介绍

在求偶场期间，雄性长尾蜂鸟，Machaeropterus deliciosus（鸟纲：蜂鸟科）通过肥大改变它们的次级羽毛。次级羽毛的振动是由它们碰撞和振动引起的，为了产生持续的谐波音调，其基频为 1500 Hz。雄性蜂鸟会发出一种独特的声响来吸引雌性的注意。它没有使用传统的声音产生方式，而是用翅膀作为乐器。

声音机制

雄性蜂鸟改造了第六和第七根次级羽毛，它们充当一对耦合谐振器。另外五根次级羽毛与它们同相振动，从而产生声音，听起来像一种清脆的Tick-Tick-Ting [1]。这一系列动作包括两个短暂的机械ticks，当翅膀被拍打时，以及一个持续的机械ting，当翅膀被翻到背部之上时 [2]。这两种声音在声学上没有区别，只是ting的持续时间更长。它们都包含一个 1.49 kHz 的基频及其更高频率的谐波。

Tick-Ting 视频和音频演示

与典型的次级羽毛不同，次级羽毛 1-5 表现出越来越宽的羽轴，并表现出从连续渐细到在远端三分之二、四分之三和五分之四处突然变细的过渡，分别对应于第三、第四和第五根次级羽毛。在第五根次级羽毛的突然变细之外，羽轴向内弯曲。这种羽轴上的“扭结”导致它与相邻的第六根次级羽毛的羽轴重叠并接触，处于静止状态时 [3]。第六和第七根次级羽毛表现出以下独特的改造：羽轴在基部很厚，在大约一半长度处，它们的宽度增加一倍，并沿其长轴扭曲，使背面的羽毛表面朝向内侧。第六根次级羽毛有脊，而第五根羽毛有弯曲的尖端 [4]。最内侧一对改造后的羽毛（第七根次级羽毛）在背部相互碰撞。紧随其后，翅膀向横向和内侧颤抖，使它们仅仅分离几毫米。大约 8 毫秒后，它们被内收，产生另一次碰撞。在整个过程中持续发出声音，羽毛以合适的频率产生振动 [3]。

声学分析

雄性蜂鸟向前倾斜，以 1500 Hz 的频率拍打翅膀，这个频率具有非常高的 Q 值。这个频率比蜂鸟拍打翅膀的频率快。品质因数 Q 是衡量系统达到最大振幅速度的一个指标。利用频谱方法，Q 可以确定为

$Q={\frac {f_{0}}{BW-3dB,SPL}}$

其中 f0 是系统的固有频率，BW – 3 dB,SPL 是峰值以下 3 dB SPL 的带宽。实验表明，所有羽毛的 Q 因数都高于 10，最高可达 27。这意味着这些结构可以成为良好的生物谐振器 [3]。

翅膀改造

如此高速的翅膀运动所需的额外支撑来自于超大的翅膀骨骼。雄性蜂鸟的尺骨经过改造，具有凸起和凹槽来支撑翅膀，其宽度是正常宽度的四倍。另一个令人惊讶的改造是，蜂鸟拥有实心的翅膀骨骼，而大多数鸟类拥有空心的骨骼，以便于飞行。因此经过改造的翅膀能够产生完美的音调。

参考文献

[1] K. S. Bostwick 和 R. O. Prum，“求偶的鸟用翅膀羽毛发声”，《科学》，第 309 卷，第 736 页，2005 年 7 月 29 日。

[2] K. S. Bostwick，“长尾蜂鸟（Machaeropterus deliciosus）的展示行为、机械声音和进化关系”，《美洲鸟类学杂志》，第 117 卷，第 465-478 页，2000 年。

[3] K. S. Bostwick 等人，“共振羽毛产生求偶鸣叫声”，《英国皇家学会学报 B：生物科学》，第 277 卷，第 835-841 页，2010 年 3 月 22 日。

[4] http://www.pbs.org/wnet/nature/episodes/what-males-will-do/photo-gallery-manakin-anatomy/955/

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