生物启迪：水下回声定位与声纳技术

“水下回声定位能手”与声纳

虎鲸和海豚等是生活在水中的哺乳动物。如果说蝙蝠是在空中利用超声波进行回声定位的冠军，那么虎鲸和海豚便是在水下进行回声定位的能手。

光波和雷达电波为空中侦察作出了卓越贡献，然而在水中侦察却大为逊色。光波和雷达电波一到水下，就很快被海水吸收而耗掉。可是，声波从空气进入海水后，却象脱缰的野马，飞速驰骋，其传播速度由在空气中的340米/秒猛增到1700米/秒，水越深，声波的传播速度就越快，而且损耗小，传得远。

虎鲸和海豚与陆上的兽类不同，它没有声带，声音不是从喉咙中发出来的。虎鲸发出的声音，是它头部气囊系统产生的。

当虎鲸把空气吸入气囊系统后，就关闭其上的瓣膜，空气在里面流动时使瓣膜振动发出声音来。即使在水里没有空气的情况下，它还是可以照样发出声音来。在气囊系统的前面还有一个脂肪瘤起“声速镜”的作用，能把声音聚焦后定向发出来，帮助虎鲸更准确地探测目标和分辨障碍物。(www.xing528.com)

和蝙蝠的回声定位系统一样，虎鲸也有一个完美的接收器。

它的耳朵特别灵敏，是动物中最发达的，并且有适应水压变化的结构，能准确地接收水中的振动波。虎鲸在探测目标时，因对象不同，远近不同，而使用不同的频率。如用7～20千周/秒的频率，可探测远距离的目标，以避开暗礁和船只。用20～170千周/秒的频率，可探测近距离的物体和觅食。根据蝙蝠超声波定位原理和声波的特性，在第一次世界大战期间，法国物理学家P·郎之万研制成回声定位仪（即声纳），现在已成了战舰的基本装备。声纳是卓越的“水下侦察兵”，它能探测到潜艇在大海深处的一举一动，可谓水下“千里眼”、“顺风耳”。据统计，第二次世界大战期间，交战双方损失的潜艇有1000多艘，这些潜艇大部分都是被声呐发现的。

现在，声纳已广泛用于探测、侦察、通讯诸方面。声纳兵可以根据水中敌潜艇发出的声音判别其方位，利用主动声纳搜索水雷，利用测深声纳确定海底深度，根据声纳发生和收回的信号识别敌我。隐蔽在大海深处黑暗王国中的潜艇，如果没有声纳，就犹如聋子和瞎子，寸步难行。人们还利用声波在水中的传播特性，研制了“闻声而起”的音响水雷、“寻声追击”的声控鱼雷，这些都是用声波来控制起爆装置的。此外，声纳还可以探测鱼群和海底矿藏。目前，声纳正在向着低频率、高功率、新结构、自动控制的方向发展。可以相信，水声物理学和无线电技术的发展，将会使声纳的性能越来越完善。