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介绍

你曾经试过被附近模糊的声音所困惑,并尝试找出这是什么吗?也许你试过转头或者将手卷成杯状放在耳后,以便更好地听到声音。我们把这个手做成的杯变得更大会发生什么?一些动物知道答案。很多听力超常的动物都有大耳朵。例如,一只薮猫(非洲野猫的一种),可以听到一只老鼠在地下摇摆。还有蝙蝠,在黑暗中利用声音来导航的生物,拥有着众所周知大耳朵和小脑袋。

在这场活动中你会设计实验并测试你自己像助听器的耳朵,观察动物的耳朵,找寻帮助提高听觉的线索。

第 1 段(可获 1.49 积分)

背景

声音通过声波的形式在空气中进行传播。当声波进入你的耳道(在头部两边的耳洞中)后,内耳(在头颅内部的部分)就开始起作用了。它负责将声波转换成神经信号——这是其中一种模式——并传给大脑进行处理。只有在这时你才能听到声音。

看起来内耳承担了大部分的工作,所以为什么这种在头部两边的耳后进行对耳朵的扩张的方法会起作用呢?结果发现这些零件——也叫做耳廓或心耳——起着漏斗的作用:它们收集,放大和引导声音进入耳道。

第 2 段(可获 1.48 积分)

耳廓并不是被随意创造出来的。以人的耳廓为例,它之所以扭曲和折叠成这个样子是因为这样能特定地增强属于人的嗓音的音高,而人类的嗓音是人们所希望听到的。这能增强这些声音高至100倍并使其他音高不受影响。换言之,这是一种能减少背景噪音的敏捷的内置倾听工具。

人类的耳廓还能帮助确定声音方位。来自前面和旁边的声音会被耳廓增强,而来自身后的声音则会被减弱。这导致了我们两只耳朵听到的音量的细微差别。再加上声音抵达耳廓时间的差别,这就帮助我们推断出声源。

所以现在你了解了更多关于人类耳廓的一点知识。但是有个动物耳廓又会怎么样呢?一个巨大的耳廓(就像大象的一样)会提高我们的听力吗?也许我们可以尝试一下旋转的杯状耳廓?或者是巨大的锥体状?

第 3 段(可获 2.06 积分)

材料

  • 重的硬纸
  • 剪刀
  • 胶带
  • 一部收音机,CD播放器或者其他带有扩音器或耳机(耳朵不太灵敏的人做实验需要)音响设备
  • 两个纸板(可选)
  • 马克笔或其他标记的材料(可选)

准备工作

  • 一开始,您将做两种或三种类型的耳廓。耳廓是耳朵从头部延伸的那部分的科学名称。
  • 首先,创建一个双锥形的耳廓,也叫耳朵喇叭。将硬纸滚成圆锥形。一方应该有一个足够小的洞,所以它可以在你的外耳靠近耳道。(避免受伤,不要在耳道内插入任何东西。)用胶带固定锥形形状。做一个相同的锥来完成你的耳廓对。
  • 你的第二副宽大张扬的耳廓,像大象那种。在顶部放置两张重的硬纸,并修剪边缘,做出两个象耳状的形状。
  • 可选:做杯状耳廓。从纸盘切三角片。想象一下,如果你的盘子是一个圆形的蛋糕,你会切下一块四分之一块的蛋糕,然后扔掉那块蛋糕。拿着或者粘好大片的两侧做成一个洞,做一个好用的耳廓放在你的耳朵上。为你的另一只耳朵做第二个相同的耳廓。因为你会把这些耳廓放你的耳朵附近,你需要用胶布包住锋利的边缘。
  • 可选;装饰耳廓。
第 4 段(可获 3.41 积分)

步骤

  • 让说话者随身携带低音播放着的收音机,CD播放器或其他音乐设备,这样你就勉强能探测到声音。如果你使用耳机,把它脱下放在桌子上,并逐渐调高音量直到你能不带耳机都能听到模糊的声音。离说话者或者耳机站的近一点,单耳朝向它们。在你的耳朵和说话者或耳机之间留下足够可以放下一个耳状喇叭的距离。听听声音,听起来怎么样?模糊的?还是勉强听得见?
  • 将耳状喇叭放在耳边,小孔的那端放在外耳边,贴近耳道。将锥体宽开口的一端对准说话者或耳机。将另一端对准相反方向(远离说话者或耳机)。你的头部应该停在与第一步中大致相同的位置。听听声音。这一次听起来怎样?是稍微大声点还是稍微模糊点?你还能继续听到声音吗?如果更大声了,调低音量直到你能勉强听到声音为止。移走耳状喇叭并再听一次。你能在没有锥体的情况下在同一位置听到声音吗?
  • 把耳状喇叭拿回来,小孔的那端朝向耳道,宽的那端朝向说话者。测试一下,确保你能听到声音。现在转头,让你看着说话者,耳状喇叭朝向旁边,这次听起来又怎样?你还能探测到声音吗?
  • 为了测试一下杯状的耳廓听起来怎样,将你的手卷成杯状放在耳廓周围,让它们再向前弯曲一点。看着说话者倾听模糊的声音。手有没有让你听到声音?手放在哪一个位置能起到最好的增强音效的作用?
  • 动物经常扭耳朵。你觉得扭你的杯状耳廓会有效果吗?为了检测一下,让卷成杯状的杯口对准声源,然后向下,向后(远离声源)。会有一个特定位置让你更好地听到模糊的声音吗?
  • 一些动物有巨大的宽松的耳朵。你觉得这会帮助它们听得更好吗?为了检测一下,将宽大的松弛的耳廓——看起来有点像象耳——放在你的外耳背后让它们能扩展耳廓。听听声音。听起来怎样?你需要调整一下音量,让它模糊可测吗?转头尝试各种方向,这个动作能帮助你听得更好吗?
  • 因为耳廓是耳朵的一部分,我们倾向于将它们和听力联系在一起,但可能动物发展出特殊的耳廓,是为了在其他方面有所助益。你可以想出一个为什么动物要有大耳廓的原因吗?
  • 额外要求:用与检测你的用手卷成的杯状耳廓的增音效果的相同的实验方法,检测你的纸杯状耳廓的作用。
  • 额外要求:让实验更富创造力,让我们来混合使用和匹配不同的外耳。如果你将一只象耳放在右方,一只耳状喇叭放在左方,会发生什么?如果你将你的右手卷成杯状向前放在右耳后,左手也卷成杯状但向后放在左耳前,又会发生什么?闭上眼睛仔细听。音量是怎么改变的?你还能猜出声音的方向吗?
  • 额外要求:通过书本,网络或亲身探访看一下真实生活中的动物的耳朵的形状,位置和方向。你觉得这些动物的耳廓扮演着什么样的角色?这些耳廓除了负责听力以外,还有其他功能吗?
  • 额外要求:用你最好的设计方案去进行一个噪音检测任务。你能检测到多少种不同的声音?你能定位到它们是从哪里发出来的吗?你可能会感到很吃惊,仅靠你的注意力和认真听,听到的噪音数量远远少得多。
第 5 段(可获 8.35 积分)

观察和结果

当宽的那端对准声源时,耳状喇叭和杯状耳廓是不是提高了你的听力,但在宽的那端对准别处时,它们却减弱了你的听力?这是可以预料得到的,因为耳廓起着像漏斗一样收集声波的作用。更大的耳朵(像耳状喇叭和用手做成的杯状耳廓)能收集更多声波,所以你能更好地听到声音。然而因为它们很大,也可以阻碍一些声音到达耳道。这也是为什么在你转头或将手反向放在耳朵上(远离声源),它们会让声音听起来更加微弱。

像大象那样大的松弛的耳朵可能并不能增强你听到声音的能力。它们其中一个非听力的作用是帮助动物降温。这些耳朵充满着帮助散热的细小的血管。人类通过流汗来散热。尽管大型的松弛的耳朵很有用,但是它们并不如助听器一样有用。

第 6 段(可获 2.05 积分)

与人类不同,很多动物都会故意动耳朵(是超出扭动范围的转动)。一些动物(例如马)甚至可以独立地移动每一只耳朵。有人指出,杯状耳朵就是用来增强音效和定位声源的。你的大脑并不能熟练地使用移动的耳朵,所以当你在测试不同的方向时,你可能会感到有些困惑,并不能很好地辨认出声源。当你把不同类型的耳廓结合使用时,类似的定位困惑也会出现。为了有效地使用这些新的耳廓,你可能需要戴上它们,过一段时间才能让你的大脑重新适应它们。

人类耳廓能通过有选择性地放大一种与人类嗓音类似的声音来帮助你专注于有趣的声音。你制造的耳廓都太简单了,以至于不能放大特定的音高,但动物的耳朵或者助听器就可以。当声音被进一步处理时,你的大脑会进一步地帮你忽略背景噪音。你的噪音检测任务可能会让你意识到一些通常会被忽略的但又很有趣的声音。在检测和定位模糊微弱的声音方面,你设计出来的耳廓可能会很有用。

 

第 7 段(可获 2.29 积分)

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