王锦光洪震寰

共振和共鸣

1906年俄国首都彼得格勒（今列宁格勒现又改为彼得格勒。——编者）有一支全副武装的沙皇军队，步伐整齐，不可一世地通过爱纪毕特大桥。这座大桥十分坚固，纵然跑过千军万马也难以撼动。可是正在指挥官洋洋得意的时候，突然间哗啦一声巨响，大桥崩塌了。顿时间，官兵、辎重、马匹纷纷落水，马嘶人号，狼狈不堪……经过长期追查研究，发现并不是有人故意破坏，肇事的就是受害者自己。伤亡事故的根本原因是“共振”在作怪。

什么叫共振呢？可以打个粗浅的比方来说明：一个人坐在秋千板上不动，另一个人一下一下地推，假设每当秋千荡去的时候就推一下，如此合拍地进行下去，秋千会越荡越高。用严格的物理学语言来说，振动体在周期性变化的外力作用下，当外力的频率与振动体固有频率很接近或相等时，振动的幅度就急剧增大，这种现象叫做共振。上面所提到的那些军人的步伐太整齐了，而其频率恰好接近于爱纪毕特大桥作自由振动的固有频率，激起了桥梁的共振，结果造成了大事故。为了接受这次血的教训，此后世界各地都先后规定，凡大队人马过桥时必须碎步走，极力避免这种破坏性的共振现象重演。

前面已经说过，发声体就是一个振动体。它在空气中造成的声波，也可以使另一个物体发生振动，如这物体的固有频率接近或相等于声波的频率，就发生共振，使这个物体的振动幅度很大，因而也就发出了相当大的声音来。这种发声体的共振，叫做共鸣。

共鸣的应用

战国初期，中华大地战火纷飞。战争中的攻城技术花样不少，地道战术，是很厉害的一着。为了识破敌人挖洞攻城的阴谋，墨家利用声学知识，想出了一个办法。《墨子·备穴篇》中讲到：守军在城内沿城墙根约每隔6米挖一口井，深约3米左右。让陶工烧制坛子，每个容积在78升以上，坛口紧绷薄牛皮，埋入井中，派耳朵灵敏的人日夜值班，将耳朵贴在坛口上侦听。如果敌人正在挖地道进来，通过坛中的声音就能觉察。这种方法不仅能判断敌方是否在挖洞，还能从不同坛口的声音确定声源的方向，即地道的大致方位。这个方法，很有声学根据。因为敌人挖地道的声波经由地下传到坛子，坛子内空气柱发生共鸣，再引起坛口蒙皮的振动，因此声音就大了。并且根据三四个相邻的坛子的声音响度差，还可以断定声源的大致方向。这在原理上很像现代声学上的所谓“双耳效应”。

无独有偶，我国古代行伍里还常以牛皮作箭筒，睡觉时兼做枕头，附地而卧，能听到数里之内人马走动的声音。倘若有敌人前来偷营劫寨，即能预先发觉。这是共鸣在军事上的又一应用。

共鸣在音乐上的应用就更多了。由于古琴发音低微，古代人已经知道利用共鸣作用将它的声音扩大。他们经常在琴室的地面下埋一空瓮，作用相当于现代的共鸣箱。晋代大画家顾恺之的《ㄇ偻肌防锞陀泄裁箱一类设备。到了后来，共鸣箱更有所发展。据明代《长物志》记载，有的古琴家为了增强演奏效果，在琴室的地下埋一只大缸，缸内还挂上一口铜钟。这真是特大号的共鸣箱。我国古代的戏院，往往在舞台下面埋几口大缸，同样是为了使台上演员和乐器发出的声音更加洪亮而圆润，造成“余音绕梁”的效果。

古人可以根据需要，将声音尽量扩大，又会出于某种要求，尽可能减小或消除声音，于是就发明并发展了相应的隔音技术。据说古代私铸钱币的人，为了不让别人发现他们的秘密，最初他们躲在地窖里或地洞里干活，以为这样可以避人耳目。哪知躲过了眼睛，瞒不过耳朵。他们锯、锉、修整钱币外形的杂声传出来，官家侦探照样要找他们的麻烦。于是他们千方百计动脑筋，后来终于发现，若以瓮为井壁，瓮口向里，一个紧挨一个砌在墙内，就能构成一个良好的隔音室，墙外的人再也听不到他们干活的声音。明末物理学家方以智以为这是声音被瓮吸收之故（声音进瓮，经过多次反射，渐渐减弱，以至听不见）。不过，这种隔音术不单是私铸钱币者的独家发明，其他人也曾按同样方法建筑隔音室，“则室中所作之声尽收入瓮，而贴邻不闻”。连贴隔壁的人家也听不到声音外传，可见隔音的效果是相当不错的。

建造隔音室的另一种方法是使用空心砖。我国早在战国时期就有空心砖了，它们是在发掘古墓时被发现的。死者躺在用空心砖砌成的隔音墓穴里，谅必可以真正地“安息”了吧!

声音的反射