據唐朝韋絢《劉賓客嘉話錄》記載:唐朝開元年間,洛陽古寺裏的一隻磬(一種打擊樂器),常常不敲自鳴。寺裏的老和尚認為是妖魔作祟,又驚又怕,因此臥病不起。老和尚有位朋友名叫曹紹夔,聽說和尚病了前去探視,老和尚便把病的起因如實告訴了他。兩人正在談話,磬又響了起來。曹紹夔也感到十分奇怪。就在這時,他聽到窗外傳來陣陣鍾聲。曹紹夔凝神一想,便明白了一切。於是,他笑著對老和尚說:“明天你請客,我來幫你‘捉妖’。”第二天曹紹夔來後,從懷裏掏出一把銼刀,在磬上銼了幾個口子。從此,磬再也沒有自鳴作響。
聽了上麵的故事後,你一定在想:古寺裏的磬到底為什麼會自己響起來?曹紹夔用銼刀銼磬以後,磬又為什麼不再自鳴作響了呢?
為了回答上述問題,先看一個實驗:取甲、乙、丙三音叉,使甲和乙的頻率一樣,丙和它們的頻率相差甚遠。將甲、乙分別裝到兩個共鳴箱上,敲擊甲,乙自鳴,或敲擊乙,甲自鳴。若取甲、丙或乙、丙做上述實驗則無自鳴發生。我們以前說過,各種聲音都是由物體振動產生的。物體振動的快慢和振動的幅度不同,它所發出的聲音就不同。物體振動得快,發出的聲音的音調就高,振動慢,音調就低。物體振動的幅度大,發出的聲音就響,反之聲音就弱。物體在每秒鍾內振動的次數叫做頻率。一個物體的振動頻率是由它自身的條件(像材料性質、密度分布、結構和形狀等)決定的,因此通常又把它叫做物體的固有頻率。物體的固有頻率在每秒鍾20~20000次之間時,它所發出的聲音就能被人耳聽到。
使物體發聲最常見的方法,就是直接用外力激發物體。我們平日敲鑼、打鼓、擊鍾、彈琴等發出的聲音,就是采用的這種方法。但是,也可以采用另外的方法使物體發聲。人們常會看到,當遠處放炮或飛機掠空而過時,門窗會格格作響。原來這是炮彈爆炸或飛機飛行發出的聲振動,通過空氣或地麵傳遞到門窗上,迫使門窗振動發聲的結果。這是一種間接激發物體使其振動發聲的方法。人們通過研究發現,當一個物體的聲振動通過中間物質間接傳遞給另一個物體時,若前者的振動頻率與後者的固有頻率相差甚遠,則後者發出的聲音很輕微,甚至聽不見。反之,若兩者的頻率恰好相同或相近時,後者就會引起大幅度的振動,從而發出顯著的聲響來。這種現象叫做聲音的共振,或者叫做共鳴。
通過以上的分析,我們自然就很清楚,上麵故事裏的磬的自鳴,是一種共鳴現象。它是由於寺院裏的鍾聲的振動頻率,恰好與磬的固有頻率相同或相近造成的。當曹紹夔用銼刀在磬上銼幾個口子後,改變了磬的固有頻率,兩者不再共鳴,自然磬也就不再自鳴作響了。
共振應用很廣泛,橋梁等建築物的設計應避免共振造成破壞。地震儀探測地震和一些樂器的製造是利用共振。
知識點
磬
磬是古代石製的一種打擊樂器,為“八音”中的“石”音。甲古文中磬字左半像懸石,右半像手執槌敲擊。磬起源於某種片狀石製勞動工具,其形在後來有多種變化,質地也從原始的石製進一步有了玉製、銅製的磬。磬最早用於先民的樂舞活動,後來用於曆代帝王、上層統治者的殿堂宴享、宗廟祭祀、朝聘禮儀活動中的樂隊演奏,成為象征其身份地位的“禮器”。唐宋以後新樂興起,磬僅用於祭祀儀式的雅樂樂隊。
延伸閱讀
奇妙的自鳴鍾
三國時期,魏國宮殿門前的一口大鍾,有一次竟無緣無故地響了起來,嚇得滿朝文武惶惶不可終日。魏王忙派人前去請教博學多聞的才子張華,張華聽後分析說:“聽說四川最近發生了地震,一定是那裏的銅山崩塌產生的巨大聲響,同殿前的大鍾‘鳴應’(共鳴),從而使大鍾不敲自鳴了。”不久從四川傳來的消息,同張華說得一樣。這是我國關於自鳴鍾的最早記載。
有趣的是,在自然界還存在著天然的“自鳴鍾”。據古書《水經注》記載,在江西鄱陽湖入口處有一座石鍾山,山上的“石鍾”能自動發出鍾一樣的聲響。宋代學者蘇軾曾親赴當地考察,發現所謂“石鍾”,實際上是湖邊峭壁上的石洞。由於風浪與石洞相互作用,引起洞腔的共鳴,因此它就發出鍾鳴的聲音。