自制听诊器

□文/张军

大自然是个声音的海洋。声音在传播过程中携带着大量的信息，人类和动物每天都在利用声音传递信息，同时也在收集、处理声音信息，比如根据上课、下课的铃声来安排作息，听从眼保健操的指令按摩不同穴位，再比如动物发出特殊的声音求偶或者吓走敌人，等等。今天，我们就来聊一聊声音在相关领域的应用，并用身边的材料来做简易听诊器。

对声音的应用随处可见

声音携带的信息非常丰富。用橡胶锤在地砖四角和中心部位分别敲一敲，就能知道地砖下面是实心的还是有空鼓，因为两种不同情况下的声音的音调和音色有差别。同样，根据手指敲西瓜发出的声音，可以判断西瓜有没有熟透（图1）；敲击一下瓷器，根据声音可以判断有没有破损；敲击墙体，可以判断墙体里是否有暗格。小溪的水流缓急不同，发出的声音有差别；反过来，我们也可以通过听声音来判断水流的缓急。不同的人说话、唱歌，音色是不同的，这样我们就能“听声辨人”了，当然也可以“听声辨物”“听声辨位”。

图1 供图/视觉中国

有经验的母亲能根据婴儿声音的变化，觉察到宝宝情绪的变化，根据哭声判断宝宝是饿了还是热了，或者要便便了。一个人如果感冒了，通过说话声很容易听出来。人在愤怒时，或者胆怯、心虚时，也能从说话声中表现出来。古代的琴师根据琴声的变化，能判断天气的变化；在大雾中航行的水手，对着悬崖吹号角，根据回声能判断船到悬崖的距离；铁路工人把耳朵贴在钢轨上，通过听声音能判断火车距离多远。

准备3 个相同的玻璃瓶，倒入不同深度的水（图2）。在瓶口吹气时，瓶内空气柱会振动发声，空气柱越短，发声的音调就越高。敲酒瓶也能听到声音，但这时的声音是酒瓶振动发出的。水越多，酒瓶振动越慢，音调也就越低；反过来，我们也可以根据发声音调的变化来判断瓶内水量的变化。以前卖柴油的人，用木棒敲一敲柴油桶，听听声音就能判断油桶里的油量，就是这个原理。

图2

声音在情报战中的应用

利用声音收集信息的历史比较久远。春秋时期就出现了一种叫“听瓮”的设备，说白了，就是一个大肚子的陶瓷罐（图3）。听瓮的使用方法基本上有两种：一是在罐口蒙上皮革，然后将罐子埋入地下，人耳贴在罐口皮革上，或者贴在专门的听口上听声音，通过收集声音信息来判断是否有人在挖地道攻城，或者有没有马队来袭、从什么方向来、大约有多少人马，等等；二是将大罐子埋入地下，派人直接坐在罐子中听辨声响。听声的人员多是经过培训的盲人，因为他们的听力往往超强。

图3

我们在房间里说话，声音传播到窗玻璃时，会引起玻璃的振动。远处一束激光照射到玻璃外表面，反射光线也会随着玻璃的振动发生相应的改变。收集反射光线并进行分析，就能“复原”屋中人谈话的内容。这就是隐蔽性极强的激光窃听，30年前就出现了。

发声体的材料和构造不同，发声的音色就不同。我们很难找到能发出同样音色的两个物体，就像很难找到两片相同的树叶，“声纹锁”就应用了音色识别技术。不同的潜艇在水下行驶时，发声的音色、音调、响度都不尽相同，形成了自己独特的“声学指纹”。将水下收集的声音与数据库分析比对，就能知道潜艇是敌是友。

超声波定位与次声波预警

一些动物，比如蝙蝠、海豚、海豹、猪尾鼠等，都具有回声定位的本领。当然，它们用的是超声波，因为超声波的方向性好、易于获得集中的声能。这些动物发出超声波，然后收集反射回来的声波，以此判定周围物体的位置、大小、是否移动等信息，可以用于导航，也可以用于捕食。人类根据这个原理发明了声呐，利用超声波在水中传播和反射的特性，通过电声转换、信息处理，来探测海底地形、搜寻鱼群、发现潜艇、测量距离、导航等。

地震、台风、海啸来临时会发出强烈的次声波，次声波的传播速度远大于地震、台风、海啸本身的速度，通过监测次声波，可以提前发出警报。很多动物都能听到这些次声波，可以及早逃离。2004 年的印度洋海啸导致将近30 万人员伤亡，但是没有大象伤亡。有人猜测是因为大象听到了次声波，提前逃生了。

如果能把动物之间的“语言”翻译出来，一定能帮助人类避开很多自然灾害。

声音与医疗诊断

医生也常常利用声波来辅助诊疗。中医通过“四诊”（望、闻、问、切）来收集病情，其中的“闻”有两个意思：一是“嗅”，收集口腔等的气味信息；二是“听”，收集说话、喘息、咳嗽时的声音信息。中医还会用掌面拍击或手指叩击病人的某些部位，根据声音信息来诊断病情，原理和前面的敲酒瓶相似。A 超和B 超则是使用仪器分析超声传导来诊断疾病的手段。

使用听诊器可以收集和放大心脏、肺部、血管等部位的声音，帮助医生感知这些部位是否存在异常。声学听诊器的基本结构是三部分——听诊头（用来收集声音）、胶管（用来传播声音）、耳件（用来听音）。声音在管道中传播时，声能散失少，可以增大响度。我们身边的很多器材都可以用作简易听诊器，比如PVC 管、竹筒、纸筒、去底的饮料瓶，将一端抵在心脏部位，耳朵靠近另一端就能听到声音了（图4）。实际上，早期的听诊器就是一个木筒（图5）。

图4

图5

用铅笔在纸杯的底部戳个圆洞，让一小截吸管刚好可以插进去，用热熔胶枪将吸管固定牢靠，再将一根塑料软管套到吸管上，简易的声学听诊器就做好了。将纸杯扣在心脏部位，把软管的另一端塞到耳道口，你就能听到自己和小伙伴的心跳了（图6）。你可以寻找身边器材，对听诊头、耳塞等进行改进，让听到的声音更大、耳朵被触碰时的感觉更舒适。

图6