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第五章 新声学
2014年11月21日 15:46 来源:中国社会科学网 作者:北京时代华文书局 字号

内容摘要:伽利略声学正如培根所哀悼的,几个世纪以来声学所收获的科学新知少得可怜。伽利略还首次尝试去解释为什么不谐和音程听起来让人不快:“我主张音程的比例不是直接由弦的长度、粗细或张力确定的,而是由它们的频率比确定的,也就是说,是由冲击耳鼓的空气波动次数决定的,这些冲击引起耳鼓以同一频率振动。牛顿科学中的噪声尽管学者们开始重拾对噪声和噪声生成的兴趣,但在声音任一方面的科学理解上并无多大进步,直至17世纪的科学巨匠艾萨克?牛顿将目光投向声学。假如胡克能知悉今天声学的应用状况,他一定会为之赞叹不已:通过诊听动脉中的扰动声来检测血管收缩,相同的系统在农作物栽培中也有所应用,比如检查西红柿内部液体流动的声音,不仅能监控其健康状况。

关键词:声学;伽利略;噪声;基歇尔;声速;音程;音乐;声波;研究;出版

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  第五章 新声学

 

  到17世纪初,科学的许多领域都开始经历突飞猛进的发展,但声音科学却一直止步不前。那个时期杰出的科学哲学家弗朗西斯?培根注意到:“我们对声音奥秘的探究有了稍许进展,但也只限于音乐方面,我们对声音普遍本质的理解还很肤浅。它是自然界最难以把握的事物之一。”[1]不过,培根又坚信这种状况不会持续太久,在1624年出版的空想小说《新大西岛》中(有时会被认为是第一部科幻小说),他设想出了一个科学主宰一切的理想社会。在这个乌托邦里,有一种“声屋”(见图9),在那里:

  “我们做各种声音和发声的试验。我们有你们所没有的四分音和较少滑音的和声。同样,各种各样的乐器也是你们从未见过的,其中有一些比你们的乐器更柔和动听,还有优美的铿锵悦耳的钟铃。我们能使轻微的声音变得洪大低沉,使洪大的声音变得细小尖厉。我们能在保持原调的同时发出各种震音和颤音。我们能呈现和模仿各种语言的发音和音节,以及各种鸟啼兽叫。我们有一种助听器,装在耳朵上可以大大改善听觉。我们还有各种奇怪的人造的回声器,可以将声音多次地反射回来,就像在摇荡着它一样;返回的声音比发出的有时更响亮,有时更刺耳,有时更低沉,还有时竟改变了原来的发音和音节。我们还有办法用筒子和管子,把声音传到不同的方向和不同的距离。”[2][3]

 

   培根还是对暂时性听阈位移做出描述的第一人,这种现象指人耳在听到强响之后变得有些沉闷了。原因是对基底膜毛细胞的血供应产生了防御性的减少。培根以猎号为例:

  “它近在耳边,发出的巨响已导致很多人失去听觉;吹响的那一刻,他们感觉耳中像是有羊皮纸的表皮被撕开了。我亲身站在旁边,听着吹了三声,如此的响亮尖厉,令我像被突袭了一般,耳中仿佛有什么碎了或钻了进来,立刻鸣响不停(并非一般的歌声或嘘声,要响得多,不同得多),我甚至害怕自己有些聋了。但过了有七八分钟的样子耳鸣又消失了。”[4]

  培根是一个永远满腔热情的事实收集者,他继续汇集整理了不少有关噪声及其影响的说法,包括像“发射大炮对龙虾有害”这样的实用知识。[5]

  与此同时,由于约翰内斯?开普勒的作品的缘故,听不见的天体音乐的人气再次获得新的飙升。他于1619年出版的《世界的和谐》是一本糅合了科学、迷信和思辨的巨著。[6]这本书的大部分内容对一个现代读者来说都像是不经之谈。书中的确有一些科学突破,但读者要找出它们,首先必须理解开普勒将行星比作歌手的理论:木星是男低音,火星是男高音,地球是女低音,等等。我们知道,正是开普勒指出了行星的轨道呈椭圆形,从而推翻了几百年来根深蒂固的行星轨道是正圆的说法;即便如此,他依然摆脱不了圆的至高无上性这一思想的束缚:他用行星轨道偏离完美圆形的程度来变换每颗行星所“唱”的音符,使之形成和弦。地球和弦由Mi、Fa和Mi三个音符组合而成。开普勒说Mi和Fa分别代表痛苦(Misery)和饥荒(Famine),这也解释了地球的悲惨状况;这种观点在古希腊以降的思想家当中再正常不过,他们普遍认为地球是一个腐朽不堪、声名狼藉的世界,远不如其他行星、太阳或者别的天体,但有一人持不同看法,他便是伽利略?伽利莱。

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