互动科普

当救护车迎面驶来的时候，我们听到声音频率越来越高，而车离去时的声音频率越来越低，这就是多普勒频移效应。即在运动的波源前面时，接收到的波长变短，频率变高；在运动的波源后面时，会产生相反的效应，波长变长，频率变低。这里要强调的是音源本身频率没有变。

人能听到的声音频率为20～20000赫兹，超出这个范围，人耳就不能察觉。而蝙蝠能发出和听见2万～10万赫兹的超声波。在九百多种蝙蝠中，约八百多种是利用回声定位来捕食。

根据蝙蝠捕食过程中发声信号的特点，可以把它们分为两大类：调频（FM）蝙蝠和恒频-调频（CF-FM）蝙蝠。调频是指在发声的过程中，频率由高降低；恒频则在整个发声过程中频率不变。多数蝙蝠属于FM蝙蝠。FM蝙蝠在搜索猎物时，发出的探测声持续时间长（十几或几十毫秒）、频带宽（频率下降的幅度大）、重复低（每秒几次）；在后续的发现、接近与捕食目标的时候，发声持续时间短（几毫秒）、频带窄、重复高（每秒可达上百次）。少数蝙蝠，如菊头蝠科和蹄蝠科，是CF-FM蝙蝠，它们的发声信号完全不同。其信号以CF为主（几十到上百毫秒），尾部带FM扫描（几毫秒），整个声信号频带窄。

蝙蝠在运用回声定位时会巧妙地利用多普勒效应。它们在飞行时不断发出声波脉冲，这些声波的频率其实是在它们自己的耳朵能听到的频率范围之外的，这样就不会被自己发出的声音烦扰。但蝙蝠能听到由于多普勒效应而频率发生了变化的回声。随着蝙蝠与猎物所处方位的不同，以及二者运动速度的变化，产生的多普勒效应也会发生变化。蝙蝠能够准确地处理这些信号，判断出猎物的方位和速度。

有意思的是，有些蝙蝠还会根据自己飞行速度的变化，调整发出的声波的频率，以确保发生了多普勒效应之后的回声能被自己的耳朵听到。在捕食过程中，蝙蝠与猎物的距离不断缩短，由于多普勒效应，回声的频率会变高，波长变短。由于FM蝙蝠能察觉到的波长范围比CF-FM蝙蝠宽，所以FM蝙蝠不需要调整自己的发声频率，而CF-FM蝙蝠会降低自己的发声频率，使回声频率保持在敏感范围，这称为多普勒频移补偿。

（本文发表于《科学世界》2015年第5期）