格格党

手机浏览器扫描二维码访问

02 声音的本质 The Nature of Sound（第7页）

这被称为共振模式（或简称为共振），共振的主要模式是可以预测的，因为它们只依赖于尺寸。

例如，如果把一根12厘米长的杆子的两端固定，猛击它将产生24厘米波长的声波，以及波长为12厘米、8厘米、6厘米、4厘米的声波，还有所有其他节点间距能达到12厘米[5]的声波，这同样是一组谐波。

一个12厘米长的盒子里的空气或水也会产生上述所有波——在这种情况下，流体的“末端”

靠近盒壁，在那里摩擦力阻止了流体的自由运动。

盒子还会产生与它的高度、宽度和对角线相对应的波族。

共振是室内声学领域的一个主要研究问题，也是大多数乐器的基础。

如果乐器的一端是开放的（比如风琴管），开口的一端就是腹点，其基频的波长会是相同长度的封闭管波长的两倍（实际上波腹在管道的末端之外形成，需要进行末端校正，请参见框7）。

通常，最低共振频率是最强的。

然而，如果给一个乐器提供大量的能量，它可能会产生一个八度共振，甚至更高到两个八度。

例如，如果吹得足够用力（“超吹”

），长笛就可以做到这一点。

共振在我们的生活中随处可见。

当你敲击盘子、杯子或叉子的时候它们会发出声响，只要你别把它们握得太紧，否则声音会被抑制住（音叉在紧紧握住的时候仍然可以产生共鸣，是因为音叉有两个相同的尖头叉子且移动方向相反，这样共鸣就在把手处相互抵消，因而没有在把手那里产生振动）。

利用共振，我们可以检查陶器是否有裂纹。

如果没有裂纹，陶器材料中每一毫米的运动都会紧随相邻毫米的移动，让波通过，就像墨西哥人浪[6]一样，这表明陶器确实是完好无损的。

但是，即使是一个非常细小的裂纹也会将相邻区域分开，此处的拖曵和摩擦也会抑制共振，产生反常的“叮当声”

。

如果一个力以与该物体的共振频率相同的频率作用在物体上，耦合的效应就会非常明显，因此吉他弦会呼应房间另一端的拨弦声发出声音，或者电视机的一些部件伴随着节目声音突然发出恼人的嗡嗡声。

在声学的几个领域中，一个重要的效应是亥姆霍兹谐振（Helmholtzresonance），任何听过吹瓶口时产生的音调的人都很熟悉这种效应。

只要是有开口的空心物体或腔体都可以作为亥姆霍兹谐振器（见框8）。

如果一股气流从开口上吹过，一些空气会进入腔体，增大腔内的压力。

压力又把空气推出去，就像钟摆一样，让这个空气“过度冲出去”

，留下一个轻微的低压环境，这样就会吸入更多的空气，循环往复。

这种有规律的循环包含了共振频率的声波。

如果把这个频率的声波供给谐振器，它就会发出非常强的声音。

绘制声音

驻波是声波的一个小子集，大多数情况下，波中的高压区和低压区在空间中运动（这种波被称为前进波或行波）。

如果你想“看到”

行波，就必须记录气压随时间的变化。

亚历山大·格雷厄姆·贝尔是第一个尝试这种方法的人。

1874年，他设法从一具尸体上弄来一只耳朵，给它涂上油以保持其柔软，并在鼓膜上绑上一根细稻草。

稻草的另一端可以在一块带着煤灰的玻璃上画一条线，这样一来，当有人对着这个耳朵大喊大叫时，玻璃就会随之移动。

这条摇摆不定的线是声波的第一次记录，这个装置被称为人耳记音器。

为了减轻那些需要制作这种装置的人的负担，后来的版本不再使用死人的耳朵，取而代之的是金属振动膜。

然而，记音器对于声波的实际测量并没有什么用处。