被磬聲嚇病的和尚
在距今一千二百多年前,我國唐朝時的書籍《劉賓客嘉話錄》中記載了這樣一個有趣的故事:洛陽有一個和尚,他的住房裏掛著一個磬(一種打擊樂器),這個磬經常自鳴發聲,和尚以為有妖魔鬼怪作崇,被嚇得生了病,念經驅邪也沒有效果。這個和尚有一個朋友,名叫曹紹夔,聽說了這件事以後,特地去看望和尚。當和尚正在詳細講述所發生的情況時,正好寺院裏在敲鍾,就在這時掛在房中的磬又自動響起來了,曹紹夔笑著說:“明天你請我吃飯,我就為你除掉這種怪異現象。”和尚欣然允諾。第二天,曹紹夔在和尚房中吃過飯以後,從懷中掏出了一把鋼銼,在磬體銼磨了幾處,從此以後這個磬就再也不發生自鳴現象了。以後,和尚問曹紹夔磬發生自鳴現象的原因是什麼?曹紹夔講述了其中的道理:“此磬與鍾律合,故擊彼而應此。”若用物理學的知識對這句話進行解釋,那就是說:“這個磬與寺院裏的鍾的固有頻率相同,所以每當敲鍾的時候都會引起磬發生共鳴。”那麼,為什麼曹紹夔把磬銼磨幾處後就不再發生共鳴現象呢?這是因為:物體發聲的固有頻率是由物體的形狀、尺寸、質量的分布等因素決定的,當用銼在磬上銼磨幾處以後,就改變了磬的形狀、尺寸和質量的分布,因而也就改變了磬的固有頻率,使它與鍾的固有頻率不同了,所以也就不能再發生共嗚現象了。“共鳴”的知識,對於現代受過中等教育的人來說已經沒有什麼了不起了,但是對於生活在一千二百多年前的古代文人來說卻是很難得的,曹紹夔不但能解釋共鳴現象,而且還能排除共鳴現象,真不愧是我國古代的聲學專家!
曹紹夔,是唐朝開元年間(公元八世紀初)人,精通樂律,曾任管理皇家音樂事項的“太樂令”。據說,有一年朝廷舉行祭祀,擔任監享的禦史和他的關係不好,打算以音調不和為理由來陷害他,故意“雜扣鍾磬”,讓他“暗記名目”,結果他所記的毫無錯誤,使得那個想要陷害他的禦史未能得逞。在我國古代精通樂律的音樂家不少,但是並不都懂得聲學原理,像曹紹夔這樣的音樂家兼聲學家還是為數不多的。
在我國古代,描寫聲音的共鳴現象的記載還有不少,其中最早的是在公元前三、四世紀的《莊子·雜篇·徐無鬼》中,講到了調瑟時發生的共鳴現象:“為之調瑟,廢於一堂,廢於一室,鼓宮宮動,鼓角角動,音律同矣。……”(注:“瑟”是古代的一種樂器;“廢”在此相當於“置”字;“宮”和“角”都是音調的名稱;“音律”在這裏指“頻率”。)到了北宋時期,著名的科學家沈括在他的《夢溪筆談》(發表於1086年)中,對於聲學方麵有著更多精辟的見解,其中涉及共鳴的有數則,現錄其中之一則並加注解如下:“餘友人家有一琵琶,置之虛室(空屋),以管色(管類樂器名)奏雙調,琵琶弦輒有聲應之,奏他調則不應,寶之以為異物(當作奇特的東西而珍愛它)。殊不知此乃常理。二十八調但有聲同者即應(發生共鳴);若偏二十八調而不應,則是逸調聲(指二十八調以外的音)也。”
此外,我們的祖先還利用共鳴現象進行城防時的軍事偵察,在戰國時代的《墨子·備穴篇》中曾有這樣的敘述(為節省篇幅不再錄原文隻說明大意):在城牆根下每隔幾尺挖一深坑,坑裏埋置一個容量七、八十升的陶甕,甕口蒙上皮革——這就成為一個地下“共鳴箱”,讓聽覺敏銳的人在甕旁監聽,遇有敵人挖地道攻城的響聲就可發覺,並且根據各個坑裏的陶甕的響度的差異,可以確定來敵的方向和位置。北宋的沈括還記載了一種行軍宿營時非常方便的監聽方法——用牛皮箭套作臥枕,幾裏之外處傳來的敵軍人馬聲都可以被發覺。
我國古代還有一些根據聲學原理修造的建築物,其中最有名的是建於十五世紀初期的北京天壇內的三個建築物——回音壁、三音石和圜丘。它們的原理涉及了聲音的反射、回聲、疊加等知識,我們就不在這裏詳敘了,當你有機會到北京的天壇遊覽時,除了觀賞祈年殿、皇穹宇等世界聞名的偉大建築外,也不可忽略了上述的具有聲學特性的建築物,在那裏不但可看到有關原理的說明,還可以親身作一些有趣的聲學實驗哪。