第2章 對共鳴與隔音的利用
- 物理歷史(文化之美·文明之光)
- 曾勛 馬成編著
- 2071字
- 2021-05-24 16:50:18
共鳴是物體因共振而發聲的現象。在戰爭環境下,古代人發明了各種各樣共鳴器,用來偵探敵情。
隔聲是把聲音約束在一定范圍里,而不讓它傳播出去。我國古代還發明了隔聲的方法,可稱為現代消聲技術的先導。
三國時期,諸葛亮率蜀軍南下,來到云南陸良,與南軍在戰馬坡相會。南蠻王孟獲特意請深通法術的八納洞洞主木鹿大王前來助陣。
木鹿大王來到戰馬坡,命手下官兵挖了兩條長不到40米,寬不足1米的山路,叫做“驚馬槽”,并將蜀軍引到附近。
雙方開戰后,軍南陣營突然響起“嗚嗚”的號角聲,隨即虎豹豺狼、飛禽走獸乘風而出。蜀軍深入云南,從未見過這陣勢,一時無力抵擋,迅速退入山谷。
就在這時,意外發生了。
一陣狂風過后,只聽周圍的巖石、樹木一齊作響,發出凄厲的尖嘯,似厲鬼呼號,攝人魂魄。蜀軍馬驚人墜,損失慘重。
后來,諸葛亮施展才智,巧用計謀,才降伏了孟獲。
此戰過后,驚馬槽一帶從此陰云不散。1000多年來,生活在這里的村民,在一處幽深的山谷中,經常會聽到兵器相碰、戰馬嘶鳴的聲音,他們把這種奇怪的現象叫做“陰兵過路”。直至驚馬槽的旁邊修了一條公路,怪聲便很難聽到了。
其實,驚馬槽的形狀很像啤酒瓶的瓶身,如果吹一下啤酒瓶口,可以聽到刺耳的響聲。吹進驚馬槽的風,在與巖壁不斷撞擊之后,形成了共鳴與聲音反射的聲學現象,于是村民們傳說的怪聲出現了。
很顯然,這是一個物理現象,在聲學上叫“共鳴”。
共鳴是一種物理現象。我國古代對共鳴現象的認識和利用是頗有成就的。比如制造共鳴器,讓聲音通過它來放大,便可以能聽到遠處的聲音。
這項技術曾經被用于軍事上。
早在戰國初期,墨家創始人墨翟就發明了幾種用共鳴器偵探敵情的方法,并在《墨子》一書中記載下來。
一種方法是:在城墻根下每隔一定距離挖一深坑,坑里埋置一只容量七八十升的陶甕,甕口蒙上皮革,讓聽覺聰敏的人伏在甕口聽動靜。遇有敵人挖地道攻城的響聲,不僅可以發覺敵情,而且根據各甕聲音的響度差別,可以識別來敵的方向和位置。
另一種方法是:在同一個深坑里埋設兩只蒙上皮革的甕,兩甕分開一定距離。根據這兩只甕的響度差別,來判別敵人所在的方向。
還有一種方法:一只甕和前兩種方法所說的相同,也埋在坑道里,另一只甕則很大,要大到足以容納一個人,把大甕倒置在坑道地面,并讓監聽的人時刻把自己覆在甕里聽響動。利用同一個人分別諦聽這兩種甕的聲響情形,來確定來敵的方向和位置。
埋甕測聽就是利用了共鳴的原理。敵方開鑿地道時所發生的音響在地下傳播的速度高,而且衰減小,容易激起缸體共振,從而可以偵測地下敵人所在的方位。這種簡易可靠的偵察方法,也被用于地面戰斗。
《墨子》一書記載的方法被歷代軍事家因襲使用。唐代軍事理論家李筌、宋代軍事家曾公亮、明代儒將茅元儀等,都曾在他們的軍事或武器著作中記述了類似的方法。
曾公亮還把《墨子》記述的蒙有皮革的甕叫做“聽甕”,把甕口不蒙皮革、直接覆在地道里諦聽的方法叫做“地聽”。
李筌的《神機制敵太白陰經》、曾公亮的《武經總要·警備篇》都曾描述另一種更加簡便實用的共鳴器:
除了埋甕外,古代軍隊中還有一種用皮革制成的枕頭,叫做“空胡鹿”,讓聰耳戰士在行軍之夜使用,只要敵軍人馬活動在15千米外,東西南北皆可偵聽到。
宋代科學家沈括的《夢溪筆談·器用》中記述:
牛革制成的箭袋,用作臥枕,“附地枕之,數里內有人馬聲,則皆聞之。
偉大的科學家沈括還對以上甕、枕等的功用作出了物理解釋。他說“取其中虛”,“蓋虛能納聲也”,這個解釋和現代聲音在固體中傳播的知識是一致的。
從宋代起,人們還發現,去節長竹,直埋于地,耳聽竹筒口,則有“嗡嗡”若鼓的聲音。
當聲音在像地面、鐵軌、木材等固體中傳播時,遇到空穴,在空穴處產生交混回響,使原來在空氣中傳播的聽不見的聲音變得可以聽見。值得注意的是,那種用竹筒聽地聲的方法正是近代醫用聽診器的濫觴。
至明代,抗倭名將戚繼光曾用大甕覆人來聽敵鑿地道的聲音。戚繼光也曾用埋竹法謹防倭寇偷襲。甚至在現代的一些戰爭中,不少國家和民族還繼續采用這些古老而科學的共鳴器。
我國古代對隔聲也有認識和利用。
隔聲是指聲波在空氣中傳播時,用各種易吸收能量的物質消耗聲波的能量,使聲能在傳播途徑中受到阻擋而不能直接通過的措施,這種措施稱為“隔聲”。
我國古代有的建筑為了隔音,用陶甕口朝里砌成墻,每個甕都起隔音作用。這種隔音技術正是利用了共鳴消耗聲能的特性。
比如明代方以智說:私鑄錢者,藏匿于地下室之中,以空甕壘墻,使甕口向著室內,聲音被甕吸收。這樣,過路人就聽不見他們的鋸銼之聲了。
清代初期,人們用同樣的方法,把那種在地下的隔聲室搬到地面上,以致“貼鄰不聞”他室聲。可見,我國人最早創建了隔聲室。
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動物界的共鳴現象比較普遍,比如蟬的鳴叫就利用身體的某些部位共鳴。蟬又稱“知了”,它是一種會飛的昆蟲。只要一進入夏季,蟬就會利用它的共鳴器,使鳴叫聲格外響亮。
蟬有雄雌之分,會叫的是雄蟬。雄蟬腹部兩側各有一個大而圓的音蓋,下面生有像鼓一般的聽囊和發音膜,當發音膜內壁肌肉收縮振動時,蟬就發出聲音來。蟬的后部還有氣囊的共鳴器,在發音膜振動時就產生共鳴,使蟬鳴格外響亮。