潜艇的“耳目”——声呐

潜艇最大的特点是它的隐蔽性，作战时需要长时间在水下潜航，这就决定它不能浮出水面使用雷达观察，而只能依靠声呐进行探测，所以声呐在潜艇上的重要性更为突出，被称为潜艇的“耳目”。声呐是利用水中声波对水下目标进行探测、定位和通信的电子设备，是水声学中应用广泛的一种重要装置。

声呐能够向水中发射声波，声波的频率大多在之间，由于这种声波的频率较高，可以形成较强的指向性。声波在水中传播时，如果遇到潜艇、水雷、鱼群等目标，就会被反射回来，反射回来的声波被声呐接收，根据声信号往返时间可以确定目标的距离。

声呐发出声波碰到的目标如果是运动的，反射回来的声波（下称“回声”）的音调就会有所变化，它的变化规律是：如果回声的音调变高，说明目标正向声呐靠拢；如果回声的音调变低，说明目标远离声呐。

请回答以下问题：

人耳能够听到声呐发出的声波的频率范围是Hz到Hz。

一般的常识告诉我们，雪花落水静悄悄，毫无声响。在3月份一期的《自然》杂志上，几个科学家联名发表文章，宣布了他们的结论。

首先要说明的是，雪花落水发出的声波频率在50000赫到2×10⁵赫之间，高于人们能听见的声波频率。但是，海里的海豚就能听到雪花落水所产生的声响，并且这些声响令海豚异常烦躁。然而，请不要想当然，这些声音不是雪花与水面撞击发出的，而是…… 著名的约翰·霍甫金斯大学机械工程系的普罗斯佩勒提教授是个奇才，普罗斯佩勒提断定，这些声音不是雨滴撞击水面发出，他们确实在下雨时发现水中产生气泡，这些气泡还在不断地收缩、膨胀、振动。下雨时那些噪声的频率和衰减情况确实与气泡的振动状况协调一致，从而证实他们的理论完全正确。

事情还没有结束，渔民常抱怨，在下雪时他们的声呐也常常侦听不到鱼群。一开始，他们也不信，因为雪花中含有90％以上的水，空气不多。但是，他们不是简单否认，而是要用实验来验证。在一个风雪的夜晚，他们在一个汽车旅馆的游泳池找到了证据，雪花落水时也产生气泡，同样，这些气泡也振动，从而发出声波。其实，无论是人们打水漂时所听到的细微声响，还是瀑布的隆隆震响，都不是（或主要不是）来自石块及岩石与水的碰撞，而是由于气泡。你看，大自然是何等奇妙，而从事科研的人们在发现真理的时候又是多么幸福。

古琴与三分损益法

古琴由面板、底板、岳山、龙龈、徽位、琴弦等部分组成。面板多为梧桐木等轻质木材，以传导声音；底板则选用梓木等硬质木材，以增强共鸣效果。琴弦通过岳山固定在面板上，另一端缠绕在龙龈处以固定张力。徽位则用于标记音高位置，帮助演奏者准确按弦。

琴弦的振动通过岳山传递到面板上，引起面板的微小振动。面板的振动进而带动共鸣腔体内的空气振动，形成声波向四周传播。

古琴蕴含着深邃的音律科学，在众多古代音乐理论中，三分损益法作为制定音律的重要法则，它基于弦长与音高之间的比例关系。如图，通过三分（将长度分为三等分）和损益（增加或减少其中一份）的操作，推导出一系列音律。具体说，第1个音以“宫”音为例，假设其弦长为基准长度L。首先，通过“三分损一”得弦长为L，生成第2个音；随后，第2个音的弦长“三分益一”，得弦长为L，（L×=L），生成第3个音；再对第3个音弦长进行“三分损一”，得弦长为L，（L×=L），生成第4个音；最后，对第4个音弦长进行“三分益一”，生成第5个音。如此，便可生成中国传统的五声音阶“宫、商、角、徵、羽”。

一般的常识告诉我们，雪花落水静悄悄，毫无声响。不过，雪花落水真的会发出声波，在《自然》杂志上，几个科学家宣布了他们的上述结论。雪花落水发出的声波频率在50000Hz到之间，人们不能听见这个声，但海里的鲸鱼能听到雪花落水所产生的声响，并且这些声响令鲸鱼异常烦躁。然而，这些声音是雪花与水面撞击发出的吗？

冷战时期，海军发现，在下雨的时候，水下声呐工作效果不好，常有噪声干扰，无法监听。普罗斯·佩勒提教授提出猜想：他认为这些声音不是雨滴撞击水面发出，而是含在雨滴中的气泡振动发出的。利用高速水下摄影机，在下雨时发现水中产生气泡，这些气泡还在不断地收缩、膨胀、振动。佩勒提教授通过计算得出，下雨时那些噪声的频率和衰减情况确实与气泡的振动状况协调一致。通过实验也找到证据，发现雪花落水时也产生气泡，这些气泡也不断变化、振动，从而发出声波。