关键概念
物理学
声音
波
生物学
引言
你有没有听过水下的噪音？声音在水中的传播方式与在空气中不同。要了解更多，请尝试制造自己的水下噪音并仔细聆听。
背景
声音是由振动产生的波。这些振动会产生粒子密度较高和较低的区域。因此，声音需要介质才能传播，例如空气、水，甚至固体。
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声波在密度更高的物质中传播得更快，因为相邻的粒子更容易相互碰撞。以水为例。一瓶水中的粒子数量大约是同样装满空气的瓶子的 800 倍。因此，声波在水中传播的速度比在空气中快得多。例如，在室温下的淡水中，声音的传播速度比在相同温度下的空气中快约 4.3 倍。
声音在空气中传播时，随着你离声源越来越远，声音很快就会变得不那么响亮。这是因为波的能量很快就会在传播过程中丢失。当声音通过水传播时，它的能量会保持更长时间，因为粒子可以更好地携带声波。例如，在海洋中，座头鲸的声音可以传播数千英里！
水下声波以更快的速度到达我们，并且 保持其强度更长，这似乎应该让我们在水下时感觉到这些声音更大。然而，人耳是为了在空气中听到声音而进化的，当浸入水中时，它的作用就不那么大了。我们自己的头部充满了含有水并且可以在水下传播声波的组织。当这种情况发生时，振动会绕过鼓膜，鼓膜是耳朵中为了接收空气中的声波而进化的部分。
声音还会与两种不同介质之间的边界相互作用，例如水面。例如，水和空气之间的边界会将几乎所有的声音反射回水中。所有这些动态将如何影响我们感知水下声音的方式？尝试一下这个活动来找出答案！
材料
浴缸或游泳池（一个非常大的桶也可以）
水
两件不锈钢餐具（例如，勺子或钳子）
两件塑料餐具
小球
毛巾
成年帮手
一个会弄湿的区域（如果不是在游泳池进行活动）
用于清理溢出物的地布（如果不是在游泳池进行活动）
其他用于制造水下声音的材料（可选）
使用游泳池（可选）
互联网接入（可选）
准备工作
用温水注满浴缸——或者去游泳池——带上你的帮手和其他材料。
步骤
让你的帮手将一个不锈钢餐具敲击另一个。听着。你如何描述这种声音？
稍后，你的帮手会将一个餐具在水下敲击另一个。你认为你会听到同样的声音吗？
让你的帮手在水下将一个餐具敲击另一个。听着。声音听起来是更响亮还是更柔和？你听到的在其他方面也有不同吗？
将一只耳朵浸入水中。让你的帮手在水下将一个餐具敲击另一个。听着。你如何描述这种声音？
在你的头部浸入水中后不久，让你的帮手在水下将一个餐具敲击另一个。深吸一口气，闭上眼睛，将你的头完全浸入水中或尽可能地浸入水中，让你感到舒适。在你屏住呼吸在水下时听着（当你需要时上来呼吸！）。声音听起来是更响亮还是更柔和？在其他方面听起来是否有所不同？
重复这个过程，但让你的帮手使用两个塑料餐具互相敲击。
再次重复这个过程，但这次听一个小球掉入水中的声音。当你在水上或水下听时，小球掉入水中的声音是否会改变？你对这种声音的感知是否会改变？为什么会发生这种情况？
交换角色。让你帮手在你制造声音时听着。
讨论你收集到的发现。是否有模式出现？你能得出关于人类在浸入水中时如何感知声音的结论吗？
附加：用更多类型的声音进行测试：柔和的声音以及响亮的声音，高音调的声音以及低音调的声音。你能找到更多的模式吗？
附加：为了调查当你浸入水中时是什么接收了声波，请在你浸没头部时用手指堵住你的耳朵或使用耳塞。当你在水下堵住耳道时，声音如何变化？当你在水上堵住耳道时，也会发生同样的情况吗？如果不是，为什么会有所不同？
附加： 去游泳池听听有人跳入水中的声音。比较你在浸入水中时和头部在水上时对声音的感知。你的感知如何变化？闭上眼睛。当你浸入水中时，你能分辨出那个人在哪里跳入水中吗？当你头部在水上时，你能分辨出来吗？
附加：研究海洋声音以及人类活动造成的声音如何影响水生动物。
观察和结果
当声音是在水下产生而你在水上听时，声音是否更柔和？当你只有耳朵浸没时，声音听起来是否沉闷？当你头部浸没时，声音是否更饱满？
声音在水中传播的速度比在空气中快，因为水粒子更密集地排列在一起。因此，声波携带的能量传输得更快。这应该使声音听起来更大。然而，当你没有浸入水中时，你可能觉得声音更柔和，因为水面几乎就像你产生的声音的一面镜子。声音很可能在到达水面后几乎完全反射回水中。
当你只浸没你的耳朵时，声音可能仍然显得沉闷。发生这种情况是因为人耳不擅长在水中接收声音——毕竟，它是为了在空气中接收声音而进化的。
当你浸没你的头部时，声音可能听起来更饱满。那是因为我们的头部含有大量的水，这使得组织能够接收水下声音——而不依赖于鼓膜。这也解释了为什么在水下时堵住耳道对你接收到的声音几乎没有影响。
如果你试图探测声音从哪里来，你可能会觉得很困难。我们的大脑使用每个耳朵检测到的声音的响度和时间的差异作为线索来推断声音来自哪里。因为声音在水下传播得更快，并且当你浸入水中时你用整个头部接收声音，所以你的大脑会失去通常帮助你确定声音来自哪里的线索。
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