声音之谜 声音是物体振动时产生的具有不同频率、并通过听觉反应的波。现在，经过科学家的努力，许多利用声音为人类服务的途径竞相而生。从而使声音变成了新的资源。 英国科学家根据声波蕴藏的能量在传播中遇到屏障时能够转变成为电能的道理，设计制造出鼓膜式声波接受仪，通过与可以增大声能的共鸣器相连，而使声能迅速转化为电能，供一些小型电器使用。 在英国，科学家研究出以声控制噪的新技术。利用计算机和传感器，将模拟声转化为数字信号并加以分析，以此来消除噪声。现在，英、日、美、法等国家，在各种豪华小轿车里都安装了这种系统。美国还将这种技术应用到工业空调器、抽风机、核共振成像系统、大功率冰箱等领域。 声音在农业上能够使农作物增产。实验表明，西红柿在生长期中经过30次100分贝的尖锐声音处理，产量可以提高两倍。对水稻、大豆、黄瓜等农作物，经过声波处理也收到了增产效果。 现代影视技术的发展，还出现了以声代光拍摄水下电视的新技术。通过声发射器、凹镜、电视接收机和附属设备来完成此任。拍摄时，声波从发射器发出之后，射到水下目标就被反射回来，经凹镜聚焦，由声--电摄像管把声音信号转换成的电信号传至电视显示器，显像管就可以把电信号转换成的图像显示出来。如果需要长期保存，还可以用录像机录像，以便随时播放。利用声波拍摄水下电视图像时，还可以拍出彩色电视图像及立体电视图，取得令人满意的效果。 在中国古代物理学中，声学的成就可以说是一技独秀，有特别加以记述的必要。 （1）乐器制作与乐律理论 中国古代音乐是世界文明中的一个宝库。河南舞阳县贾湖村的骨笛，是公元前5000～前6000年新石器时代的遗物，这是迄今发现的世界上最早的乐器。西周时期，见于《诗经》记载的乐器就有29种，其中频率固定的打击乐器有鼓、馨、钟、铃、（革兆）（摇鼓）等，调频弹拨乐器有琴、瑟，管类乐器有箫、管、埙、笙等。《汉书·律历志》已将当时的乐器品种按质料分为八种：“土曰埙，鲍（木瓜）曰笙，皮日鼓，竹曰管，石日馨，金日钟，木日祝，丝曰瑟。”从众多出土的古乐器中，引人注目的是编馨和编钟。编馨是用特殊石头（如玉石）制成的具有若干固定音列的组合馨。 1950年在安阳武官村出土的殷代大理石馨，82 厘米×42厘米× 2.5厘米，音色浑厚如铜； 1970年在湖北江陵出土的楚国编馨25 只，其形状已颇为规则，音域达三个八度。编钟是由一系列铜制的钟挂在木架上的组合钟。1978年在陕西扶风曾出土了西周的青铜编钟，1979年在湖北隋县的战国曾侯乙墓出土了公元前443年的编钟，一套共65件，总重2500余斤，总音域跨五个八度， 12个半音齐全，音色优美，效果极佳，充分显示了我国古代音乐、冶金和乐器制造水平之高超。 （2）声的传播与发声原理的探讨 据北魏郦道元《水经注》卷三十四《江水》记载：陈遵在造江陵金堤（公元512～518）时，曾利用鼓声推算高地的高度，可能是利用鼓声的传播速度推算的。这一记载很有意义。 关于声音发生与传播更为深刻的见解是王充和宋应星指出的。王充在《论衡·变虚篇》中将鱼“动于水中，振旁侧之水”与人的“操行”（行动）引起“气应而变”加以对比。宋应星则明确提出“物之冲气也，如其激水然。气与水，同一易动之物。以石投水，水面迎石之位，一拳而止，而其文浪以次而开，至纵横寻丈而犹未歇。其荡气也亦犹是焉，特微渺而不得闻耳。”（《论气·气声七》）。他们明确指出：“气”被“冲”如同“水”被“激”，“荡气”与水的“文浪”相似，可从“一拳”依次“开”至“纵横寻（古8尺）丈”犹未止，只是“荡气”微小到听不见而已，这就是“气声”。对声波的发生与传播从物理上分析如此精辟，在我国古代物理学中是很突出的。 （3）古代建筑中的声学效应 利用声学效应的建筑在我国已发现不少。古典籍中关于空穴传声类的记载与建筑有关的也有“地听”、“墙听”（《墨子·备穴篇》）等，用陶瓮口向内砌墙可以隔音，在琴室及戏台下埋大缸可增加混声回响效果。著名的北京天坛中的回音壁、三音石与圜丘都巧妙地利用了声的反射效应。还有河南郏县蛤蟆音塔，四川潼南县大佛寺的石琴等。 近年来深入研究了山西永济县普救寺莺莺塔的蛙声。《西厢记》中“日午当庭塔影圆”，就是指此塔。该塔初建于隋唐，现存的塔重修于1564年明嘉靖年间，是一座方形空筒式十三层密檐式砖塔，高36.7米，建于陡坡的高处，周围空旷，整个塔身和塔檐由涂釉青砖建成，这些青砖的声反射系数达0.95～0.98，是声音的良反射体。塔身成空筒形，对声波起着谐振腔作用。由于十三层塔檐各层砌砖所成曲线的巧妙配合，对来自塔前距离约24米处的击石声产生良好的反射及会聚作用，因而“于地击石，有声如吠蛙”。同样，远处的声音通过十三层塔檐反射就会聚在檐前附近，使人耳接收到的声波能量大增。五里外的蒲州镇的演唱声，犹如塔内有戏台。 我国古代建筑是利用声学效应的科学宝库，还有待于进一步发掘。上述成就体现了声学与音乐、声学与哲学和声学与建筑、军事等的结合，这也是我国古代物理学发展的根本特点之一。 张盼盼导航：尖子网/港湾/物理/physics1 |