宋朝科学家沈括是怎么研究声学共振的
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宋朝科学家沈括是怎么研究声学共振的

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公元前3世纪—4世纪的《庄子》一书就记载了调瑟时发生的共振现象。这种基音与泛音共振现象的发现比西方早得多。

《墨子·备穴篇》还记述了共振现象的具体应用：在城墙根下每隔几米
，挖一个坑
，坑内埋置容量为70升—80升的陶瓮
，瓮口蒙上皮革。若有敌人挖地道攻城
，可以根据各陶瓮声响情况
，确定敌人挖掘的位置和方向。

沈括在《梦溪笔谈》中精心设计了一个声学共振实验。

沈括深通乐理懂音乐
，曾经还写过几十首军歌
，更难能可贵的是
，他还善于举一反三
，能够融会贯通
，通过音乐现象和原理启发科学研究。

有一天
，沈括和朋友们聚在一起喝茶聊天。

一位朋友面露神秘得跟大家说：“最近我家里发生了一件怪事
，是这样的
，我家有一张琵琶
，一直放在一间空屋里没人管他。奇怪的是
，有一次
，我用少数民族的管乐器演奏燕乐“双调”的时候
，在无人动琵琶或其他乐器的情况下
，屋子里的琵琶弦自己发出声音应和了
，但是要是演奏其他曲调就不会有这个现象。我试了好几次
，都是如此
，这是不是有什么灵异事件或者我那件空屋子有神秘的妖魔鬼怪啊?”

众人听罢纷纷议论起来
，讨论此人屋子里是否有邪气或者其他问题。

这人越发紧张
，担心家里是不是遭遇了什么邪事。

沈括在旁边一直微笑不语
，有个人对沈括说：你博闻强识
，见多识广
，你来说说怎么回事呗?”沈括听罢面露从容
，他劝这位朋友：“其实这没什么大惊小怪的
，只是极为普通的常理而已。因为不同乐器在二十八调中只要有声音相同
，就可能发生应和的声音。你所说的琵琶自己会跟着燕乐“双调”发声就是这种现象
，这是个非常普通的道理
，跟所谓的神灵或妖魔鬼怪没任何关系
，别自己吓唬自己了。”

其实沈括说的常理
，其实就是弦的共振现象。他接着给这位朋友解释说：弦的共振现象
，是声学最妙处
，因为很多人不知道这个常识
，以致于至今也不能奏出最和谐的天籁来
，遗憾!”这位朋友听了
，大舒一口气
，众人也信服了。

沈括的这番议论
，并非信口开河。

在这个问题上
，他曾做了一个有趣的实验：在同一七弦琴上
，有宫、商、角、徵、羽、少宫、少商七条弦
，少宫、少商各比宫、商高音阶八度音。

他放一个剪好的小纸人放在少宫或少商弦上
，当拨动宫弦或商弦时
，在少宫、少商弦上的纸人就跳动了起来
，但是拨动其它音调不同的弦时
，纸人却一动不动。

沈括又在不同的琴上进行实验
，他把将纸人放置在另一个乐器上
，当两者的发声频率出现相同时
，弹动琴弦时
，放在另一乐器相应声调位置上的纸人
，便跳舞般地摆动着。

通过这个实验
，沈括充分证明了一个道理：当一个发声体发生振动时
，与之频率相同的发声体也会随之振动。沈括称这种现象为“应声”
，现代物理学叫“共振”。

在西方
，共振现象是由伽利略在17世纪首先描述的
，沈括比他早了五六百年
，虽然伽利略在对共振的分析更深入
，但沈括在那么早的时代就对对声学现象作出研究
，已经非常难得了。

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