空气中的高频噪音 戴榕菁 今年进入八月后，我对面的一家的空调突然出现了一种过去从未有过的频率较高的噪音，因为它直接打到我的屋子，尽管不是那种特别高的频率也让我感到比较刺耳。但我也不好意思专门走到人家的空调机旁边去探个究竟。进入九月后，那家不怎么开空调了，那个噪音也跟着消失了。可几天后，在我隔壁楼下传来的同样的高频噪音，因为离我更近，所以显得更响亮。但这次距离的拉近反而使得我不像当初判断对面的空调机那样一下子就确定了噪音的来源，因为这个噪音好像是来自空气中，没有特别的噪音源。 有一天，当附近只有隔壁一台空调机在运转的时候，我走近那台空调机进行近距离考察。这时我才发现了其中的一个我之前从未了解到的奥秘：这个高频噪音不是直接从那台空调机发出的，而是在空调机周围的空气中产生的。 那台空调机运转所直接产生的声音听上去就和普通的比较粗劣的空调机产生的噪音一样，没什么特别的，不是那种比较刺耳较高频的噪音，但是很显然那种听上去有些刺耳的较高频噪音就来自它周围的空气中，而当时附近唯一的显性的噪音源就是那台还在运转的空调机。。。。这下我反应过来了：原来是那台空调机产生的看似正常的噪音与周围的环境产生了共鸣，所以在空气中产生了那个高频噪音。。。。由于该高频噪音的频率与空调机运转时直接发出的噪音明显不同，因而明显不是直接来自空调机的，所以一上来给我一种是由空气中产生的噪音的感觉。。。。 我在这里已经住了十多年，以前在远处的某工业区会传来类似的噪音。近年来，那个噪音没有了；而在我住的地方，在今年八月以前我并没有发现过有这样的噪音，进入八月之后，先后有两家的空调机出现了这样的噪音。这种较高频噪音并不是一直都有，这两天那台空调机还在工作，但是那个较高频噪音却没有了。。。。可见，它可能与空调机的转速以及空气的物理参数有关。 发现了这种与发音源剥离的好似来自空气中的高频噪音使我联想到乐器的共鸣。因为我本人对乐器一窍不通，所以上网查了一下。查找过程中我又遇到了经常让我有所感慨的中文网站的科普内容与英文网站相比的一大缺陷。下面的参考文献【[1]】是中文网站的内容，参考文献【[2],[3]】是英文网站的内容。相信读者稍一对比就能发现两者之间的差别：中文网站只是笼统地告诉你乐器和人体的共鸣腔会导致共鸣的发生。我相信这样的知识确实已经足以帮助乐器师或把玩乐器的人来理解乐器发音的原理了，但是对于我上面遇到的状况来说，那样笼统的解释显然是不够的！而英文网站则明确告诉你共鸣腔使得空气产生共鸣。。。。这一点很重要，因为我前面提到了，那种好似来自空气的较高频噪音与空调机直接发出的声音完全不同，以致于你站在空调机跟前可以听到两种不同频率而且不同来源的噪音，其中一种明显来自那个空调机，另一种则不是来自空调机而是来自空气中！ 上述这样的区别在中英网站的科普内容的对比上是一种普遍的存在。而这种对比在一定程度上也反映了历史上（不知现实如何）中国人在技术上可以很强而在科学不够很强的一种状况：上面提到的中文网站的内容对于专业人员处理相关的技术问题足够了，但对于帮助理解仍然未知的自然现象是不够的。。。。稍微跑题了，只不过我个人认为中英文科普网站的这种对比有着比较深刻的现实意义，所以就顺便多说了几句。 回到共鸣的问题。几乎所有的乐器，不论是弦乐器还是管乐器的发音都与共鸣腔的作用有关。尽管我不懂乐器，但是这次的调研让我感到乐器中的弦乐器与管乐器的发音原理看来是有区别的：弦乐器的发音应该是琴弦本身的振动频率或振动频率的合成，它们所带有的共鸣腔应该起放大或润色等辅助作用的，而管乐器的发音应该是空气的共鸣产生的频率。我们能够明确听出一支笛子的声音来自那支笛子而不是象我楼下的空调机造成的较高频噪音那样好像是来自空气中，那是因为笛子造成的空气共鸣发生在笛子内部而不是笛子周围的空气中！ 这又让我联想起固体的共振以及固体和流体相互作用共振的问题。有关固体的共振的知识是这样的：固体有一个自身的所谓共振频率，当外加的频率与这个频率相同时，固体在外加频率的作用下发生的振动会达到极大。三十多年前，我在力学所应用数学组工作时，李家春院士（当时他还不是院士，我刚去的时候，他只是我们小组的组长，我走的时候，他已经荣升室主任）给我布置了这样一个课题：研究中国古代的一种据说是皇帝把玩的可以洗脸的盆，盆的边缘有两个扶手，一个人用双手一撮那两个扶手，盆里的水就会喷起来。李院士让我研究那种盆的工作原理，给出一个解析解。当初李院士的设想是当扶手的表面与人手的摩擦产生的频率是水的一个特征频率时，水就会喷出来。只不过这里涉及到手与扶手的摩擦，固体本身的振动，以及水的特征频率，而且实践表明水喷起的高度，还似乎与用力大小有关。所以它看似简单，实则非常复杂。初生牛犊不怕虎。我当时硕士毕业不久，不知厉害，就欣然接受了那个课题。很多年后回想起来才知道那是一个相当不容易的课题。我刚开了一个头，就离开力学所去了加拿大。不知李院士后来有没有自己继续那个项目或让其他人继续那个项目。 尾声 多年前美加两国传出他们在古巴俄国和中国（那时美国与俄国和中国的关系还不错，还在一种蜜月期中）的使领馆受到一种未知声波的攻击，导致很多工作人员患上失眠等疾病而不得不被调回国。据说美加查了很久也没有查出声波攻击的来源，而其他涉案国家均否认对美加使领馆使用了任何声波攻击。。。。这次我发现的来自空气中的较高频噪音，让我想起了那些报道。。。。当初的那些所谓的声波攻击会不会只不过凑巧是某些电器周围的环境恰好形成了一个共鸣腔，使得电器外壳的正常振动在空气中产生了某种频率的共鸣呢？
【[1]】 百度. 共鸣腔. 链接: 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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