共振現(xiàn)象描述

當(dāng)一個(gè)物體發(fā)聲振動(dòng)時(shí)另一個(gè)物體也隨之振動(dòng)，這種現(xiàn)象稱為共振。凡是共振的兩個(gè)物體，它們的固有頻率或者相同，或者成簡(jiǎn)單的整數(shù)比，如1/1，1/2，2/3。在古代典籍中有大量的關(guān)于共振現(xiàn)象的記述，并把這種現(xiàn)象解釋為“同聲相應(yīng)”（《易·乾》）或“聲比則應(yīng)”（《呂氏春秋·恃君覽·召類》）。這個(gè)解釋與現(xiàn)代的科學(xué)定義幾乎完全相同。公元前4到3世紀(jì)，《莊子》一書最早記下了瑟的各弦間發(fā)生的共振現(xiàn)象：為之調(diào)瑟，廢（放置之意）于一堂，廢于一室。鼓宮宮動(dòng)，鼓角角動(dòng)。音律同矣。夫改調(diào)一弦，于五音無當(dāng)也，鼓之，二十五弦皆動(dòng)。（《莊子·雜篇·徐無鬼》）這里描述的瑟有25根弦。宮、商、角、徵〔古音zhi止〕，羽是古代人使用的音階階名，相當(dāng)于現(xiàn)在的do、re、mi、sol、la。當(dāng)在高堂明室中放上一具瑟，進(jìn)行調(diào)音時(shí)，人們發(fā)現(xiàn)，彈動(dòng)某一弦的宮音，別的宮音弦也動(dòng)；彈動(dòng)某一弦的角音，別的角音弦也動(dòng)。這是因?yàn)樗鼈兊囊粝嗤木壒省Ｈ绻恼{(diào)一弦，使它發(fā)出的音和五音中的任何一聲都不相當(dāng)；再?gòu)椷@根弦時(shí)，瑟上二十五弦都會(huì)動(dòng)。我們知道，這條弦雖然彈不出一個(gè)準(zhǔn)確的樂音，但它的許許多多的泛音中總有那么幾個(gè)音和瑟的二十五弦的音相當(dāng)或成簡(jiǎn)單比例。這就是它會(huì)與瑟的二十五弦都共振的道理?！肚f子》的這段文字肯定是調(diào)瑟實(shí)驗(yàn)的忠實(shí)記錄。它不僅指出基音的共振現(xiàn)象，而且發(fā)現(xiàn)了基音和泛音的共振現(xiàn)象。這后一個(gè)發(fā)現(xiàn)在聲學(xué)史上是了不起的成就。宋代的沈括曾作演示共振的實(shí)驗(yàn)：先將琴或瑟的各弦按平常演奏需要調(diào)好，然后剪一些小小的紙人夾在各弦上。當(dāng)你彈動(dòng)不夾紙人的某一弦線時(shí)，凡是與它共振的弦線，其紙人就發(fā)生跳躍顫動(dòng)（《夢(mèng)溪筆談·補(bǔ)筆談·樂律》）。這個(gè)實(shí)驗(yàn)比西方同類實(shí)驗(yàn)要早幾個(gè)世紀(jì)。如果說發(fā)現(xiàn)共振現(xiàn)象只是觀察認(rèn)真的證明，那么，發(fā)現(xiàn)消除共振的方法無疑是科學(xué)才智的偉大體現(xiàn)。據(jù)史籍記載，晉代張華（公元232—300年）對(duì)共振現(xiàn)象作出了正確的解釋，并提出了消除共振的方法：晉中朝有人蓄銅澡盤，晨夕恒鳴如人叩。乃問張華，華曰：“此盤與洛陽(yáng)鐘宮商相諧，宮中朝暮撞鐘，故聲相應(yīng)?？慑e(cuò)令輕，則韻乖，鳴自止也。”如其言，后不復(fù)鳴。（《異苑》卷2）銅澡盤，即銅盤，類似古代敲擊樂器方響。西晉國(guó)都在洛陽(yáng)。原來，朝廷內(nèi)的鐘聲與這個(gè)銅盤的音高一致。因此，每夕敲鐘，銅盤即共振發(fā)響。張華提出，用銼刀在銅盤周圍稍微銼一點(diǎn)，就不會(huì)發(fā)生共振了。銅盤的主人照此去做，果然銅盤不再鳴響。還有一個(gè)有趣的故事：唐朝時(shí)期，洛陽(yáng)某寺內(nèi)一僧人房中掛著一種樂器——磬，它經(jīng)常自鳴作響。該僧人因此驚恐成疾，求醫(yī)無治。他有一個(gè)朋友叫曹紹夔〔kui葵〕，是朝中管音樂的官員，聞?dòng)嵈耸?，特去看望僧人。這時(shí)正好聽見寺內(nèi)敲鐘聲，磬也作響。于是曹紹夔說：你明天設(shè)盛宴招待，我將為你除去心疾。第二天酒足飯飽之后，只見曹紹夔掏出懷中鐵銼，在磬上銼磨數(shù)處，磬再也不作響了。僧人甚覺奇怪，問他所以然。曹說：“此磬與鐘律合，故擊彼應(yīng)此。”僧大喜，其病也隨之痊愈。（《劉賓客嘉話錄》）無論是銅盤還是石質(zhì)的磬，只要稍稍銼去一點(diǎn)點(diǎn)，就改變了它們的固有頻率。因此，它們就不再和鐘聲共振鳴響。這些故事，表明古代中國(guó)人具有豐富的聲學(xué)知識(shí)。

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