奇妙的共鸣

（一）沈括谈共鸣

声音的共鸣，，就是声学中的共振现象。早在我国北宋时代，就被著名的科学家沈括（1031～1095）所认识。在他的名著《梦溪笔谈》里有这样的记载：“予友人家里有一琵琶，置之虚室，以管色奏双调，琵琶弦辄有声应之，奏他调则不应，宝之以为异物，殊不知此乃常理。”大意是这样的，朋友家有一只琵琶，放在空屋里，当用管乐器演奏某种曲调时，琵琶弦就有声与之相呼应，奏其他曲调则无声呼应。不明事理的人还把它视为珍宝呢。其实这是当外来声音的频率和琵琶弦的固有频率相同时，便引起琵琶弦共振的缘故。看来这是一般道理，不足为奇。

沈括重其言，更重其行。他做了使弦共鸣的实验，写道：“先调诸弦会声和，乃剪纸人加弦上，鼓其应弦，则纸人跃，他弦即不动。”意思是先调好琵琶上的诸弦使其能演奏，再把纸人粘在诸弦上，拨动其中一弦，则和这根弦的固有频率相同的那根弦上的纸人便会跳动（发生共振），其他弦上的纸人则不动。这个实验生动地验证了弦的共鸣现象。欧洲有人在文艺复兴时期也做了类似的实验，但却比沈括晚了四百年。

（二）共鸣箱的作用

利用声音共鸣的乐器，如二胡、板胡、各种提琴、马头琴等弦乐器械，它们都带有一个“空箱子”，叫做共鸣箱。演奏时，弦振动引起箱里空气柱发生共鸣，致使乐器的声音格外响亮、悦耳。

为了改进声学效果，剧场里也常常利用共鸣。例如北京故宫畅音阁的舞台下面挖了五口旱井，它们在起共鸣箱的作用。有的在舞台下面埋入几只空缸，或者在缸里还挂上铜钟，这些都是为产生共鸣和加强音响效果的。

（三）贝壳发出的波涛声

当你漫步海滩时，可不时地捡到一些美丽的贝壳。在欣赏之余，若偶尔把一枚贝壳放在耳边，便会听到海洋的波涛声，岂不怪哉！其实奥妙在于周围环境的声响（包括微风、浪涛声等）中的某些频率能激起贝壳内的空气柱共振。如同琴弦的振动能激起琴壳内部空气柱的共振一样。连续发生的共振会使听者产生一种类似海洋波涛声的幻觉。

（四）鼻腔和口腔对共振的作用

男人和女人说话的声音是不同的，同一个人的童年和成年的音调也各有异。这是因为嗓音的音调是由声带的长度、厚度和张力决定的。声带振动时使气压发生变化，从而激励口腔和鼻腔发出共振的谐音。男人有较长和较厚的声带，因而产生低频振动，嗓音低沉而浑厚。女人的嗓音则高亢而响亮。随着年龄不同，声带的长短和厚度也要发生变化，致使嗓音发生变化。歌唱家何以能唱出包含各种频率的甜美的歌声呢？这是由于声音的频率既与气流冲激声带产生的振动有关，又与口腔和鼻腔的共振频率有关。歌唱家善于控制和变换自己的口腔和鼻腔的形状与大小，因此能唱出婉转悦耳的歌声。

声音的共鸣还能产生神奇般的力量，当歌唱演员放声唱到某一高音频率并持续数秒钟之后，可把玻璃杯震碎。这是由于使玻璃杯产生了共振，并达到了使它产生破裂的程度。

（五）沙丘的共鸣

世界上的许多地区有会发声的沙子。当你漫步在海滩或在沙漠上行走时，会听到各种不同的奇特的声响。有的“轰鸣”，有的“鸣唱”，有的“低吟”，有的“厉叫”。如英国的一些海滩，沙子被踩时会发出哨声，还有些地区的海滩则发出击鼓声。这是沙子被踩时，在切应力的作用下发生受迫振动，由于种种条件的影响，振动的频率不同，便形成各种不同的声音。

在沙漠里旅行时，偶尔会听到沙丘发出震耳的轰隆声。当你爬上沙丘或是从沙丘上滑下时，可以听到清脆悦耳的声响，宛如歌声。这是因为沙丘表面的沙粒在倾泻流动时，当沙层间由于摩擦而产生振动的频率同沙丘本身的固有频率相同时便引起沙丘的共鸣，这种现象叫做“鸣沙”。美国的长岛及夏威夷沙漠，在亚洲，中东及非洲的几处沙漠都有类似的现象，我国宁夏黄河边的“鸣沙洲’便是一例。据研究，发出这些声音的沙粒是大小近于相同的球状沙粒。

（六）水龙头的啸叫声

在打开或关闭自来水龙头时，有时会听到哼哼和隆隆的怪叫声，当完全打开或完全关闭龙头后就自动不叫了。这是由于水通过管子的狭窄处时流速增加，有可能发生湍流而出现成穴现象（即产生大量气泡），空气泡的振动跟水管本身和跟水管相连的周围的物体（如墙壁、地板、天花板等）发生了共鸣。因此这种喧闹声不是自始至终地发生于整个开关过程，也只有在一定流速的水经过水龙头的狭窄处时才能发生。值得注意的是在夜深人静时开关水龙头要特别小心，一旦出现这种令人生厌的噪音会弄得四邻不安。如果在水管上加一根防气阀的竖直管子，利用它把产生的气泡及时放掉，便可使水管安静下来。