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第61章 由钟响磬鸣说共鸣

据唐朝韦绚《刘宾客嘉话录》记载:唐朝开元年间,洛阳古寺里的一只磬(一种打击乐器),常常不敲自鸣。寺里的老和尚认为是妖魔作祟,又惊又怕,因此卧病不起。老和尚有位朋友名叫曹绍夔,听说和尚病了前去探视,老和尚便把病的起因如实告诉了他。两人正在谈话,磬又响了起来。曹绍夔也感到十分奇怪。就在这时,他听到窗外传来阵阵钟声。曹绍夔凝神一想,便明白了一切。于是,他笑着对老和尚说:“明天你请客,我来帮你‘捉妖’。”第二天曹绍夔来后,从怀里掏出一把锉刀,在磬上锉了几个口子。从此,磬再也没有自鸣作响。

听了上面的故事后,你一定在想:古寺里的磬到底为什么会自己响起来?曹绍夔用锉刀锉磬以后,磬又为什么不再自鸣作响呢?

为了回答上述问题,先看一个实验:取甲、乙、丙三音叉,使甲和乙的频率一样,丙和它们的频率相差甚远。将甲、乙分别装到两个共鸣箱上,敲击甲,乙自鸣,或敲击乙,甲自鸣。若取甲、丙或乙、丙作上述实验则无自鸣发生。我们以前说过,各种声音都是由物体振动产生的。物体振动的快慢和振动的幅度不同,它所发出的声音就不同。物体振动得快,发出的声音的音调就高,振动慢,音调就低。物体振动的幅度大,发出的声音就响,反之声音就弱。物体在每秒钟内振动的次数叫做频率。一个物体的振动频率是由它自身的条件(像材料性质、密度分布、结构和形状等)决定的,因此通常又把它叫做物体的固有频率。物体的固有频率在每秒钟16~20000次之间时,它所发出的声音就能被人耳听到。

使物体发声最常见的方法,就是直接用外力激发物体。我们平日敲锣、打鼓、击钟、弹琴等发出的声音,就是采用的这种方法。但是,也可以采用另外的方法使物体发声。人们常会看到,当远处放炮或飞机掠空而过时,门窗会格格作响。原来这是炮弹爆炸或飞机飞行发出的声振动,通过空气或地面传递到门窗上,迫使门窗振动发声的结果。这是一种间接激发物体使其振动发声的方法。人们通过研究发现,当一个物体的声振动通过中间物质间接传递给另一个物体时,若前者的振动频率与后者的固有频率相差甚远,则后者发出的声音很轻微,甚至听不见。反之,若两者的频率恰好相同或相近时,后者就会引起大幅度的振动,从而发出显著的声响来。这种现象叫做声音的共振,或者叫做共鸣。

通过以上的分析,我们自然就很清楚,上面故事里的磬的自鸣,是一种共鸣现象。它是由于寺院里的钟声的振动频率,恰好与磬的固有频率相同或相近造成的。当曹绍夔用锉刀在磬上锉几个口子后,改变了磬的固有频率,两者不再共鸣,自然磬也就不再自鸣作响了。

共振应用很广泛,桥梁等建筑物的设计应避免共振造成破坏。地震仪探测地震和一些乐器的制造也是利用共振。

世界上最早的共鸣实验

春秋时期有一个叫鲁遽的人,是位琴师。有一次,他在众人面前做了一次有趣的“调瑟(瑟,是一种25弦古乐器)”表演。他把一个已定好弦的瑟,放在一间清静的屋里,自己在另一间相邻又相通的屋里调另一个瑟的弦。当他调出“1”(多)音时,另一个瑟所有的“1”弦都动起来,发出“1”音;调出了“3”(米)音时,另一个瑟的“3”弦都动起来发出“3”音;如果调出的音和另一个瑟的任一弦音都不相合时,另一瑟的25根弦全动起来。在场的人看后无不感到惊讶。

载于《庄子》的这个故事,是我国最早的关于共鸣现象的记述,同时故事中的鲁遽也可以说是世界上第一个做共鸣实验的人。