我國宋代有位著名的科學家叫沈括,有一天,他到一位朋友家串門,那位朋友拿出一把普普通通的琵琶,說是件奇寶:“這可是件神琵琶,把它放在空空蕩蕩的房間裏,用笛管吹奏曲子,它會跟著發聲呢!”

沈括看了看那奇寶,不以為然地說,這是共鳴現象。後來,沈括又精心設計了一個實驗:他剪了一些小紙人放在琴弦上,每弦一個,然後彈琴,結果是除了被彈奏的弦線振動以外,還有一根與它相應的弦也振動——那弦上的小紙人跳動起來。但是別的紙人卻都靜止不動。

沈括還用兩把琴做了共振實驗,彈這把琴,另一把琴的弦會發生振動,那跳動的小紙人就是“證人”。

我們可以做一個類似的實驗。

找兩隻同樣的玻璃杯,用筷子敲一敲,它們發出的音調一樣。把兩隻杯子放在同一桌上,相距在3厘米以內,在甲杯杯口上放一根細銅絲(可以從多股銅電線裏抽出一股)。用筷子敲乙杯,你會發現甲杯杯口上的銅絲動了。如果不動,可以使兩個杯子再靠近一些。如果還不動,可以在杯子裏放一些水,使兩個杯子的音調相同。

這個實驗必須耐心去做,因為隻有兩個杯子的音調一樣才行。在實驗室裏是用共鳴音叉來做這個實驗的。兩個音叉的固有頻率是相同的,它們分別立在兩隻相同的小木箱上,箱口彼此相對。用橡皮錘敲擊甲音叉,它發出了聲波。用手握住甲音叉,它不發聲了,我們卻聽到了乙音叉在“唱歌”。如果在乙音叉上粘上一張紙,改變了它的固有頻率,“甲唱乙和”的現象就消失了。

這裏邊的道理很簡單:甲振動後發出的聲波,引起了乙的共振。因共振而發聲的現象就叫共鳴。共鳴是一種共振,它的條件是兩件共鳴物體的固有頻率相等。

共鳴的現象早就被古代科學家注意到了。2300多年前的古書《莊子》裏就講到過調瑟時發生共鳴的現象,說在清靜的房間裏調瑟上的do弦,別的do弦也動了;調mi弦,別的mi弦也動,“音律同矣”。

明代的《長物誌》一書記載說,當時有的古琴家在琴室的地下埋一口大缸,缸裏還掛上了一口銅鍾,在缸上彈琴,那琴聲尤其洪亮悅耳。

“缸”琴的秘密也為演戲的人所注意,我國古代劇場的舞台下常常要埋幾口缸。北京故宮暢音閣下,挖有五口井,舞台上發的“暢音”洪亮而圓潤,有餘音繞梁的效果。

找一個空木盒或空紙盒,拿一台袖珍式半導體收音機,把收音機打開,先讓它在地麵上唱歌,再讓它“站”在空盒子上唱歌,你會發現,後者的歌聲常常比前者優美動聽,聲音響亮。

拿滴嗒作響的小鬧鍾也可以做這個實驗。把小鬧鍾放在空紙盒上,它的滴嗒聲就會加強。

這個道理很簡單:小鬧鍾的滴嗒聲引起了盒子裏空氣的振動,使聲音加強了。

缸上彈琴就是利用共鳴來加強演奏效果的,那缸就是一種共鳴器,也可以叫做共鳴箱。

各種樂器都有共鳴器,我們自己動手做的紙盒六弦琴也不例外。那個空紙盒就是共鳴器,皮筋振動後,引起盒內空氣的共鳴,加強了樂器的聲響。

用兩根手指撐開一個皮筋,用另一隻手去彈它。你會感覺剄皮筋在劇烈地振動,但是,它並沒有發出較強的聲音。同樣是這根皮筋,把它套在紙盒上,就成了“紙盒琴”。

拿一把調好弦的胡琴,拉幾下,聽聽有多響。然後把胡琴上的琴碼取下來,換上一支能橫跨琴筒的直木棍。木棍不能壓著琴筒的蒙皮。再拉幾下,那聲音弱多了。如果去摸蒙皮,就會發現,有琴碼時蒙皮振動得很強,用木棍隔開時,蒙皮振動得很弱。

琴弦是琴的發聲體,它們通過彈撥或摩擦而振動發聲。但是弦很細,與周圍空氣的接觸麵積很小,它再強烈地振動,也擾動不了多少空氣,所以它發出的聲音不會很強。把弦的振動通過琴碼傳給蒙皮,再引起腔體裏空氣的振動,情況就不同了。蒙皮與空氣的接觸麵很大,蒙皮一振動能擾動許多空氣,這樣就把聲音“放大”了。琴碼是不可缺少的角色,被人稱為“聲橋”。胡琴下邊的蒙皮和腔體,被人們稱為“共鳴箱”,其實,它的放大作用並不都是依靠共鳴達到的。從物理學角度來分析,隻有當共鳴箱體的同有頻率和弦的頻率合拍時,才能發生共鳴。