共振与共鸣
一九○六年俄国首都彼德格勒（今列宁格勒）有一支全副武装的沙皇军队,步伐整齐,不可一世地通过爱纪毕特大桥.这座大桥十分坚固,纵然跑过千军万马也难以撼动.可是正在指挥官洋洋得意的时候,突然间哗啦一声巨响,大桥崩塌了.顿时间,官兵,辎重、马匹纷纷落水,马嘶人号,狼狈不堪…….经过长期追查研究,发现并不是有人故意破坏,肇事的就是受害者自己.伤亡事故的根本原因是「共振」在作怪.
什么叫共振呢?可以打个粗浅的比方来说明：一个人坐在秋千板上不动,另一个人一下一下地推,假设每当秋千荡去的时候就推一下,如此合拍她进行下去,秋千会越荡越高.用严格的物理学语言来说,振动体在周期性变化的外力作用下,当外力的频率与振动体固有频率很接近或相等时,振动的幅度就急剧增大,这种现象叫做共振.上面所提到的那些军人的步伐太整齐了,而其频率恰好接近于爱纪毕特大桥作自由振动的固有频率,激起了桥梁的共振,结果造成了大事故.为了接受这次血的教训,此后世界各地都先后规定：凡大队人马过桥时必须碎步走,极力避免这种破坏性的共振现象重演.
前面已经说过,发声体就是一个振动体.它在空气中造成的声波,也可以使另一个物体发生振动,如这物体的固有频率接近或相等于声波的频率,就发生共振,使这个物体的振动幅度很大,因而也就发出了相当大的声音来.这种发声体的共振,叫做共鸣.
几则关于共鸣的故事
东汉以后三国纷争年代,有一天,魏都洛阳宫殿前面的一口大钟,突然无缘无故地鸣响起来.满朝文武议论纷纷,有的以为是不祥之兆,也有人乘机献媚,把它说成是祥瑞,替皇帝歌功颂德一番.至于魏帝本人则疑虑重重,他本来就担心司马氏集团有不臣之心,对曹家天下虎视耽耽,觊觎已久.这次大钟不敲自鸣,莫非就是上天给他的某种暗示?总之,造件事闹得他心惊肉跳,简直惶惶不可终日.
事情传到青年张华耳中,只见他思忖片刻,从容说道：「那没有什么值得大惊小怪的地方,不过是因为四川铜山有山崩发生,因而引起宫中大钟相应自鸣罢了.」当时崇尚迷信,张华的科学见解犹如「阳春白雪,和者盖寡.」可是几天以后,四川的消息飞来,正是在洛阳钟自鸣的那个时辰,蜀中发生了一起铜山崩塌事件.张华的预言应验了,从此名声大振,而魏晋也总算吃了一颗定心丸,于心稍安.
又有一天,一个人来向张华请教,说是他家有一个洗澡用的大铜盆,每日早晚总会嗡嗡作响,就像有人在敲打一般,也不知什么缘故.张华答道：这只铜盆和洛阳宫中大钟的音调相谐,宫中每天早晚都要撞钟,所以使铜澡盆有声相应.张华还告诉他只要把铜澡盆锉掉一点,使它变轻了,便不会再作响.那人照着去办,果然就不响了.张华能用共鸣原理去解释它,并提出了消除共鸣的办法,实在是很了不起的.并且启发了后人,唐朝人韦绚写的《刘宾客嘉话录》及添了一段佳话：
唐朝时,洛阳某寺院里一个和尚得到了一个磬,他视为至宝,放在房中.不料那磬常常无故自鸣,尤其是半夜里会突然响动,犹如鬼使神差一般,实在吓人.这个和尚疑神疑鬼,又不敢把它怎么样,唯恐招致更大的祸害；叉忧又急,竟生起病来了.当时管理皇家音乐事项的「大乐令」曹绍夔跟这个和尚颇有交情,听到和尚生病的消息,特地赶来问候.谈起病因,和尚不好意思地说；「实不相瞒……」接着一五一十地把事情的经过都告诉了曹绍夔.曹绍夔听着听着,正好那个时候前殿的斋钟响了,磬也跟着自鸣.此时曹绍夔已心中有数,本当一语道破,但他素来喜欢热闹,爱开玩笑,于是便导演了一出滑稽剧.他故弄玄虚,对和尚说,他有祖传的道法：可以为之驱邪捉鬼.但要有条件,和尚须广延宾客,大摆宴席,他才便于施法.那和尚觉得曹绍夔文质彬彬,怎斗得过魔鬼、但为了活命,还是一口应允下来.次日和尚如约设盛宴招待.曹绍夔不慌不忙地饱餐一顿,又装模作样地从怀里把「法宝」掏了出来.宾客们怕鬼,离得远,看不真切那法宝是啥玩意见.只见曹绍夔拿它在磬上的几个地方磨锉一下,口称「善哉」、「善哉」,说鬼已经被赶跑了.
听说没有了鬼,宾客中胆子大的先跑上来,要见识见识那件法宝.内中有人认出那法宝其实只是一把普通的锉刀,才知道是曹绍夔的恶作剧,存心要耍笑和尚.
从此以后,那磬果然不再自鸣了.和尚问其道理,曹绍夔才和盘托出；此磬和前殿斋钟的音调相同,发生了共鸣；拿锉刀锉了以后,两者不能共鸣,自然磬就不会自鸣了.说穿以后,和尚的病好得很快,不久就痊愈了.其实,如果这位和尚除了念经之外也看看其它书籍,读一读《异苑》,了解张华和铜澡盆的故事,就不至于虚惊一场了.以物理学的观点分析张华和曹绍夔的所作为,他们知道锉了铜盘或罄以后,就改变了它们的固有频率,因此不再和外界某物的声音有某种频率比的关系,失去了共鸣的条件,共鸣也就不复存在.可以说,张华和曹绍夔都应当列入古代声学家行列.
另外,再介绍一个有关共鸣的传奇故事.传说唐朝有个音乐家善于奏琴.有一次,他在池边弹「蕤宾」的调子,弹着弹着,忽然有一块铁片从水底跳跃到水面上来.人们很奇怪,赶忙把它捞起来.粗看一下,不知它是什么东西,敲起来却铮铮作响,竟也发出「蕤宾」的调子.大概它就是神仙用的乐器吧!听到人间的同声呼唤,情不自禁地赶来相会了.这则故事虽然近乎荒诞不经,但细想一下,若不是懂声音共鸣的人,能编得出这段故事来吗?
