其他声学技术

第七节　其他声学技术

前面所讲的超声是声学中的重要应用，声学还有其他广泛应用，如声呐技术、声纹识别技术、声悬浮技术等，下面做简单介绍。

声呐技术

声呐的原意是指“声波导航和测距”，最早用于在军事上进行水下侦察。

声波是目前已知的惟一能在水中远距离传播的波动，故声呐作为有效的水下遥测技术而得到广泛应用。现在除军事用途外，已成为航舶导航、海底地质勘测、石油勘测和鱼群探测等有效的水下探测设备。

现在大家都知道，豪华巨轮泰坦尼克号因撞击冰山而沉没的故事，那么如果当时有了声呐技术，早些发现冰山，就不会发生这样的悲剧。

1.磁致伸缩换能器

声呐是由反射体、换能器、接收机、显示器和控制器等几个部件构成。声呐系统中的换能器是专门用于电声相互转换的装置，分为发射和接收两类。

声呐换能器有不同的结构和形状，它主要是利用材料的两种效应，一是金属的磁致伸缩效应，二是晶体的压电效应。

利用压电效应制作换能器，前面已介绍过。下面介绍磁致伸缩换能器。所谓磁致伸缩效应是指某些物质在磁场作用下发生伸长（或缩短）的变形。如图21所示，在一根铁磁性材料制成的管（或片）外，绕上线圈，通以交变电流时，磁场大小则随着时间改变，磁场增强时，镍管缩短；磁场减弱时，镍管伸长，所以总是随流过线圈电流的变化而不断伸缩，利用这种效应就制作了磁致伸缩换能器。声呐技术常采用这种换能器。

2.潜艇的“眼睛和耳朵”

声呐在军事上有很重要的应用，如搜索敌方潜艇、探测水雷、鱼雷、海洋里的沉船，还可以进行海底警戒，海岸声呐站就是隐蔽在海底的观察哨。

据说美国的“凯撒－柯罗劳士”系统是一种设置在美国东西海岸的防潜预警系统。它有几百到几千个换能器基阵，布放在海中不同的深度处，分别通过海底电缆与岸上的数据处理中心相连，由一台大型计算机负责处理送来的各种声音信号，从中发现和跟踪潜艇，其警戒范围能达到数百公里。另外声呐对于隐蔽在水下活动的潜艇来说至关重要，如果没有声呐，潜艇就像聋子和瞎子，声呐就是它的“眼睛和耳朵”。

声纹识别技术

所谓声纹（voice print）是用电声学仪器显示的携带语言信息的声波频谱。声纹识别技术是基于每个人的声音特征（声纹图谱）都是惟一而且几乎很少会发生变化的特性，进行个人身份识别的。

从20世纪60年代开始，声纹识别技术被广泛地进行研究，并应用到了电话查询、电话交易、个人身份证明乃至侦察技术等诸多领域。

如在传统的呼叫中心系统中，通过声纹识别技术进行用户身份识别，可以提高呼叫中心的工作有效性；在通过电话进行交易的系统中，如电话银行系统、商品电话交易系统、证券交易电话委托系统，采用声纹识别技术来进行交易者身份识别与确认，用户的声纹是惟一的，可以通过简单地说几句交易系统指定的话进行身份确认，提高了交易的安全性，大大降低了用户名和密码被猜中或者被窃取或被欺诈的可能性；声纹识别技术应用到PC以及手持式设备上面，可以无需记忆密码，保护个人信息安全，大大提高系统的安全性，方便用户使用；把含有某人声纹特征的芯片嵌入到证件之中，可用于信用卡，银行自动取款机，门、车的钥匙卡，授权使用的电脑，声纹锁以及特殊通道口的防伪身份卡；与二维条码技术相结合的防伪技术，在国外已广泛应用在国防、公安、交通运输、医疗保健、工业、商业、金融、海关及政府管理等领域。

声悬浮技术

声悬浮技术是在重力或微重力空间利用强声场的辐射压力与物体重力相平衡，而使该物体稳定地悬浮在声场中或在空中移动的技术。

声悬浮技术简单易行，没有明显的机械支撑，几乎对客体没有附加效应，从而为熔炼超高纯度固体材料和研究流体和生物体的力学性质提供了一种崭新的技术，在物体学、流体力学、生物学、航空领域将有非常广阔的应用前景。

有人曾利用此技术测定了液体的抗张强度，研究液体中声空化及声致发光的动力学性质，测定亚稳态液体（过热或过冷）及红血球细胞的力学性质；研究悬浮液滴的各种振动模式和液体的黏滞特性等。

利用声悬浮及雾化技术可以将塑料或石蜡均匀地包敷在微玻璃球表面。美国宇航局在航天飞机中利用此技术熔炼了高纯度的固体材料。