通过声音“看”世界

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发布时间:2022-11-17 浏览次数:868

       我们知道,蝙蝠是用回声定位来“看”前方物体的,其实这一本领我们人类也具备。只要经过适当的训练,人人都可以学会用声音来“看”周围的世界。


       通过声音“看”物体的盲人

       “这是我上学的第一天。下课铃响了,同学们愉快地离开教室。不像他们,我看不见东西,至少不能用眼睛看。作为替代,我卷起舌头,发出‘咔’的一声,然后谛听从左侧墙上反射回来的回声。我摸索着向前走,以免撞上桌子、椅子。我听到门外传来同伴们吵闹和欢笑的声音,我再次同舌头发出‘咔’声,弄明白了门所在的方位。我第一次走进了操场。

       “我小心翼翼地往前迈步,感觉到这里那里到处是人。我尽量躲开人群和飞来飞去的球。我走了很远。这时我想,我怎么回去?于是,我扭头发出‘咔’的一声。我依然能听到从教学楼墙壁传回的声音。只要能听到大楼的回音,我就有办法回去。

      “操场慢慢地倾斜下去。我继续往前走。我前面的回声已变得柔和,这说明前方是一块大草坪。我的脚终于踩上了草坪。我想,我可以加快脚步了。突然,我感觉前方有什么东西。我停了下来。嗨,最初我想,会不会有人一动不动地站在我前面。但是当我用舌头发出‘咔’声之后,我明白那不可能是人,因为它太瘦长了。

       “在伸手去摸之前,我就已经意识到那是一根木桩。我发出‘咔’声,听到这里还有别的东西。离开了木桩我朝那东西走去。凭回声我听出那是另一根木桩,像第一根一样。这里整整有9根木桩,排列成一条直线……”

       这是美国盲人丹尼尔•凯什描述的、对于我们相当离奇的经历。作为一个盲人,凯什在生活中能做到大多数盲人无法做到的事情,比如能在自己居住的小区附近骑自行车,能找到树并爬上去,能随心所愿地到任何一个地方,而窍门全在于他能使用回声定位来“看”周围的世界。


       超级链接:回声定位入门

       闭上你的眼睛,让旁边一个人在你面前拿一只开口的空盒子。对着盒子说话,仔细聆听,声音听起来好像是中空的。不用盒子再试一次,细心体会有何区别。

       接下来,用一个更大的盒子或者茶壶试试。仔细聆听,声音是不是听起来似乎更悠远一些?

       用枕头或者坐垫试试,你有没有注意到,这次声音有些软。

       试着走到一间屋子的角落,当面对角落说话时,仔细听你的声音,听起来是否有些中空?逐渐拉开距离,声音又如何变化?



       回声定位能为盲人做什么?

       当然,凯什并不是历史上第一个使用回声定位的人。这个记录最早可以追溯到18世纪中叶。法国哲学家丹尼斯•狄德罗在1749年写道,他的一位双目失明的朋友对身边的事物是特别敏锐,他可以分辨自己是身处开阔的大街上还是一条死胡同里。在19世纪,另有一位著名的盲人旅行家,能够通过敲拐杖或者脚蹬地面发出的回声来感觉周围的物体。

       但那个时候,人们并不理解这一技巧的窍门所在,直到1940年代,科学家通过一系列实验才证明,这种技巧所依赖的是回声。

       回声可以用来感知物体的三个主要特征:它所处的位置,它大致的轮廓,在一定程度上还有它的质地(是坚实还是疏松的?是反射声音还是吸收声音的?)。依据这些信息,盲人可以在大脑中形成一幅图像,类似于医院里超声波扫描形成的模糊图像。

       举个例子:如果前面有一辆静止的小轿车,通过回声,凯什首先能感知这是一个大物体,它的一端要矮一些,中间高上去,另一头又陡然降下来,故而可以确定这是一辆小轿车。根据两边高度和坡度的不同,他还可以区分哪端是车头,哪端是车尾。因为一般来说,头部更低,坡度也要更缓一些。他还可以区分不同型号的汽车。比如说,一辆敞篷载货小车通常较高,从它反射来的回声是中空的,而尽管越野车通常也较高,但回声质地比较厚实。

       再比如,在凯什“看”来,一棵树在它的下部窄而坚实,越往上越开阔和疏松。此外,更多的细节,比如粗细、有无树叶、树枝高度等等也能够被确定下来。


      闪光回声

       虽然任何声音遇到障碍物都有回声,但在凯什看来,回声有积极的和消极的之分。如果发出的声音是杂乱的,那么它的回声形成的图像就很模糊,这叫消极的回声。而倘若发出去的声音每次都非常一致,那么它的回声形成的图像就很清晰(比如凯什用舌头发出的“咔”声,因为经过长期的训练,这些“咔”声在频率和音量上可以达到非常精确的一致),这种回声就是积极回声。即使在复杂或者吵闹的环境,也能容易地识别出积极回声。这就好比在一群人中一下子就能认出一张熟悉的面孔或者一个熟悉的声音一样。

       凯什和他的同事用“闪光回声”来形容这种积极回声,因为对于他们,每一次舌头“咔”的一声就像照相机在黑暗中的一次闪光一样,在匆匆一瞥中就能把周围“看”个大概。

       积极回声还有一个特点是可以根据情况需要作出相应变化。比如说,当凯什快步移动时,他发出“咔”声更频繁,在安静的环境发出的“咔”声也较轻,只要获得所需的信息就够了。用这种回声,大到几百步外的一幢建筑,小到跟前的一张信用卡,都可以探测到。

       当然,有时由于周围的噪声太响,或者刮风的缘故,回音也会被淹没。在这种情况下,凯什就会发出更响亮的“咔”声,并转动脑袋,进行更多次的“扫描”(即向不同的方向发出“咔”声,然后静听回声),以获得足够的信息。

       现在,凯什创办了非盈利组织“世界盲人通道”,在全世界盲人中推广使用回声定位。这项技能对于盲人来说,比起用手或者拐杖远为便利。一般的盲人受过适当训练之后,都能独立完成骑自行车、玩球和野外徒步漫游等等活动。——这也说明,回声定位或许不仅是蝙蝠、海豚等动物的本能,也是人类的一项本能;我们的祖先远在使用火把照明之前,说不定在黑暗的夜间生活中,就已经具备了这项本领

       除了训练,凯什还跟生物学家合作,试图了解动物是如何通过回声定位来感知世界的;和研究机器人的科学家合作,教机器人如何通过回声导航;和神经科学家合作,研究大脑的成像原理等等。


本文来源:大科技  作者:大科技   仅用于分享。如有侵权,请联系hq13379078029@163.com修改删除。

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