空氣中的高頻噪音 戴榕菁 今年進入八月後，我對面的一家的空調突然出現了一種過去從未有過的頻率較高的噪音，因為它直接打到我的屋子，儘管不是那種特別高的頻率也讓我感到比較刺耳。但我也不好意思專門走到人家的空調機旁邊去探個究竟。進入九月後，那家不怎麼開空調了，那個噪音也跟着消失了。可幾天后，在我隔壁樓下傳來的同樣的高頻噪音，因為離我更近，所以顯得更響亮。但這次距離的拉近反而使得我不像當初判斷對面的空調機那樣一下子就確定了噪音的來源，因為這個噪音好像是來自空氣中，沒有特別的噪音源。 有一天，當附近只有隔壁一台空調機在運轉的時候，我走近那台空調機進行近距離考察。這時我才發現了其中的一個我之前從未了解到的奧秘：這個高頻噪音不是直接從那台空調機發出的，而是在空調機周圍的空氣中產生的。 那台空調機運轉所直接產生的聲音聽上去就和普通的比較粗劣的空調機產生的噪音一樣，沒什麼特別的，不是那種比較刺耳較高頻的噪音，但是很顯然那種聽上去有些刺耳的較高頻噪音就來自它周圍的空氣中，而當時附近唯一的顯性的噪音源就是那台還在運轉的空調機。。。。這下我反應過來了：原來是那台空調機產生的看似正常的噪音與周圍的環境產生了共鳴，所以在空氣中產生了那個高頻噪音。。。。由於該高頻噪音的頻率與空調機運轉時直接發出的噪音明顯不同，因而明顯不是直接來自空調機的，所以一上來給我一種是由空氣中產生的噪音的感覺。。。。 我在這裡已經住了十多年，以前在遠處的某工業區會傳來類似的噪音。近年來，那個噪音沒有了；而在我住的地方，在今年八月以前我並沒有發現過有這樣的噪音，進入八月之後，先後有兩家的空調機出現了這樣的噪音。這種較高頻噪音並不是一直都有，這兩天那台空調機還在工作，但是那個較高頻噪音卻沒有了。。。。可見，它可能與空調機的轉速以及空氣的物理參數有關。 發現了這種與發音源剝離的好似來自空氣中的高頻噪音使我聯想到樂器的共鳴。因為我本人對樂器一竅不通，所以上網查了一下。查找過程中我又遇到了經常讓我有所感慨的中文網站的科普內容與英文網站相比的一大缺陷。下面的參考文獻【[1]】是中文網站的內容，參考文獻【[2],[3]】是英文網站的內容。相信讀者稍一對比就能發現兩者之間的差別：中文網站只是籠統地告訴你樂器和人體的共鳴腔會導致共鳴的發生。我相信這樣的知識確實已經足以幫助樂器師或把玩樂器的人來理解樂器發音的原理了，但是對於我上面遇到的狀況來說，那樣籠統的解釋顯然是不夠的！而英文網站則明確告訴你共鳴腔使得空氣產生共鳴。。。。這一點很重要，因為我前面提到了，那種好似來自空氣的較高頻噪音與空調機直接發出的聲音完全不同，以致於你站在空調機跟前可以聽到兩種不同頻率而且不同來源的噪音，其中一種明顯來自那個空調機，另一種則不是來自空調機而是來自空氣中！ 上述這樣的區別在中英網站的科普內容的對比上是一種普遍的存在。而這種對比在一定程度上也反映了歷史上（不知現實如何）中國人在技術上可以很強而在科學不夠很強的一種狀況：上面提到的中文網站的內容對於專業人員處理相關的技術問題足夠了，但對於幫助理解仍然未知的自然現象是不夠的。。。。稍微跑題了，只不過我個人認為中英文科普網站的這種對比有着比較深刻的現實意義，所以就順便多說了幾句。 回到共鳴的問題。幾乎所有的樂器，不論是弦樂器還是管樂器的發音都與共鳴腔的作用有關。儘管我不懂樂器，但是這次的調研讓我感到樂器中的弦樂器與管樂器的發音原理看來是有區別的：弦樂器的發音應該是琴弦本身的振動頻率或振動頻率的合成，它們所帶有的共鳴腔應該起放大或潤色等輔助作用的，而管樂器的發音應該是空氣的共鳴產生的頻率。我們能夠明確聽出一支笛子的聲音來自那支笛子而不是象我樓下的空調機造成的較高頻噪音那樣好像是來自空氣中，那是因為笛子造成的空氣共鳴發生在笛子內部而不是笛子周圍的空氣中！ 這又讓我聯想起固體的共振以及固體和流體相互作用共振的問題。有關固體的共振的知識是這樣的：固體有一個自身的所謂共振頻率，當外加的頻率與這個頻率相同時，固體在外加頻率的作用下發生的振動會達到極大。三十多年前，我在力學所應用數學組工作時，李家春院士（當時他還不是院士，我剛去的時候，他只是我們小組的組長，我走的時候，他已經榮升室主任）給我布置了這樣一個課題：研究中國古代的一種據說是皇帝把玩的可以洗臉的盆，盆的邊緣有兩個扶手，一個人用雙手一撮那兩個扶手，盆里的水就會噴起來。李院士讓我研究那種盆的工作原理，給出一個解析解。當初李院士的設想是當扶手的表面與人手的摩擦產生的頻率是水的一個特徵頻率時，水就會噴出來。只不過這裡涉及到手與扶手的摩擦，固體本身的振動，以及水的特徵頻率，而且實踐表明水噴起的高度，還似乎與用力大小有關。所以它看似簡單，實則非常複雜。初生牛犢不怕虎。我當時碩士畢業不久，不知厲害，就欣然接受了那個課題。很多年後回想起來才知道那是一個相當不容易的課題。我剛開了一個頭，就離開力學所去了加拿大。不知李院士後來有沒有自己繼續那個項目或讓其他人繼續那個項目。 尾聲 多年前美加兩國傳出他們在古巴俄國和中國（那時美國與俄國和中國的關係還不錯，還在一種蜜月期中）的使領館受到一種未知聲波的攻擊，導致很多工作人員患上失眠等疾病而不得不被調回國。據說美加查了很久也沒有查出聲波攻擊的來源，而其他涉案國家均否認對美加使領館使用了任何聲波攻擊。。。。這次我發現的來自空氣中的較高頻噪音，讓我想起了那些報道。。。。當初的那些所謂的聲波攻擊會不會只不過湊巧是某些電器周圍的環境恰好形成了一個共鳴腔，使得電器外殼的正常振動在空氣中產生了某種頻率的共鳴呢？
【[1]】 百度. 共鳴腔. 鏈接: https://baike.baidu.com/item/%E5%85%B1%E9%B8%A3%E8%85%94/3275676 [[2]] Wikipedia. Resonator. Retrieved from: https://en.wikipedia.org/wiki/Resonator. Last edited on 9 October 2023, at 17:57 (UTC). [[3]] Wikipedia. Helmholtz resonance. Retrieved from: https://en.wikipedia.org/wiki/Helmholtz_resonance. Last edited on 17 July 2024, at 16:07 (UTC).
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