【声学科普】五个不可思议的声学现象

2023-12-08

1.     视觉麦克风


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在撞击物体后,声音通常被吸收并通过物体传播,没有任何明显的影响。然而,微小的振动仅以几分之一微米的长度在受影响的表面上回响,足够被高速摄像机捕捉到,长度甚至不到一个像素的百分之一。Adobe、Microsoft和MIT的研究人员合作开发了一种出色的算法,能够从这些微小的运动中提取信息,并用它来恢复无声视频的原始声音。从面纸盒到水杯等日常物品都可以通过这项令人印象深刻的技术成为视觉麦克风。虽然音质会有很大模糊,但是从薯片袋或盆栽植物的叶子的录音中,我们仍然可以很容易地听到《玛丽有只小羊》的音乐和歌唱声。这项技术还处于初级阶段,但显然在准确提取声音方面有巨大潜力,可以突破普通麦克风的有限范围,越过隔音墙(当然,前提是它们是透明的)。创造出这种视觉麦克风的科学家们并没有争议性的意图,相反,他们认为它最好的用途是最终能够在不接触材料的情况下识别其结构特性。


2.     海豚攻击

海豚攻击是最近发布的一项技术,它能够通过超声波(即高于20 kHz的频率,超出人类听力范围,但在海豚回声定位范围内)来控制语音识别系统。这种未被察觉的语音控制已经确认会对Siri、Cortana、Alexa甚至奥迪车辆中的语音导航系统产生影响,从而造成重大的安全问题。入侵的程度取决于可用功能的范围,包括拨打特定号码、访问恶意网站和下载恶意软件等。

海豚攻击黑客可以轻松地调低屏幕亮度、降低音量,或者设置设备进入飞行模式来协助攻击,但幸运的是,目前距离限制只有1.7米(5.6英尺)。令人惊讶的是,这种方法相当低成本且简单,只需要一个放大器来增加信号、一个超声波换能器用于频率转换,以及连接到某种类型扬声器的电池,而这个扬声器可以简单地是自己手机的扬声器。然而,随着装置的改进,海豚攻击将是所有语音助手都应该做好准备应对的问题。


3.     恐怖的次声

目前很少有证据表明常见的超声波会对人体产生影响,通常只能在未经验证的头晕和不适报告中找到。而在声谱的另一端,次声波也无法听到,但在一定的频率下,它会引发更加令人不安的心理和生理感受,整个身体都会受到这些深层振动的影响,导致过度呼吸、幻觉、恐慌和抑郁。在19赫兹时,次声波将引发人眼球地共振,极大地扭曲周围视觉。老虎的咆哮已被证明以同样的频率发出次声波,这是一种在生物上使猎物和敌人失明和恐惧的非常有用的工具。

由于次声波在自然界中经常存在并且在机械设备中普遍存在,它可能是所谓闹鬼地点的解释。《机器中的幽灵》是关于次声波虚假超自然现象的最受欢迎的真实故事。维克·坦迪是一名医疗工程师,被聘请在一个生产生命支持设备的实验室工作。尽管最初对同事们告诉他的闹鬼事件持怀疑态度,但他也开始感觉到轻微的抑郁和偶尔的寒战。一天晚上,坦迪一个人留在实验室中,他注意到一个灰色的无声身影出现在他的左边。担心状况不妙,坦迪转身,但幽灵却消失了。然而第二天,他发现幽灵的来源只是一个隐藏的风扇,以大约19赫兹的频率振动。


4.     声波武器


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纳粹政权的终结使得希特勒的首席建筑师和军需生产部长阿尔伯特·斯佩尔(Albert Speer)秘密研究声波武器的最早想法未能问世。这种声学加农炮可以产生声音极度放大、令人耳聋的声波波束,能够使人的身体剧烈振动,以至于在90米(300英尺)范围内,如果暴露时间超过30秒,任何人都会恐怖地死去。[3]自1950年代以来,各种军事和研究机构一直对声波武器进行着认真的调查和开发,用于反恐和群众控制。根据分贝级别,声波能够引起轻度恶心和呕吐、剧痛和眩晕、完全迷失方向,或者爆裂目标的耳膜和器官。

正如之前提到的,低频声音(常常被用于巡逻无人机)的可怕效果能够轻易驱散骚乱的人群或使敌军士气低落,而高强度高频率的超声波则能够通过极度过热将人烧死,并通过骨共振使整个骨骼断裂。幸运的是,大多数技术都是用于非致命性、非永久性的伤害和削弱,就像电击枪一样。美国军队目前正在开发一种远程非致命性声波武器,以击退最顽固的自杀炸弹袭击者,并使基地组织恐怖分子从洞穴藏身处惊醒,即使他们紧紧捂着耳朵。


5.     黑洞的分贝


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手枪虾(pistol shrimp)是世界上声音最响的动物之一,它通过射出水流来捕猎,速度非常快,以至于在海洋的重压下形成气泡,在微秒内发生史诗般的坍缩,能产生210分贝的声波,比枪声还响,并且达到5000开尔文的温度,接近太阳表面的温度。地球上记录的声音最响的事件是1883年克拉科塔火山爆发,听到爆炸声的距离为4800公里(3000英里),火山岛的70%被毁,100英里范围内引发了永久性听力丧失,并在大气中回响了七次。

然而,这一部分最后一个现象可能是最重大、最有影响力的。2003年,NASA发现了第一个超大质量黑洞的巨大声波涟漪,其在宙斯座星系团中的气体中传播。这个音符的音高是宇宙中曾经听到的最低音,是中音C以下57个八度的降B调,比可听到的音高低了一百万亿倍。

这是来自黑洞的声音,但同时也有一种声音可以创造出黑洞。如果能够产生1100分贝的声音,那么强烈的声波将产生足够的引力,将时空撕裂成一个量子奇点。然而,这一切是不可能的,没有任何介质可以产生1100分贝的声音,也没有技术能够提供所需的能量。但是,也许存在某个最先进的文明,通过聚集外星大气的极端密度流体并掌握整个星系的能量,能够制造出这种终极武器。


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