武帥兵

親愛的讀者，你們一定在武俠小說或者電視劇里看到過少林七十二絕學(xué)之一的“獅吼功”吧？！那么在現(xiàn)實生活中是否真有人能夠練成此“絕世武功”呢？就在2015年，《最強大腦》播出過一期節(jié)目，節(jié)目中有一名挑戰(zhàn)者利用吼聲把玻璃杯震碎了。這名挑戰(zhàn)者為什么能夠把玻璃杯吼碎呢？今天，我們就從聲學(xué)的角度來聊一聊這一少林絕學(xué)——獅吼功。

聲音從何而來

人類生活的環(huán)境中充滿了各種各樣的聲音。那么聲音是怎么產(chǎn)生的呢？通過物理課本，我們知道聲音是由物體的振動而產(chǎn)生的。無論是人類的講話聲，還是寵物的叫聲，抑或是馬路上汽車的鳴笛聲，無一例外都是通過振動產(chǎn)生的，所不同的是振動的聲源不一樣。

我們來看看人類的聲音是怎么發(fā)出的。如下方發(fā)音器官示意圖所示，我們講話之前，肺部擴張，通過呼吸道吸入空氣，然后肺部收縮將氣流壓出，我們想要講話時會控制聲帶振動，聲帶的振動壓迫流經(jīng)的氣流產(chǎn)生振動，振動的氣流最后經(jīng)過口腔的調(diào)節(jié)發(fā)出了聲音。

聲音是通過介質(zhì)的振動來進行傳播的。試想在平靜的湖面丟下一粒石子，石子將激起周圍水的振動，而已經(jīng)振動的水波又將引起外圍水面的振動，波紋得以繼續(xù)向外擴展。而聲音的傳播亦是如此，當聲音從我們的口腔發(fā)出之后，會造成口腔周圍空氣的振動，而這種振動將會通過空氣這一介質(zhì)繼續(xù)向外擴展傳播。

神奇的共振

既然聲音是由于聲帶的振動而產(chǎn)生的，那么我們就可以利用振動的頻率和振幅這兩個概念來研究聲音。振動頻率也就是振動的快慢，而振幅是指振動的大小。聲音的頻率越快，音調(diào)就越高，也就是我們平常所說的聲音越尖；聲音的振幅越大，音量就越高，也就是我們平常所說的聲音越大。

另外，一個物體有它本身的固有頻率。固有頻率是指物體做自由振動時的頻率。固有頻率的大小與其自身的質(zhì)量、形狀、材質(zhì)等屬性有關(guān)。

聲音的振動會產(chǎn)生神奇的共振現(xiàn)象。就像下面這樣一個音叉共振實驗：當實驗者敲擊左邊的音叉時，右邊中間音叉旁邊的小球?qū)粡椘?。這是因為左邊音叉的振動引起了其周圍空氣的振動，而空氣的振動像水波一樣向四周傳播時，遇到了右邊的音叉，所以右邊的音叉也開始振動起來。

但是為什么只有中間音叉振動將旁邊的小球彈起呢？這是因為中間的音叉與左邊的聲源音叉長短一樣，所以其固有頻率也一樣?？諝獍颜駝右恢眰鬟f給音叉時，由于其固有頻率與聲源頻率一致，所以中間音叉的振動幅值會慢慢將空氣的振動幅值疊加起來而變得更大。當右邊音叉的振動幅度大到一定程度時，就會將小球彈起。而另外兩個一長一短的音叉因與聲源的頻率不一樣，所以其振動幅度得不到有效的疊加而產(chǎn)生無規(guī)則的振動，這也導(dǎo)致了其振幅非常微小。我們稱這種一個物體因另一個物體的振動而引起的振幅更大的振動現(xiàn)象為共振。在聲學(xué)中這種現(xiàn)象也被稱為共鳴，因為振動的物體是會發(fā)出聲音的！

“獅吼功”的秘密

讀到這里，聰明的你們一定想到了本文開頭所講的“獅吼功”是怎么一回事了吧！

挑戰(zhàn)者利用其強大的肺活量發(fā)出長時間的氣流，這種氣流通過聲帶的振動而變成振動的氣流，振動的氣流經(jīng)過口腔調(diào)節(jié)之后引起了口腔周圍空氣的振動。這種振動在空氣中向外傳播，當玻璃杯感受到振動的空氣時就開始振動起來。剛開始時，這種振動的幅度比較小，但是隨著時間的增加，源源不斷的、具有特定振動頻率的氣流將會把自身攜帶的振動幅度疊加到玻璃杯振動的幅值上，這就導(dǎo)致了玻璃杯振動的幅度會越來越大，最終導(dǎo)致玻璃杯破碎一幕的發(fā)生！是的，你沒有猜錯，正是因為玻璃杯與挑戰(zhàn)者的吼聲發(fā)生了共振現(xiàn)象才導(dǎo)致了玻璃杯的破碎。

這時候，你們是不是已經(jīng)躍躍欲試，準備把眼前的玻璃杯吼碎呢？前文的分析告訴我們，首先我們要能發(fā)出與玻璃杯固有頻率大小一樣的聲音，其次我們要有強大的肺活量來提供源源不斷的振動氣流對共振物體進行幅度疊加。當然，因為我們不可能發(fā)出無限長的聲音，所以在有限的時間內(nèi)想把振動的幅度達到玻璃杯破碎的程度就需要吼聲的響度一定要大！這樣才有可能練成“獅吼功”來吼碎玻璃！