自己“上天入地”的梦想。

在皮尔卡德父子进行第一次万米潜航之后，就不断有人对马里亚纳海沟进行 探索 和研究。近十年以来，关于马里亚纳海沟的研究资料越来越多，人们不仅发现了许多新生物，还在万米海底发现人造的塑料垃圾。

虽然研究逐渐增多，但关于小皮卡尔德在海底听到的那阵“敲门声”，科学家们依旧无法给出合理的解释。

无独有偶，在2012-2017年，美国科学家通过安放在马里亚纳海沟底部的监测装置，也听到了类似的怪声。

然而在高 科技 仪器的帮助下，科学家依旧无法确定怪声的来源。

2017年，美国科学家在《美国声学学会杂志》上发表论文，专门描述了这种来自马里亚纳海沟深处的声音。

文章描述如下：这种声音通常持续2-4秒，先是超低音，后来又转成了超高音频。

有人曾猜测，这种声音是鲸鱼或者海底地震发出的声音，但这种说法很快被证明是错误。直到今天，马里亚纳海沟的怪声，依然是一个未解之谜。

在20世纪下半叶，德、法、英、澳等国的科学家纷纷前往马里亚纳海沟进行研究。在上世纪六七十年代，美国科学家是研究马里亚纳海沟的主力军。

在八十九年代，日本科学家多次乘坐探测器，发现了狮子鱼等深水生物，还发现了日本列岛每年都在以极微小的速度向马里亚纳海沟靠近。

进入21世纪后，中国科学家逐渐成为 探索 研究马里亚纳海沟的主力军。在新世纪后，中国人自己设计制造的深潜器频频露脸，“蛟龙号”、“勇士号”、“奋斗者号”都是国际深海探测的明星。

2020年11月，“奋斗者号”，到达10909米的深度，并在深海成功进行探测、海底样品收取工作。

我们有理由期待，在未来的深海探测中，中国人发表的科研成果将会越来越多，那些海底怪声的真相，也会逐渐浮出水面。

参考资料：

《马里亚纳海沟》 百度百科

《中国“奋斗者号”载人潜水器在马里亚纳海沟成功坐底》 环球网

《地球最深处——马里亚纳海沟》 中国科学院网站

《皮卡尔德》 技点网

《探险者基因》 新浪新闻

,鲸互相交流信息的方法是

为什么用指甲刮黑板的声音会让人颤抖？

如果你与常人无异，你可能无法忍受指甲划过黑板的声音，哪怕光是想想这种声音，你都会觉得“蓝瘦香菇”。由于大多数人对这种穿耳魔音极度讨厌，关于为何这种声音能激发起类似本能的反应的研究备受众多科学家关注也不足为奇了。

总体而言，研究表明这种震耳欲聋的噪音和婴儿啼哭及人类尖叫的声音有着相同的频率，这表明了这些声音是和“生存”联系起来的。例如，人们认为这种频率的声音能够让人更快地对哭泣的婴儿施救，延长婴儿的寿命。

一项研究表明，我们对这种刺耳声音的厌恶是由于我们耳道的形状和知觉造成的。

研究的参与者对不同的恼人噪音进行了不适度评估。这些声音包括：筷子刮盘子的声音、泡沫聚苯乙烯摩擦发出的声音等。被研究参与者评为最不舒适的声音是手指刮过黑板的声音和粉笔刮过岩石的声音。

接着，研究人员通过调整这两种声音的频率范围、移除谐波部分（或其他和谐基调）创造了这些声音的变体。他们告诉了50%的受试者这段声音的真实来源，而另外一半参与测试的人则被告知这些声音是来自几个当代音乐的片段。最终，他们对这两组参与者播放了相关的声音，并同时对受试者的心率、血液和皮肤的导电性等压力指标进行监测。

他们发现，这种恼人的声音显著地改变了听者皮肤的导电性。这表明，这种声音确实引起了重大的身体压力反应。

德国麦科米迪亚大学应用科学系媒体及音乐管理学院教授米歇尔·厄勒说：“最让人感到痛苦的频率并不是最低或最高的频率，而是那些处在2000到4000赫兹之间的频率。人类的耳朵对这一范围内的声音频率最为敏感。”

厄勒教授指出，人类耳道的形状经历进化后可能会放大某些与交流和生存相关的声音的频率。耳道进化是对人类有利的，但也有副作用：这种手指刮过黑板声音被放大后令人极度痛苦。“但是，这真的只是一个推测，”在2011年的美国声学学会会议上，厄勒对Live Science说，“现在我们唯一可以肯定的是我们已经找到这种使人不快的频率的来源。”

厄勒教授说，在这次研究中，那些被告知这种声音来自乐曲的聆听者会认为这种声音的舒适度较高。（但这并不能欺骗他们的身体，因为实验中的两组听者的皮肤导电性都出现了相同的变化。）这表明，如果我们对这种声音没有非常讨厌和负面的预设，它也许就不那么惹人烦了。

大脑的选择

2012年发表在《神经学期刊》上的另一个研究揭示了当人们听到这种尖锐的声音时人类大脑发生的变化。研究表明手指刮过黑板的声音会使得大脑中负责听觉和感情的区域发生更加强烈的交流。

在这项研究中，13位受试者共聆听了74种声音，包括指甲划过黑板的声音和电动工具的噪声等，并根据他们的感受对这些声音的愉悦程度进行评分。研究人员则使用机能性磁共振成像来测定受试者的大脑对这些声音的反应。

当受试者听见了一种让人不悦的声音时，他们大脑中处理声音的听觉皮层和处理负面情感的杏仁核区域产生了互动。

“这似乎证实了一个非常原始的观点，当听到不悦的声音时，大脑的杏仁核可能将一种遇险信号传导到听觉皮层。”纽卡斯尔大学研究团队的成员赛库拜德·库尔玛这样告诉Live Science.”

此外，研究人员说，这种声音带来的不悦感越强烈，大脑中这两个区域的活动也会越活跃。根据受试者的评分，研究人员发现那些最令人不悦的声音包括：刀划过瓶子的声音、叉子划过玻璃的声音和粉笔划过黑板的声音。最好听的声音则包括流水声、雷声和小孩的笑闹声。

研究发现，频率为2000-5000赫兹的声音最让人烦躁。这个频率范围和2011年的研究结果几乎吻合。“我们的耳朵对这个频率范围内的声音最为敏感。虽然敏感的原因还不得而知，但尖叫声也包含其中，这是一种让人不由自主地觉得难受的声音。” 库尔玛说。

lg诺贝尔奖

2006年，一个调查了所有尖锐声音的研究获得了由不可能研究协会颁发的lg诺贝尔奖。该研究于1986年发表在《知觉与心理物理学》上，其中科学家记录了园艺用具刮过黑板的声音。接着，研究人员不断调整声音的频率，在不同的录音中删除了高频、中频和低频的声音。

当研究人员向志愿者播放了调整后的声音后，他们发现移除高频率的声音并不能让整个声音听起来更愉悦。相反，他们在医学杂志中得知，删掉中频和低频的声音能让整个声音变得更加动人。

此外，研究人员发现，大猩猩警告式的哭声和手指划过黑板的声音有相似之处。也许人们对这类声音有着无意识的反射，因为这类声音和警告信号有神秘的相似之处，研究人员对《医疗健康》说。

蝌蚪五线谱编译自livescience，译者 晴空飞燕，转载须授权