文／Sven　

站在山谷中大喊一聲，不久就聽到自己的回音，這種現象肯定每個人都經歷過！不過這到底是什麼原理？發出去的聲音（原聲）又回頭向你吶喊了，二者究竟有什麼關聯呢？

由於震動 產生聲音



回答這問題之前，首先要弄明白聲音是如何產生及傳播的。簡單來說，聲音的產生是因為「有東西在振動」，例如打鼓有鼓聲，是因為鼓面振動，人的聲音是因為聲帶振動。當振動產生時，會擾動、壓迫周圍的空氣，被擠壓的空氣會進一步推動更外圍的空氣，如此就形成一種波，叫「聲波」。聲音就是以「波」的形式傳播的。如果物體沒有振動，一切都是靜止的，也不會有聲音產生。

聲音產生後，要傳送到我們的耳朵，還必須要有介質，否則我們無法聽到。介質可分為固體、液體、氣體，如木材、水、空氣等。固體的傳播速度最快，氣體最慢，平常最常見的介質是空氣。

介質影響 條件回傳



月球上因為幾乎是真空的狀態，所以太空人只能藉助對講機才能相互通話。此外，介質的種類、溫度、密度及溼度等，都會影響到聲音的傳播。

聲音在傳播時如果碰到障礙物，例如山谷、高大的建築等，會反射回來，這便是回音（echo），也叫回聲。不過，回聲能夠讓我們聽到，也不是沒有條件的。首先，因為我們的耳朵無法分辨0.1秒之內的兩個聲音，所以原聲和回聲之間至少要有0.1秒的間隔。其次，音源（發音體）和回聲反射面也至少要有17公尺的距離。

為什麼是17公尺？因為聲音的速度是每秒340公尺，套上公式：已知距離（來回）=速度×時間，這樣就得出了單段距離17公尺。

我們平常在都市裡不容易聽到回聲，只有在山谷才能聽到，除了距離不夠，不夠空曠之外，生活周遭有窗簾、柔軟的衣服等物質會吸收聲音，也是原因之一。不過，如果有人想避免回聲的干擾，正好就利用這些物質了。除此之外，吸音板、把牆壁弄得凹凸不平，也是不錯的方法。

回聲的應用領域主要在探測距離上。科學家根據回聲定位的原理發明了所謂的聲吶，可用來探測海深、冰山、魚群、油礦甚至潛艇的位置等。聲吶的英文是sonar，指的是一種利用聲波傳播和反射的特性來探測、處理水下距離與動態的電子設備。

聲波反射 聲吶發明



最早的聲吶裝置是英國人在1906年發明的，不過技術並不成熟。著名的「鐵達尼號」（Titanic）在1912年不幸沉沒，曾刺激了科學家加速對水下探測儀的研發。第一次世界大戰時，德國的潛艇像幽靈一樣神出鬼沒，短短幾年內就擊沉了協約國四千多艘軍艦和商船，當時協約國就是沒有相關的聲吶裝置，所以根本無法偵測到德國潛艇的蹤跡。

動物界也有許多利用回聲定位的例子。生物學家在上世紀60年代曾經發現，海豚即使被蒙住雙眼，行動也絲毫不受影響。他們研究後得知，原來海豚體內有兩個「聲波發射器」，可以分別偵測近距離和遠距離的目標。在陸地上，最有名的例子要算是蝙蝠了。蝙蝠飛行時發出的尖叫聲碰到周圍的物體時會反射回來，蝙蝠用它靈敏的耳朵接收到這反射回來的聲波，便可判斷物體的位置、大小和距離了。由於有這種能力，視覺退化的蝙蝠即使在夜晚也能捕捉食物。除了海豚、蝙蝠之外，海豹、海獅和某些魚類的體內天生也就帶有類似聲吶的系統。另外，倒車感應器所運用的原理，也是回聲定位技術。