在金庸先生的著(zhù)名武俠小說(shuō)《射雕英雄傳》中，大俠郭靖的師傅、“江南七怪”之首柯鎮惡，在戰斗中負傷導致雙目失明，成為一代盲俠。但隨后他練就了聽(tīng)風(fēng)辨形的好功夫，僅靠聽(tīng)力就可感知對手的招式，聽(tīng)辨高速來(lái)襲的細微暗器也不差毫厘，甚至可以遠距離定位對手的位置和姿態(tài)，準確引導自己發(fā)出暗器打擊對手要害部位，人送綽號“飛天蝙蝠”。

　　我們知道，武俠小說(shuō)中對武功的描寫(xiě)往往是出于作者的虛構和假想，在展現俠客們高超武藝的同時(shí)卻常常違背了物理學(xué)規律，例如著(zhù)名的“梯云縱輕功”。柯鎮惡所表現出的聲學(xué)信號處理能力和基于聲學(xué)定位的武器導引能力，也的確大大地超越了我們常人的水平。

　　那么在自然界中，是否真的有動(dòng)物能像柯大俠一樣，擁有強大的聲學(xué)系統，利用聲學(xué)信號發(fā)現和定位目標，并導引自己成功捕獲獵物呢？

　　首先讓我們關(guān)注一種與人類(lèi)非常親近，而且聽(tīng)力非常靈敏的動(dòng)物——家貓。

　　家貓擁有強大的聲學(xué)系統，能聽(tīng)到頻率從25赫茲至78千赫茲的聲學(xué)信號。兩只耳朵可以在頭部不動(dòng)的情況下各自完成180度擺動(dòng)，使家貓能對發(fā)聲聲源進(jìn)行精確地方位估計。當它的一只耳朵轉向獵物進(jìn)行目標跟蹤時(shí)，另一只耳朵仍可以處理其他方向的聲源信號。

　　家貓通過(guò)記憶各類(lèi)熟悉的聲學(xué)信號，例如主人的腳步聲、喂食的聲音、獵物發(fā)出的聲音，來(lái)匹配和識別接收到的信號。在家貓進(jìn)行捕獵時(shí)，依靠它的聲學(xué)系統，在很遠的距離就可以接收到獵物發(fā)出的聲音，并對聲音信號進(jìn)行識別。確定為獵物后，家貓就會(huì )根據獵物的方位進(jìn)行導引并悄悄地接近獵物。

　　家貓的視覺(jué)系統同樣發(fā)達，白天黑夜都能很好地感知目標，接近獵物后會(huì )憑借視覺(jué)系統的導引捕捉獵物。因此家貓的捕獵往往是依靠聲學(xué)和視覺(jué)系統協(xié)同工作，進(jìn)行復合導引。由于家貓只是利用聲學(xué)系統被動(dòng)接收獵物發(fā)出的聲音信號，它使用的聲學(xué)導引方式屬于被動(dòng)聲學(xué)導引。

　　自然界是否存在主動(dòng)聲學(xué)導引呢？答案是當然存在！不信你往下看。

　　柯鎮惡被人稱(chēng)為“飛天蝙蝠”，而蝙蝠屬于翼手目，是唯一一類(lèi)具有真正飛行能力的哺乳動(dòng)物。和它們的飛行能力相比，大多數蝙蝠的回聲定位功能同樣十分神奇。

　　蝙蝠通過(guò)喉嚨發(fā)出高頻聲波，之后利用耳廓接收和處理各種回波信號，實(shí)現了復雜背景下的目標探測、識別和定位，并不斷利用回聲定位導引自己在飛行中避開(kāi)障礙物和捕獲獵物。為此，蝙蝠進(jìn)化出了有利于發(fā)射和接收聲學(xué)信號的特殊生理結構，如鼻葉、臉上的皮膚褶皺以及復雜的大耳廓。蝙蝠可以在1秒鐘內接收和處理200多組回波信號，并通過(guò)改變飛行路線(xiàn)的方式來(lái)應對獵物的回波起伏。

　　和家貓相比，蝙蝠具備完全基于聲學(xué)系統導引的捕獵能力。由于蝙蝠在捕獵過(guò)程中通過(guò)不斷發(fā)射聲信號并接收目標的回波完成獵物的探測和定位，因此它使用的導引方式屬于主動(dòng)聲學(xué)導引。

　　討論了空中飛行的蝙蝠，讓我們再了解一下水生哺乳動(dòng)物海豚的聲學(xué)系統。

　　海豚的聲學(xué)系統非常優(yōu)越，很多方面的性能甚至連當前最先進(jìn)的人造水聲工程設備都無(wú)法比擬。海豚利用聲學(xué)系統不但可以實(shí)現個(gè)體間的水聲通信，而且能在復雜的海洋噪聲和混響環(huán)境中完成目標回聲探測。

　　海豚有很強的發(fā)射波束定向能力和很高的發(fā)聲效率，能準確探測和定位距離100米外指甲蓋大小的目標，并根據目標回波信號判斷其物理屬性，實(shí)現目標識別。當識別為獵物后，海豚通過(guò)持續的回波定位跟蹤獵物，導引自己游向并最終捕捉到獵物。

　　與蝙蝠類(lèi)似，海豚利用水下聲信號完成捕獵的方式也屬于主動(dòng)聲學(xué)導引。目前國內外科學(xué)家們已經(jīng)展開(kāi)了對海豚復雜的波束控制機理、目標探測機理等方面的研究，這些研究的成果對于水聲工程的發(fā)展有著(zhù)重要的參考價(jià)值。

　　自然界中的各類(lèi)動(dòng)物經(jīng)過(guò)長(cháng)期進(jìn)化和優(yōu)勝劣汰，很多動(dòng)物的聲學(xué)系統的性能已經(jīng)達到高度優(yōu)化。對動(dòng)物的聲學(xué)系統進(jìn)行基礎性研究可以促進(jìn)仿生學(xué)技術(shù)的發(fā)展，并為聲學(xué)信號處理領(lǐng)域提供創(chuàng )新思路。而對動(dòng)物們千萬(wàn)年來(lái)所形成的聲學(xué)導引策略進(jìn)行深入地研究和學(xué)習，也會(huì )促進(jìn)相關(guān)領(lǐng)域的研究工作不斷進(jìn)步。

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