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計(jì)量論壇

標(biāo)題: 生物聲學(xué) [打印本頁(yè)]

作者: csxfjsw123 時(shí)間: 2007-1-4 08:49
標(biāo)題: 生物聲學(xué)
　　生物聲學(xué)是研究能發(fā)聲和有聽覺動(dòng)物的發(fā)聲機(jī)制、聲信號(hào)特征、聲接收、加工和識(shí)別，動(dòng)物聲通信與動(dòng)物聲納系統(tǒng)，以及各種動(dòng)物的聲行為的生物物理學(xué)分支學(xué)科。
　　生物聲學(xué)是介于生物學(xué)和聲學(xué)之間的一門邊緣學(xué)科，它是生物學(xué)、聲學(xué)、語(yǔ)言學(xué)、醫(yī)學(xué)、化學(xué)等多學(xué)科相互滲透的產(chǎn)物。廣義的生物聲學(xué)還涉及生物組織的聲學(xué)特征、聲對(duì)生物組織的效應(yīng)、生物媒質(zhì)的超聲性質(zhì)、超聲的生物效應(yīng)及超聲劑量學(xué)等方面內(nèi)容，并在此基礎(chǔ)上形成了超聲生物物理學(xué)一個(gè)新的科學(xué)分支。
　　生物聲學(xué)發(fā)展簡(jiǎn)史
　　生物聲學(xué)的萌芽早在人類的久遠(yuǎn)歷史上就已留下了印跡。在公元前三千年的埃及古墓中，曾發(fā)現(xiàn)有獵人模仿鵜的叫聲引誘飛鳥行獵的圖案。在公元前六百年中國(guó)春秋時(shí)代的《詩(shī)經(jīng)》中就有“雉之朝雒，尚求其雌”詩(shī)句，是說(shuō)雄性野雞清晨鳴叫是在尋求配偶。
　　早期的文藝作品多對(duì)于蟲鳴、鳥啾等動(dòng)物音樂有生動(dòng)的描述，其后人們又相繼對(duì)昆蟲、鳥類、兩棲類、魚類及哺乳動(dòng)物的發(fā)聲和聽覺器官做了廣泛的研究。
　　但人們對(duì)動(dòng)物聲的實(shí)驗(yàn)研究開始甚晚，1938年美國(guó)科學(xué)家皮爾斯和格里芬證實(shí)，蝙蝠能發(fā)出人耳聽不見的超聲。其后隨著聲學(xué)、電子學(xué)與通訊技術(shù)的飛速發(fā)展，大大推動(dòng)了人們對(duì)動(dòng)物聲通信方法的研究。1956年4月，在美國(guó)賓夕法尼亞州召開了世界上第一次生物聲學(xué)學(xué)術(shù)討論會(huì)，建立了生物聲學(xué)國(guó)際委員會(huì)(ICBA)，這次會(huì)議標(biāo)志著生物聲學(xué)的誕生。
　　法國(guó)著名科學(xué)家比斯內(nèi)爾尹1963年編輯了《動(dòng)物的聲學(xué)行為》一書，匯集了當(dāng)時(shí)生物聲學(xué)研究的主要成果，是生物聲學(xué)發(fā)展的一個(gè)里程碑。此后，陸續(xù)舉行過多種關(guān)于動(dòng)物聽覺與聲通信的國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議。
　　隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，出現(xiàn)了錄音機(jī)、語(yǔ)圖儀和計(jì)算機(jī)，大大加強(qiáng)了對(duì)聲音的錄放和分析技術(shù)，使對(duì)動(dòng)物聲的研究進(jìn)入了新的歷史階段。與此同時(shí)，由于聲譜技術(shù)的擴(kuò)展，特別是超聲技術(shù)和超聲醫(yī)學(xué)的發(fā)展，使生物聲學(xué)的內(nèi)容大大超出了早期的正統(tǒng)研究范圍，開始對(duì)超聲在生物體系的各個(gè)層次上(生物大分子、細(xì)胞及生物組織)的傳播和相互作用規(guī)律進(jìn)行了大量的研究，使生物聲學(xué)在更廣泛的意義上與生命科學(xué)聯(lián)系起來(lái)。
　　生物聲學(xué)的基本內(nèi)容
　　動(dòng)物之間的聯(lián)系和交往是維系它們種群和群落結(jié)構(gòu)，以及進(jìn)行正常生活的必要手段。光、電、磁以及化學(xué)氣味都可以作動(dòng)物交往的媒介，然而聲信息在動(dòng)物交往中卻占有特別重要的地位。它最大優(yōu)點(diǎn)是傳遞距離遠(yuǎn)，且易于負(fù)載豐富多彩的感情。生物聲學(xué)主要圍繞動(dòng)物聲交往這個(gè)內(nèi)容進(jìn)行著一系列有關(guān)課題的研究。
　　生物聲學(xué)主要研究同一種群內(nèi)動(dòng)物聲的識(shí)別和交往功能，不同種群的動(dòng)物聲的區(qū)別和隔離功能，以及動(dòng)物聲在種群和群落的形成和進(jìn)化過程中的作用等；
　　生物聲學(xué)還研究動(dòng)物的聲發(fā)生和聲接收器官，及其工作機(jī)制，即動(dòng)物聲交往的生理基礎(chǔ)和它們與動(dòng)物形態(tài)學(xué)的關(guān)系。許多動(dòng)物的發(fā)聲器官是聲帶，但有的卻不是用聲帶產(chǎn)生動(dòng)物聲，如蚱蜢用后腿摩擦發(fā)聲、蟬用腹下薄膜發(fā)聲、魚可用鰾發(fā)聲、海豚主要靠鼻道發(fā)聲等。
　　同樣，動(dòng)物接受聲波的聽覺器官也各不相同。如蚱蜢微小的聽覺器官生在腹部；紡織娘靠前腳上一個(gè)肉眼看不到的微型薄膜感受聲波；蟑螂是用尾須接收聲波；雄蚊頭上兩根觸角上的剛毛則對(duì)雌蚊翅膀的扇動(dòng)聲特別敏感；許多飛蛾都有一種內(nèi)藏式的“聲吶系統(tǒng)”可以收聽超聲波；大多數(shù)魚的聽覺器官便是體側(cè)的側(cè)線，在這些側(cè)線中含有聽覺神經(jīng)末梢以受納聲波；蛇的聽覺極弱，主要通過腹部感受周圍環(huán)境的動(dòng)靜等等。
　　長(zhǎng)期以來(lái)，人們出于在空間和水下探測(cè)中應(yīng)用仿生學(xué)的強(qiáng)烈興趣，對(duì)蝙蝠和海豚的超聲定位系統(tǒng)給予了特殊的注意為了分析研究它們的發(fā)聲信號(hào)，建立和發(fā)展了必要的理論模型和數(shù)學(xué)方法。
　　蝙蝠用喉頭發(fā)射超聲，并用耳朵接收其反射回波，從而構(gòu)成超聲探測(cè)系統(tǒng)。發(fā)射的超聲頻率可高達(dá)10萬(wàn)赫(菊頭蝙科)。實(shí)驗(yàn)表明，挖去雙眼的蝙蝠借助其超聲定位系統(tǒng)可探查到0.1毫米的金屬絲障礙物，可在半秒內(nèi)捕捉到三個(gè)飛行中的昆蟲。
　　海豚也有極強(qiáng)的超聲定位本領(lǐng)，而且還發(fā)現(xiàn)海豚在相互交往時(shí)使用七種不同的發(fā)聲并以長(zhǎng)短不同的間歇相組合。科學(xué)家預(yù)言，一旦這些聲信息破譯后，就可通過電子技術(shù)實(shí)現(xiàn)人與海豚之間的對(duì)話。
　　20世紀(jì)中期以來(lái)，人們使用兆赫級(jí)超聲波對(duì)哺乳動(dòng)物的組織和器官的超聲性質(zhì)(速度、衰減、吸收、聲阻抗、散射等)做了大量研究，為現(xiàn)代醫(yī)學(xué)超聲工程奠定了基礎(chǔ)。70年代以來(lái)，以B型超聲成像為代表的醫(yī)學(xué)超聲診斷技術(shù)取得了很快的發(fā)展。它通過實(shí)時(shí)顯示人體內(nèi)臟的瞬態(tài)特性，直接向人們提供有關(guān)臟器的生理或病理信息。超聲診斷由于安全、簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、信息量豐富而受到醫(yī)學(xué)界的特別賞識(shí)。
　　作為生物物理學(xué)和分子生物學(xué)的組成部分，微觀生物聲學(xué)正在發(fā)展中。對(duì)各種氨基酸、寡肽、多肽、蛋白質(zhì)及脫氧核糖核酸等生物大分子水溶液的超聲弛豫吸收機(jī)制做了較深入的研究。在生物大分子構(gòu)像變化、質(zhì)子轉(zhuǎn)移動(dòng)力學(xué)及生物大分子與水分子間的相互作用等方面，也都取得了有價(jià)值的研究成果。
　　聲波作用于生物體對(duì)其產(chǎn)生某種影響稱為聲波的生物效應(yīng)。大量試驗(yàn)表明，用一定頻率和劑量的聲波處理蔬菜、谷物、中草藥及樹木的種子常?？色@得明顯的增產(chǎn)效果。
　　生物聲學(xué)與人類生活和生產(chǎn)活動(dòng)息息相關(guān)。播放模擬蝙蝠叫聲，驅(qū)逐夜蛾，可提高玉米產(chǎn)量；控制海洋生物聲場(chǎng)可以判斷魚群的位置、種類及數(shù)量，利用電子發(fā)聲器引誘魚群定向聚集，可以提高捕魚量；飛機(jī)場(chǎng)安裝驅(qū)鳥器會(huì)大大改善飛機(jī)的飛行安全；糧倉(cāng)內(nèi)安裝驅(qū)鼠器可使糧食免受鼠害等等。
　　人們往往成功地利用地震前動(dòng)物的異常表現(xiàn)來(lái)預(yù)報(bào)地震的爆發(fā)，而這些動(dòng)物的異常反應(yīng)很可能是由地下巖石劇烈活動(dòng)時(shí)發(fā)出的次聲引起的；仿照水母耳做成的臺(tái)風(fēng)警報(bào)器可提前15小時(shí)準(zhǔn)確地預(yù)報(bào)臺(tái)風(fēng)的方位和強(qiáng)度；仿照蝙蝠的聲系統(tǒng)制成的聲吶“眼鏡”可以幫助盲人辨認(rèn)出面前的電線桿、臺(tái)階以及草地中的羊腸小道。
　　對(duì)哺乳動(dòng)物組織超聲傳播和相互作用的深入研究，必然會(huì)找到描述組織生理特性的、更多的聲學(xué)特征參量(如聲速、聲衰減、非線性參量等)，建立和發(fā)展新的診斷設(shè)備，開拓定量超聲診斷的途徑。并可使超聲醫(yī)療在更嚴(yán)格的科學(xué)基礎(chǔ)上得到進(jìn)一步發(fā)展。

作者: tanv1972 時(shí)間: 2007-3-23 08:52
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