生活中的声学

生活中的声学

方正三中 郑晓东

　　一.模仿暖水瓶唱歌

　　当你往暖水瓶里灌开水时，你听到的声音会随着灌水的情况发生变化：开始音调低，慢慢音调就高了，等到快灌满时音调最高。这就是暖水瓶的歌声。

　　暖水瓶唱歌的道理很简单：灌水的时候，瓶里的空气受到振动，发出声音，这部分空气就是声源。开始的时候，里边的空气多，空气柱长，它振动起来比较慢，频率低，发出的音调也就低了。水越灌越多，空气越来越少，空气柱越来越短了。短空气柱和短琴弦一样，是急脾气，振动得快，频率高，音调也就变高了。

　　找一个细口的药瓶做实验更能说明这个原理：

　　往细口药瓶里灌进水，让它将满未满。用嘴向瓶口里吹气，听!是音调比较高的叫声。把水倒出一些，再 吹，那音变低了;再倒出些水，声音更低。如果把水倒光，那瓶子的歌声就非常低沉了。

　　很明显，小药瓶里空气柱的长短决定着它振动的频率。

　　你吹过笛子吗?笛子虽然没有弦，却有一条看不见的空气柱。这条空气柱受到外力吹动的时候，它就会按一定的频率振动而发出声音。改变空气柱的长度就能发出不同的声调。你把嘴唇放在吹口上，用一股又扁又窄的气流去吹动笛子里的气柱，笛子就唱歌了。把笛子的六个孔全堵上，笛子里的空气柱最长，发出最低的一个音。如果你把离吹口最远的一个孔放开，空气柱就减短了一截，笛子的音调就高一些。吹笛子的人不断地堵住或者放开笛子上的气孔，改变里边空气柱的长短，就能演奏出优美的乐曲。

　　笛子的音调不但和气柱的长短有关，而且和演奏者吹气的状况有关。原来一个低音do，指法不变，运用“超吹”的奏法，可以发出高音do。

　　笛子的历史很悠久了。前些年，朝鲜发现了一根四千年前的笛子。那是用一根鸟腿骨做成的竖笛，笛管上有十三个孔，各孔之间相距7-10毫米，呈一条直线，靠两端的孔又稀又小。

　　用竹管做的笛也有很长的历史。唐代大诗人李白的诗中就有“谁家玉笛暗飞声，散入春风满洛城”的佳句。玉笛就是一种竹管乐器。

　　二.留心听一听

　　在空旷的操场上说话，你会觉得声音不响而且单调;在空空的大礼堂里说话，你会听到很响的回声;在教室、在卧室、在厨房、在楼道，你在各种建筑物里说一说，听一听。经过比较你会发现，同是你的说话声，在各种建筑物里听起来却不相同。

　　为什么在空无一人的礼堂里说话，反而觉得听不清呢?这是因为除了从声源发出的声波之外，还有从距离不同的物体反射回来的许多声波，这些回声不能同时到达你的耳朵，这就使你感到声音变了。这种现象叫做混响。混响时间和建筑物的结构有关，是可以控制的。例如，北京首都剧场的混响时间，坐满观众时是1.36秒，空的时候是3.3秒。

　　混响时间太长了会干扰有用的声音，混响时间过短也会 使人觉得声音单调。建筑学家要处理好这些难题，是要花一番心思的。

　　人民大会堂里有个万人礼堂，体积有九万多立方米，表面积有一万多平方米，要求它具备的音响件能是：有合适的混响时间;噪声小于35分贝;开会发言时，每个座位都能听到70分贝清晰的声音;舞台演奏时，每个座位都要听到80分贝丰满的乐曲……怎么办呢?

　　这就要根据声波特性和人对声音的感觉，从建筑设计、建筑材料、建筑构造、扩音设备等方面进行综合研究。专门研究这些问题的科学叫建筑声学。

　　天坛回音壁说明了我国古代建筑声学的卓越成就，人民大会堂则显示了我国五十年代建筑声学的水平。

　　万人会堂的扩音设备，采用了分布放大系统，分别在座位上装了8000只小喇叭，每只喇叭的功率只有0.1瓦，能产生75分贝的声级。由于这么多小喇叭分布在全场，电传输的速度又极快，主席台上讲话的声音一下子就传满了大会堂的各个角落，使听众感到是在直接聆听发言。此外，礼堂还采用了立体声放大系统，舞台上配置14个传声器，文艺演出时观众听到的乐曲更觉真切。大礼堂满座时的混响时间是1.6秒，全空时只有3秒。万人会堂的巧妙声学设计，是在我国著名声学家马大猷教授亲自领导下完成的。