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漫步海邊，撿一隻被海浪帶到沙灘上的海螺，放在耳邊就能聽到大海的聲音。如果有人送你一隻號角似的海螺，就仿佛送給你一片碧藍的大海，可以隨時隨地聽海風陣陣、海潮澎湃，隨時隨地都可以哼著“你喜歡海風鹹鹹的氣息，踩著濕濕的沙礫”，去“麵朝大海，春暖花開”，想想都是一件超級浪漫的事兒(er) ！

那麽(me) ，海螺是大海的留聲機嗎？通過海螺隨時隨地聽到的真的是大海的聲音嗎？

（圖片來源：中科院聲學所）

實踐是檢驗真理的唯一標準。我們(men) 把手指並攏，彎曲成半密閉的凹形，或者換一個(ge) 杯子、小碗等容器，貼近耳朵，靜心聆聽，也能聽到“大海”的聲音。這些容器並非來自大海，裏邊傳(chuan) 出來的難道會(hui) 是大海的聲音？當然不是。那麽(me) ，海螺裏聽到的聲音自然也不是大海的聲音了。

從(cong) 海螺裏聽到的，是血液流動的聲音嗎？

（圖片來源：veer圖庫）

有人說，海螺裏聽到的聲音是血液流動的聲音，因為(wei) 當海螺貼在耳朵上時，會(hui) 將血液流動的聲音放大。

不妨讓我們(men) 再來做個(ge) 小小的實驗。在同一聲場環境下，讓同一個(ge) 人在正常狀態下和劇烈運動之後聽海螺，比較聽到的這兩(liang) 個(ge) 聲音，並沒有明顯差異，聲音沒有因為(wei) 劇烈運動而變得更尖銳或更響亮，這表明海螺裏的聲音不是人體(ti) 血液流動的聲音。

海螺裏的聲音來自哪裏？

那麽(me) 海螺以及類似的小容器裏聽到的聲音，到底來自哪裏？

我們(men) 同樣可以做一個(ge) 小實驗來進行驗證。找到大小不同的幾個(ge) 杯子，分別慢慢靠近耳朵，在杯子口將貼未貼到耳朵的某一位置時，我們(men) 能聽到類似“大海”的聲音。用不同大小的杯子，聽到的聲音略有不同。杯子越大，聲音越低沉；杯子越小，聲音越清亮。我們(men) 聽到的聲音是杯子對環境噪聲的過濾，此時杯子可以看作一個(ge) 聲音的過濾器，專(zhuan) 業(ye) 上稱為(wei) 濾波器。

（圖片來源：千庫網）

綜上，海螺裏的聲音不是大海的聲音，而是海螺過濾的所在聲場環境的噪聲。如果是在海邊聽海螺裏的聲音，你聽到的主要是過濾之後大海的聲音。如果是在大海之外的其他聲場環境下，海螺裏聽到的就不是大海的聲音。

（圖片來源：veer圖庫）

海螺原來是個(ge) 直播“達人”

海螺裏的大海聲，並非來源於(yu) 它的原生態記憶，而是對當下聲環境的現場直播。海螺的直播，依靠了物理學上一個(ge) 常見的現象——共振。共振指兩(liang) 個(ge) 振動頻率相同的物體(ti) ,當一個(ge) 物體(ti) 發生振動時，引起另一個(ge) 物體(ti) 振動。在聲學領域，共振被稱為(wei) “共鳴”，指物體(ti) 因共振而發聲的現象。海螺、小碗、杯子等是容易引起共振的物理係統，當聲音頻率和腔體(ti) 本征頻率一致，就會(hui) 產(chan) 生共鳴，使聲音放大，這時將其放到耳邊就能聽到“大海”的聲音。

動圖來源：《加油向未來》

用於(yu) 演示共振現象的音叉

（圖片來源：中科院聲學所）

德國物理學家、生物學家（Hermann von Helmholtz）1850年設計命名的亥姆霍茲(zi) 共鳴器，其原理類似於(yu) 通過海螺來聽“大海”的聲音。亥姆霍茲(zi) 共鳴器的設計理念是通過共振原理，分辨噪聲或音樂(le) 中不同頻率或音調的聲音。亥姆霍茲(zi) 共鳴器的原始形狀就是一個(ge) 有細頸或小口的容器，環境中的聲音引起空氣擾動，因空氣彈性形變導致壓力變化，推動容器細頸或小口處的空氣柱往複運動，這個(ge) 不斷振蕩的過程，就會(hui) 發出聲音。海螺和亥姆霍茲(zi) 共鳴器都屬於(yu) 口小腔大的結構，其發聲原理也相同。某種意義(yi) 上，海螺算得上是一個(ge) 自然界的直播“達人”，不僅(jin) 對環境噪聲進行了過濾，也起到了擴音的效果。

亥姆霍茲(zi) 共鳴器原理圖

（圖片來源：中科院聲學所）

從(cong) 海螺聽“海”到古代聲學應用

中國古代就有對聲音共振原理的應用。早在戰國初期，《墨子·備穴》就記載了用於(yu) 軍(jun) 事防禦的共鳴器：在城牆根下每隔一段距離挖一口深井，埋入一個(ge) 肚大口小的壇子，壇口用薄皮革蒙緊，然後放入井內(nei) ，派聽覺靈敏的人趴在壇口上聽聲音，來判斷敵方挖隧道的方位，然後進行反擊。這種適合守城的裝置被稱為(wei) “甕聽”，也叫“地聽”。關(guan) 於(yu) “設甕助聲”，山西省汾陽市石塔村龍天廟的古戲台是很好的例證，其兩(liang) 側(ce) 山牆對稱嵌入大中小三種陶甕，共計14個(ge) ，陶甕口口相對，以起到擴音的效果。

山西汾陽石塔村龍天廟古戲台山牆上嵌設的14個(ge) 陶甕

（圖片來源：文獻3）

古代行軍(jun) 作戰時，為(wei) 方便攜帶，“地聽”的設計趨向於(yu) 輕巧且實用。唐代李筌在《太白陰經·遊奕地聽篇》中記錄了一種叫做“空胡簏”的空心枕，他寫(xie) 道：“選少睡者，令枕空胡簏臥。有人馬行三十裏外，東(dong) 西南北皆有響見於(yu) 胡簏中，名曰‘地聽’。”北宋沈括《夢溪筆談·器用》中描述了這種警枕的製作材料和大體(ti) 形態：“古法以牛革為(wei) 矢服，臥則以為(wei) 枕。取其中虛，附地枕之，數裏內(nei) 有人馬聲，則皆聞之。蓋虛能納聲也。”這種“地聽”是用牛皮製作的箭筒，行軍(jun) 休息時置於(yu) 地上枕之，因其中空，故能“納聲”。試想，古代的將士們(men) 在紮營休息時通過這些神奇的小玩意兒(er) ，在幾十裏外就能聽到敵方行軍(jun) 的動靜，從(cong) 而做出相應的對策，古人可真聰明啊！

古代聲學星空体育官网入口网站應用的巧思令人敬佩，科學的種子早在古代就播撒在了人們(men) 的心裏，科學之花在古舊的曆史書(shu) 上綻放華彩。到了現代，共振現象被廣泛應用於(yu) 社會(hui) 生活的方方麵麵，如醫用聽診器，鋼琴、小提琴、吉他等樂(le) 器的共鳴箱，微波爐，建築用振蕩器等。

將一隻海螺放在耳邊，我們(men) 聽到的是環境中的噪聲，而海螺是環境噪聲的過濾器與(yu) 放大器。

所以，我們(men) 從(cong) 海螺裏聽到的，不隻是大海的聲音，而是大自然的聲音！

參考文獻：

[1] 馬大猷.亥姆霍茲(zi) 共鳴器的發展[J].物理,1993(08):452-456.

[2] 楊陽,高策. “設甕助聲”之爭(zheng) ——科學史上的一樁公案[N]. 光明日報,2016-04-06(T14)

[3] 楊陽,高策,丁宏.山西石塔村龍天廟古戲台設置陶甕的聲學技術[J].自然科學史研究,2014,33(01):70-82.

出品：科普中國

作者：王麗(li) 娜 楊馥錦（中國科學院聲學研究所 水下環境信息感知實驗室）

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