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1 共鳴效應 -共鳴效應(即共鳴現象)

  共鳴,物理學上也叫共振,是指一個物體振動時,另一個物體也隨之振動的現象。發生共鳴的兩個物體,它們的固有頻率一定相同或成簡單的整數比。


  現在人們公認伽利略發現了擺的等時性原理,那是他在比薩的教堂中觀察吊燈擺動現象時引發的結論。按照等時性原理,如果擺的振幅較小,那麼擺動的周期同擺動的振幅無關。儘管在伽利略之前的好幾個世紀中,等時性早已為阿拉伯人所熟知,但以嚴謹的科學態度去研究這一現象的科學家還是首推伽利略。他指出擺的周期並不取決於擺線上懸挂物的多少,而只取決於擺線長度的平方根。如果不考慮阻力的影響,懸挂在等長線上的一個軟木球或一個鉛球的擺動規律是相同的。如果誰想驗證一下擺動的規律,只需找一個適當的支架、一根線和一個釣魚的鉛墜,頻率增高:拉動擺線活動的一頭,縮短擺長,擺的頻率即隨之增高。


  話題共鳴對於社交來說,就好比物理學上的共振(Resonance)效應。


  

有關共振現象的記載


   中國古人對共振現象發現很早。公元前三四世紀,《莊子·徐無鬼》就記載了調瑟時發生的共振現象:


  「為之調瑟,廢於一堂,廢於一室。鼓宮宮動,鼓角角動,音律同矣。夫改調一弦,於五音無當也,鼓之,二十五弦皆動。」


  引文中的「廢」,是放置的意思。這段話講述了兩種現象,前者是說在彈宮、角等基音時,置於一室的諸瑟相應的弦也發生振動。這是基音與基音之間的共振。後者是說如果調一弦,使它和宮、商、角、徵、羽五聲中任何一聲都不相當,彈動它時,另一個瑟上二十五根弦都動了起來。這是基音與泛音之間的共振。第二種現象一般情況下較難以察覺到,古人能發現這一點,說明他們的觀察是很細緻的。


  古人不但觀察到了共振現象,還試圖對之加以解釋,這方面最具代表性的是西漢董仲舒,他在其《春秋繁露·同類相動篇》說:


  「百物去其所與異,而從其所與同,故氣同則會,聲比則應,其驗皦然也。試調琴瑟而錯之,鼓其宮則他宮應之,鼓其商則他商應之,五聲比而自鳴,非有神,其數然也。」


  董仲舒認為具有相同性質的物體可以相互感應,之所以會鼓宮宮動,鼓商商應,是由於它們聲調一樣,這是必然現象,沒有任何神奇之處。董仲舒能正確認識到這是一種自然現象,打破了籠罩在其上的神秘氣氛,是有貢獻的。


  兩漢以降,人們對共鳴現象有了進一步的認識,其中值得一提的是晉朝的張華,他把共鳴現象範圍推廣到了樂器之外。據傳當時殿前有一大鐘,有一天鐘忽然無故作響,人們十分驚異,去問張華,張華回答說這是蜀郡有銅山崩塌,所以鍾會響。不久,蜀郡上報,果然如此。


  張華把銅山崩與洛鍾應聯繫起來,這未必意味著他從共振的角度出發考慮這件事。用董仲舒「同類相動」學說也能解釋:鍾是銅鑄的,銅山崩、洛鍾應,是由於「同類相動」的緣故。可是,南北朝時宋人劉敬叔著的《異苑》中提及張華的另一件事,卻明明白白是從共鳴角度作解的,事情的原委如下:


  「晉中朝有人蓄銅洗澡盤,晨夕恆鳴如人叩。乃問張華。華曰:『此盤與洛鍾宮商相應,宮中朝暮撞鐘,故聲相應耳。可錯(銼)令輕,則韻乖,鳴自止也。』如其言,后不復鳴。」


  這裡,張華不僅認定這是共鳴現象,找到了共鳴源,而且提出了消除共鳴的方法。我們知道,用銼子銼去銅盆的一部分,就能改變其固有頻率,使它不再和原來的聲音成某種頻率比關係,這就制止了共鳴的發生。可見,張華提出的消除共鳴的辦法是有道理的。


  除了張華,一些有經驗的樂師也掌握了這種消除共鳴的方法。韋絢撰的《劉賓客嘉話錄》就記載了唐朝曹紹夔消除共鳴的故事。曹紹夔開元年間曾任管理朝廷音樂的「太樂令」,他有一個朋友是僧人,該僧房中有一磬,經常不擊自鳴,僧人憂懼成疾。曹紹夔聞知,前去探問,發覺齋鍾叩鳴時磬也嗡嗡作響,於是告訴僧人他有辦法,並要僧人次日設宴款待。次日飯畢,曹「出懷中錯(銼),磬數處而去,其聲遂絕。僧問其所以,紹夔曰:『此磬與鐘律合,故擊彼應此。』僧大喜,其疾便愈。」曹紹夔消除共鳴的方法與張華如出一轍。


  到了宋朝,沈括把古人對共振現象的研究進一步向前做了推進。他用實驗手段探討樂器的共鳴,其《夢溪筆談·補筆談》卷一說:


  「琴瑟弦皆有應聲:宮弦則應少宮,商弦則應少商,其餘皆隔四相應。今曲中有聲者,須依此用之。欲知其應者,先調諸弦令聲和,乃剪紙人加弦上,鼓其應弦,則紙人躍,他弦即不動。聲律高下苟同,雖在他琴鼓之,應弦亦震,此之謂正聲。」


  「正聲」,指合乎聲律中頻率要求的聲,在此指音高相差整八度的音,即基音和泛音。在樂器中,二者也存在共振關係,但不易發現。沈括的實驗,就是為了證明這一關係。為此,他剪了一個小紙人,放在基音弦線上,撥動相應的泛音弦線,紙人就跳動,彈別的弦線,紙人則不動。這樣,他就用實驗方法,把音高相差八度時二弦的諧振現象直觀形象地表現了出來。沈括的這個實驗,比起歐洲類似的紙游碼實驗,要早好幾個世紀。


  沈括之所以能夠成功地完成紙人共振實驗,源於他對樂器共鳴現象的透徹了解。他在其《夢溪筆談》卷六中也談論過樂器的共鳴,說:


  「予友人家有一琵琶,置之虛室,以管色奏雙調,琵琶弦輒有聲應之,奏他調則不應。寶之以為異物,殊不知此乃常理。二十八調但有聲同者即應,若遍二十八調而不應,則是逸調聲也。……逸調至多,偶在二十八調中,人見其應,則以為怪,此常理耳。」


  二十八調,指當時民間燕樂常用的二十八種調式。逸調指在通用調式以外的調式。沈括指出:「二十八調但有聲同者即應。」應的原因在於「聲同」,這是常理。正是由於有了這種認識基礎,他才能夠設計並完成紙人共振演示實驗。


  沈括的實驗對後人頗有影響。明末學者方以智就曾在其《物理小識》卷一中記述並發展了沈括的方法,他說:


  「今和琴瑟者,分門內外,外彈仙翁,則內弦亦動。如定三弦子為梅花調,以小紙每弦貼之,旁吹笛中梅花調一字,此弦之紙亦動。曹師夔(案:即曹紹夔)磬,聲不應鐘,猶之茂先(案:張華)知銅山崩也。聲音之和,足感異類,豈誣也者。」


  這裡已經把共振與否作為「和琴瑟」的一種標誌了。方以智還明確概括道:聲音之和,足感異類,即只要聲音特性一致(頻率相同或成簡單整數比),在不同器物上也能發生共鳴。張華、曹紹夔的實踐已經證明了這一點,方以智則明確指出他們的發現與樂器上的共鳴具有同樣的本質,都是由於「聲音相和」引起的。方以智的這些話,標誌著人們對共鳴現象本質的認識又深入了一步。

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