登陆注册
2671900000002

第2章 对共振与声波的认识

对于振动和波的概念,是人们在长期实践中建立和发展起来的。

各种各样的声波都是由发声体振动引起的,这种振动通过空气或其他媒介传播到人的耳朵,人就听到了声音。并在人的头脑中逐渐加深了对它们的认识。

唐武宗时,当朝太尉李德裕手下有一个乐官名叫廉郊,师从当时的琵琶大师曹钢,是曹钢的得意弟子,技艺精湛,听他的演奏如闻仙乐。在一个月白风清的夜晚,李太尉带着廉郊及随从们,邀约曹钢带着琵琶,来到李德裕的宅邸湖边,大家欢聚,赏月弹琴。廉郊主奏蕤宾调《芰荷》大曲,曹钢用和声陪衬。乐曲起伏错落,高低昂扬。弹奏几曲以后,音乐会渐进高潮。太尉与众人正神往于乐曲勾画出的音乐意境之中时,湖中传来阵阵像是鱼儿跳出水面又落下时溅水的声音。演奏者一听,就停奏了《芰荷》,改奏其他调的作品,而后湖中的声音消失了,再也没什么动静了。

太尉安慰众位宾客,让师徒二人接着弹。于是师徒两人转轴拨弦,再次演奏。《芰荷》大曲再起,湖水中又有声音传出。师徒两人想到太尉兴致这样高,便交换一下眼色,没有停止演奏。

这时,奇怪的事发生了:湖水中传来的奇特的声响越来越大,好像同琵琶大曲蕤宾调《芰荷》相和。众人正惶恐之间,一块长方形的东西夹带着水声、风声从湖中跃出,“哐当”一声跌落在岸边,奇怪的声音也戛然而止。

正在大家惊魂未定不知所措时,有胆大的随从已把这件东西送到太尉面前。太尉一看,“呵呵”一笑,对曹钢、廉郊说:“这是你们的知音啊!”原来,这是一个沉没湖中多年的名叫“方响”的打击乐器中的一块,刚好是专奏蕤宾调的那块。曹钢说:“太尉高见,这就是声律相应啊!”

在这个有点诡异的故事中,廉郊竟能以美妙的音乐引起湖底沉铁共鸣,受震出水,而琵琶大师曹钢将其解释为“声律相应”,恰恰验证了声音共振这个科学道理。其实,古人获得这些共振知识,是经历了一个长期的实践过程的。

当一个物体发声振动时,另一个物体也随着振动,这种现象叫做共振。在古代典籍中有大量的关于共振现象的记述。比如《庄子》一书最早记下了瑟的各弦间发生的共振现象:

一种情况是,在弹宫、角等基音时,置于一室的诸瑟相应的弦也发生振动;另一种情况是,如果调一弦,使它和宫、商、角、徵、羽“五声”中任何一声都不相当,弹动它时,另一个瑟上25根弦都动了起来。后一种现象一般情况下较难以察觉到,古人能发现这一点,说明他们的观察是很细致的。

古人不但观察到了共振现象,还试图对之加以解释,这方面最具代表性的是西汉时期思想家董仲舒。

他在其《春秋繁露·同类相动篇》中说道:“具有相同性质的物体可以相互感应,之所以会鼓宫宫动,鼓商商应,就是由于它们声调一样,这是必然现象,没有任何神奇之处。”

董仲舒能正确认识到这是一种自然现象,打破了笼罩在其上的神秘气氛,是有贡献的。至宋代,科学家沈括把古人对共振现象的研究进一步向前做了推进。他用实验手段探讨乐器的共鸣。

他剪了一个小纸人,放在基音弦线上,拨动相应的泛音弦线,纸人就跳动,弹别的弦线,纸人则不动。这样,他就用实验方法,把音高相差八度时二弦的谐振现象直观形象地表现了出来。

沈括这个实验,比起欧洲类似的纸游码实验,要早好几个世纪。沈括的实验对后人颇有影响。明代晚期学者方以智就曾在其《物理小识》中明确概括道:声音之和,足感异类。只要声音特性一致,即频率相同或成简单整数比,在不同器物上也能发生共鸣。他指出,乐器上的共鸣具有同样的本质,都是由于“声音相和”引起的。方以智的这些话,标志着人们对共鸣现象本质的认识又深入了一步。事实上,古人对共鸣现象的最初认识及其逐步加深,伴随着对自然界中波的理解。也就是说,在自然界中共振与波密切相关。

上古时代,人们在渔猎生产中常见到这样的现象:湖泊池沼的涟涟水波,水面上的浮萍、木条却并不随波前进,而是在做上下振动;在纺绳织网中,弹动绳子,波浪从一头传至另一头,但绳子上的线头也不随波逐流。对于类似现象,人们经过了长久的思索才有了答案。比如《管子·君臣下》说道:浪头涌起,到了顶头又会落下来,乃是必然的趋势。这是春秋时期人们的回答。

至东汉时期,人们对此有了进一步的认识。东汉时期思想家王充终于发现,声音在空气中的传播形式是和水波相同的。

王充在《论衡·变虚篇》中说道:鱼身长一尺,在水中动,震动旁边的水不会超过数尺,大的不过与人一样,所震荡的远近不过百步,而一里之外仍然安然清澈平静,因为离得太远了。

如果说人操行的善恶能使气变动,那么其远近应该跟鱼震荡水的远近相等,气受人操行善恶感应变化的范围,也应该跟水一样。

王充在这里表达了一个科学思想:波的强度随传播距离的增大而衰减,如鱼激起的水波不过百步,在500米之外便消失殆尽;人的言行激起的气波和鱼激起的水波一样,也是随距离而衰减的。

可以认为,王充是世界上最早向人们展示不可见的声波图景的,也是他最早指出了声强和传播距离的关系。至明代,借水波比喻空气中声波的思想更加明确、清楚。明代科学家宋应星在《论气·气声篇》中的结论是:敲击物体使空气产生的波动如同石击水面产生的波。声波是纵波,其传播能量的方向和振动方向相平行;水波是横波,其传播能量的方向和振动方向相垂直。尽管古代人由于受到时代的局限性,对纵波和横波分不清,但上述认识已经是古人在声学方面的一个巨大进步。

延伸阅读

唐代洛阳某寺一僧人房中挂着磐这种乐器,经常自鸣作响,僧人惊恐成疾。僧人的朋友曹绍夔是朝中管音乐的官员,闻讯特去看望。这时正好听见寺里敲钟声,磐也随即作响。曹绍夔掏出怀中铁锉,在磐上锉磨几处,磐再也不作响了。这个故事表明我国古人具有丰富的声学知识。

同类推荐
  • 文明解密

    文明解密

    《我的第一本探索书
  • 野马之舞(野生灵三部曲舞)

    野马之舞(野生灵三部曲舞)

    野生灵系列多是关于野生动物的记录和描述,这是作者戴江南在与自然万物的耳鬓厮磨间生出的大欢娱大忧伤,她带着人们徜徉在自然之中,在阿拉套山的悬崖旁观察金雕,在青格里河畔看蝴蝶,在天鹅湖畔驻足,在艾比湖畔与迁徙的鸟儿作别……她将一切自然生灵视若亲朋,以细腻亲和的笔触写下了一部当代自然传奇。同时,本系列作品对普及科学知识、宣扬自然美均有较高的意义和价值。
  • 千姿百态的海洋生物

    千姿百态的海洋生物

    每当我们在岸边捡着浪潮送来的贝壳,望着一望无际,时而波涛汹涌,时而风平浪静的海洋的时候,总是在想蔚蓝色的海水下,到底生活着哪些生物?是否有高度文明的“海底人”?又是否真有美人鱼?提到“一闪一闪”、“灿烂的光芒”这些词时,我们会想到晴朗的夜空,眨眼的星星。其实在海底也会有这种现象,海底的鱼也会常常发出灿烂的光芒,这又是怎么一回事昵?众多的海洋之谜,等待我们来揭开。因此,我们要不断向前,勇敢攀登科学高峰。
  • 草原猛士的旅程

    草原猛士的旅程

    广袤无垠的草原,气候类型多样,植物种类丰富,植被类型复杂。在如此辽阔的草原上还生活着许多可爱的野生动物。但是由于人类对草原不合理地开发利用,导致草原生态环境恶化,影响了草原的可持续发展,危机人类与动物的生存环境。如何保护草原、保护地球生态环境,成为人类面对的课题。
  • 宇宙大冒险(科学大探险)

    宇宙大冒险(科学大探险)

    乐乐淘和小猴搭乘着宇宙光神2号先来到离地球最近的月球上,与嫦娥1号比赛谁探寻的信息多,之后他们又来到金星、木星和土星等等,每个星球都有它不一样的神秘……
热门推荐
  • 农门医妻

    农门医妻

    穆九——大夏朝第一女神医,一身医术出神入化。天妒英才被闺蜜害死,意外重生到穷乡僻壤的山村,爷爷奶奶不爱,叔叔伯伯欺负,堂哥堂姐一个比一个坏。她斗极品六亲不认,看谁还敢来!种药材、开药厂赚钱培养势力,终于重回京城,翻手为云覆手为雨搅动朝纲,曾经害过她的伪圣母、白莲花,颤抖吧!
  • 模拟足球之AI教我当教练

    模拟足球之AI教我当教练

    28岁的吴豪文从一个软件销售经理莫名其妙的成了一家业余足球队的主教练,在AI智能教练小爱的帮助下连克强队!把业余球队变成职业队并征战亚冠联赛!29岁成了史上最年轻的国家队主教练……同时,又接到了英超陷入保级的水晶宫和西甲劲旅毕尔巴鄂竞技的邀请,他该选择谁呢?
  • 嚣张皇后:你的地盘我作主

    嚣张皇后:你的地盘我作主

    【本故事纯属虚构,如狗血,表拍我】她是一个爱钱爱到痴迷的姑娘,最大的愿望就是拥有很多很多的钱钱,可是她却遇上了史上最狗血的穿越!穿越了又怎样,她的老公是皇上又怎样,她偏要在他的地盘撒野翻天,他的地盘,她作主!“主子,您在干什么?”小怜一进来就看到程素素趴在桌子上,不知在数着什么,嘴里还念念有词。“数钱。”程素素丢给小怜两个字。……“爱妃,你在干什么?”程素素心里暗叫了声‘糟糕’,然后转过身,笑嘻嘻的看着凌安泽,将刚放回腰间的那枚铜钱拿出来,朝凌安泽晃了晃,“呵呵,拣钱呢。”……“这里,可是朕的地盘,有什么不敢的?”凌安泽挑挑眉,似似非笑的看着程素素。“你的地盘?哼,你的地盘又怎样,告诉你,现在开始,你凌安泽的地盘,我程素素作主!”程素素抬起下巴,嚣张的告诉凌安泽,现在开始,这里是她程素素说了算。
  • 职工科学健身手册(最新职工职业健康指导丛书)

    职工科学健身手册(最新职工职业健康指导丛书)

    这些知识内容包括了职业健康的各个方面,具有很强的系统性、科学性和实用性,简明扼要,易学好懂,十分便于操作和实践,是广大企事业单位用以指导现代职业健康的良好读物。
  • 盗墓礼记

    盗墓礼记

    “宁无百夫长,愿做一书生”。一介普通的书生,竟然有这样的背景,居然早在十岁时就已经经历过那样的事情,竟然亲眼目睹了那样奇异的一场大梦,扑朔迷离的背后疑团,祖上没有光荣的青史,却有......三代人的传奇,两代人的秘密,一代人来揭晓。
  • 后青春女兵

    后青春女兵

    陈升,1991年2月出生,现为沈阳军区某团排长。曾出版长篇小说《走过四季》《骨裂》,并全文被新华网设专题网页连载。有多篇对其创作和作品给予好评的文学评论在《解放军报》、新华网和《前进报》刊发。中篇小说《骨裂》在《解放军文艺》2013年第5期发表。第三部长篇小说即将创作完成。天气渐渐转凉了,夜幕早早地落下,昏暗的路灯映衬着懒散摇曳的树枝,我站在窗前,不自禁地抱了抱双肘。我心里知道,冬天已经露出它铁青的脸色了。即将到来的,是一个月来第一次得休的周日。
  • AK-47枪王之王

    AK-47枪王之王

    《AK-47枪王之王》讲述了枪王之王——AK-47突击步枪的传奇故事。AK-47是前苏联草根天才卡拉什尼科夫在26岁时设计的突击步枪,到2012年,AK-47产量超过1.5亿支,地球上平均每五个人就有一把AK-47。本书从AK-47诞生的战争背景入手,介绍了影响人类历史进程的数十场重大战争,进而引出AK-47枪系的发展、演变,并进一步挖掘AK-47战争内涵:它是民族之枪,是正义之枪,是自由之枪……
  • 勃列日涅夫时代

    勃列日涅夫时代

    本书像一幕史诗大剧,一幕幕活剧给读者带来前苏联由“升平”到衰败的真相和启发。苏联解体之后,当年严密封锁、讳莫如深的秘密档案次第开放,使得本书所涉及的史料丰富而翔实,加之作者作为作家和政论家,独具敏锐的目光和洞察力,对人物、事件的分析、评判深刻而独到,颇富参考价值。作者是新闻记者出身,文笔生动,冷峻幽默,让人在沉思中兴味盎然。本书俄文版出版于2008年。
  • 玫瑰之吻

    玫瑰之吻

    灰蒙蒙的天,灰蒙蒙的街道。街灯还没有亮起来,忙碌而疲惫的下班族来来往往,脚步匆匆。一辆天蓝色的校车缓缓停靠在街边……快来看看到底发生什么事情了吧。就让《玫瑰之吻》带你一起走近故事里面了解真相吧!
  • 总裁的小甜心

    总裁的小甜心

    上官娃娃,人如其名,身材娇小玲珑,长相甜美可爱,酷爱甜食,更是一位出色的甜点师。皇甫瑾,皇甫集团唯一合法继承人,他聪明睿智,冷酷俊美,是一个将真心深深掩埋的“无情王子”。而他,温文儒雅,阳光率性,是一名世界级著名的小提琴演奏家。从小爱慕娃娃的他能否与娃娃最终开花结果呢?东方复航,性情冰冷,视女人为玩物,结果却深陷在一个女人手里,他爱上她的甜,恋上她的美,可她属于他么?当甜美可爱的她将一盘美味可口的蛋糕砸向冷酷俊美的他时,两个本无交集的人又会发生些什么样的故事呢?文中片段:某男皱着好看的眉头叫道:“你给我站着别动,听到没有。”某女无辜的眨巴着大眼,不屑的说道:“你让我站着我就站着,岂不是很没面子吗?”“该死的,你听不懂人话么?”某男火大的看着某个小女人流血的莹白小脚。“你是人么"某女再次粉无辜的问道。“你、、、、”某男不知该说什么,心里直道这小东西不气他心里不爽是么?几个大步走到她的身边,抱起她,大掌啪啪啪的打在她的小屁股上。片段二:某天,两人在床上吵架之后,某小女人气愤的瞪着站在床前的某个男人,小嘴快挂起油壶了。“这是我的,这也是我的。”某女将床上的被子枕头,全部拥到自己怀里,不满的看着眼前的男人。某男人很是无奈的望着床上幼稚的小女人。“这些都是我的,全部都是。”见他没啥表情,某女更是将视线所及之处的物品全都纳入怀里,眼里的泪珠即将决堤。“都是你的,我也是你的。”某男跳上柔软的大床,扑进某个生气小女人的怀里,撒娇似的说道。