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聲音簡史
聲音簡史 本書特色
《紐約時報》、《華盛頓郵報》、《科學通訊》、美國國家公共電臺鼎力推薦
全球聲學權威、英國科學家特雷弗考克斯重磅力作
聲音簡史 內容簡介
特雷弗·考克斯是一位聲學工程師，他深入調查了那些可被稱為“世界聲學奇跡”的地點的奧秘，本書講述的就是在這過程中發生的故事：在莫哈維沙漠，他找到了能歌唱的沙丘；在法國，他發現了會講笑話的回聲；在美國加利福尼亞，他駕車經過一條會演奏《威廉·退爾序曲》的音樂之路；在世界各地的大教堂，他了解到了聲學是怎樣改變宗教歷史的。
考克斯深入淺出地運用物理學、音樂、建筑學、神經科學、生物學和設計知識，解釋了聲音是如何生成，又是如何被環境改變的，以及人體會對奇異的聲音做出什么反應。書中涉及的聲音既包括他在尋聲之旅中遇到的充滿異域風情的聲音奇跡，也包括我們日常環境中的同樣獨特和驚人的聲音。
在由視覺主導的世界里，《聲音簡史》鼓勵我們善用聽覺，打開耳朵，聆聽我們身邊那些奇妙的聲音。
聲音簡史 目錄
001 ∣ **章 世界上混響時間*長的地方
029 ∣ 第二章 響石
057 ∣ 第三章 會叫的魚
083 ∣ 第四章 過去的回音
111 ∣ 第五章 在拐彎處回旋
143 ∣ 第六章 歌唱的沙子
173 ∣ 第七章 世界上*安靜的地方
201 ∣ 第八章 辨聲識地
235 ∣ 第九章 未來奇跡
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聲音簡史 節選
迄今為止吉尼斯世界紀錄僅認可了為數不多的幾個*大的聲音：*大的家貓嗚嗚聲（不妨跟您透露一下，是 67.7 分貝）、*大的男性打嗝聲（109.9 分貝），以及*大的鼓掌聲（113 分貝）——這些聲音都夠驚人的。但是，作為一個研究建筑聲學的人，我對蘇格蘭漢密爾頓陵墓里的一座小教堂更感興趣，它可以產生全世界延續時間*長的回音。1970 年版的《吉尼斯世界紀錄大全》中記載道：實心青銅門猛地關上之后，回音會一直持續 15 秒鐘才徹底消失。
《吉尼斯》將這樣的現象描述為“*長的回音”，事實上這一術語用在這里并不正確。我們建筑聲學專家會使用“回音”來描述聲音清晰可辨的重復音，比如在山里用真假嗓音急變互換的方式歌唱會引起回音，用混響來描述聲音緩緩減弱至消失。
混響是指一個字或音符的聲源停止發聲后，聲音在房間內反射而繼續存在的聲學現象。音樂家和音效師會將房間分為活的或死的。活房間就像浴室那樣，將聲音反射到你的耳際，激發你唱歌的欲望。死房間則如同奢華的酒店房間，柔軟的家具、窗簾、地毯將聲音吸收，產生減震效果。一個房間無論回音強烈或是十分安靜，主要都是由混響引起的。只需一丁點的混響，就可以讓聲音延續，不著痕跡地加強話語和音符。在非常熱鬧的地方，比如說大教堂，混響會展現出充滿活力的一面，持續足夠長的時間，讓人們能聽得清楚。混響可以提升音效，極大豐富大型音樂廳里管弦樂隊的表演。適當的混響能夠增大音量，讓房間兩頭的人更容易聽到彼此的對話。有證據顯示，通過混響和其他聲音感知到的房間大小，會影響我們對普通的或動聽的聲音的情感反應。我們會覺得小房間比大空間更安靜、更安全、更舒服。
在格拉斯哥舉辦的聲學會議期間安排了一個包括小教堂參觀的項目，我終于有機會親自探索那個保持著世界紀錄的陵墓。星期天一早，我跟 20 位聲學專家一起來到了陵墓大門外。陵墓是由砂巖塊堆砌而成的羅馬式建筑，宏偉壯觀，高達 37 米，兩側各屹立著一頭巨大的石獅。面對如此堅固而且帶有圓頂的圓柱形建筑，敏銳的訪客或許能感受到第十任漢密爾頓公爵的氣魄。陵墓建于 19 世紀中期，但遺跡很久以前便遷移至別處了。由于采礦造成地面下陷，建筑物下降了 6 米多。要是克萊德河泛濫，教堂地下室就很容易遭受被淹沒的命運。
八角形小教堂位于一樓，陽光透過玻璃穹頂，給房間帶來微弱的光亮。小教堂里有四個壁龕，地上鋪著棕白相間的大理石地板。產生吉尼斯世界紀錄回音的原始青銅門（以佛羅倫薩圣喬凡尼洗禮堂的吉貝爾蒂門為模型建成）架在兩個壁龕里。新建的木門對面矗立著堅固的黑大理石制成的柱基，柱基曾用于支撐一位埃及王后的雪白色石棺，公爵經過防腐處理的尸體現在便安放在這里。石棺對公爵來說顯得略小，導游帶些興奮地向我們講述了尸體如何被縮短以裝進石棺的恐怖故事。我去的那天，柱基上放置著筆記本電腦、音頻放大器和其他用于聲學測量的設備。
小教堂本來應該用于舉辦宗教活動，但由于它的聲學特性，居然無法舉辦禮拜。它就像是一個大型天主教教堂，要是我跟聲學同事們距離有點遠，就很難進行對話，因為聲音在小教堂里四處彈跳，說話聲音變得模糊不清。這真的是世界上混響時間*長的地方嗎？這個世界紀錄對我這樣的聲學工程師來說十分重要，因為對混響的研究標志著現代科技手段**次應用于建筑聲效中。
杰出的物理學家華萊士·克萊門特·薩賓在 19 世紀晚期創建了**個與建筑聲學有關的科學學科。根據《大列顛百科全書》中的描述，他“不屑于獲取博士學位；他的論文數量不多，但每篇都出類拔萃”。1895 年，年輕的薩賓受邀改善福格藝術博物館內一間演講廳混亂的音效，那時的他正在哈佛大學擔任教授。大廳（用他的話來說）“很不實用，已經被廢棄”。寬廣的大廳呈半圓形，建有穹頂。聽眾基本上無法聽清大廳內的演講——如此模糊的音效一點都不像是形成于精心設計的演講廳，更像是漢密爾頓陵墓里產生的聲音。頂級的藝術演講大師查爾斯·埃利奧特·諾頓對這里提出了直接的批評。
我們可以想象諾頓站在大廳前方，試圖詳細闡述藝術——他穿著正式，蓄起大胡子，兩邊留有鬢角，露出光禿的頭頂。他的學生首先會聽到從教授口中直接傳至他們耳朵里的聲音——這些聲音沿著*短路程直接傳輸。然后回音緊跟著出現，在墻壁、穹頂、書桌和其他各處堅硬的表面反射。
這些回音決定了建筑聲學——即人們在房間內聽到的聲音是怎樣的。工程師通過改變房間的尺寸、形狀和布局來操控音效。因此，像我這樣的聲學家總是忍不住想通過拍手來聆聽反射狀況 ( 我在一家法國大教堂的地下室拍手時把我妻子給嚇到了。這樣的古怪行為必定會讓你的配偶尷尬不已 )。拍完手之后，我仔細傾聽回音多久會消失。若聲音需要很久才消失——混響時間過長——演講就會聽不清楚。因為連續的聲音摻雜在一起，讓人無法聽得清楚。亨利·馬修于 19 世紀時寫道，混響“不會有禮貌地等演講者說完話再開始，從他開口到結束，混響就像是長著一萬張嘴那般不斷地模仿他”。諾頓演講時就會遇到這樣的情形。有學生譏諷道，大多演講的聲音在沒被大廳攪得亂七八糟之前就很難懂。不過，諾頓實際上很擅長交流，也是一位深受歡迎的教師，這里的問題出在房間，而非演講者身上。
建有堅硬表面的大型空間，如大教堂、漢密爾頓陵墓，或福格藝術博物館的演講廳里，回聲持續時間很長并且清晰可辨。柔軟的裝飾會吸收聲音，減少反射，加速聲音的衰退。華萊士·薩賓的實驗中也研究了演講廳中吸音的柔軟材料——這一研究讓他看起來像是個癡迷于靠墊的家伙。薩賓從附近的劇院拿來 550 個長 1 米的坐墊，將它們一個接一個放進福格藝術博物館的演講廳，觀察音效的改變。他需要安靜的環境，所以總是在學生回家、電車停止運行以后，徹夜工作，記錄聲音徹底消失所需的時間。他沒有用拍手那一招，要像專業的弗拉門戈音樂家那樣不斷拍手是很艱難的，因此他選擇使用管風琴制造音符來進行試驗。
薩賓將聲音逐漸衰退至消失所需的時間稱為“混響時間”，他的研究工作奠定了聲學*為重要的一個公式的基礎。這個等式表示混響時間由房間大小（體積），以及吸音材料（如薩賓試驗中的坐墊，或他*后用來改變演講廳音效的 2.5 厘米厚的墻面材料）數量測算得出。工程師設計音效良好的房間——大型禮堂、法庭或開放式辦公室—— 時，需要做一個關鍵決定：混響多長時間為*佳。然后，他們便可以使用薩賓的等式來計算出需要多少柔軟的吸音材料。
除了回音時間，設計師還要考慮頻率，這與聽眾感知到的音高直接相關。小提琴演奏家拉動琴弦時，弦如同跳繩一樣畫圈式晃動。若彈奏音樂家所稱的中央 C，琴弦每秒會跳動 262 整圈。小提琴的振動每秒向空中發射 262 個聲波，頻率為 262 赫茲（一般用 Hz 表示）。這個單位以海因里希·赫茲的名字命名，這位 19 世紀的德國物理學家是世界上**位傳播并接收無線電波的人。人能聽到聲音的*低頻率為 20Hz，年輕成人能聽到聲音的*高頻率為 20000Hz。但是，*重要的頻率不在這里所說的*高和*低頻率上。一架大型鋼琴可以發出從 30—4000Hz 的音符，在這個范圍以外，我們就很難分辨音高，所有聲音聽起來都差不多。超過 4000Hz 以后，樂曲聽起來就像是音盲在亂吹口哨。耳朵*能放大并辨析的是音符所在的中頻聲段，大多演講也在這個聲段內，這也就是為什么聲學工程師要設計出頻率在100—5000Hz 之間的房間用于音樂表演。
2005 年，布萊恩·卡茨和愛德華·威瑟雷爾使用電腦模型來研究薩賓對福格藝術博物館的音效處理是否有效。他們將演講廳的大小和形狀錄入電腦，使用描述聲音在房間內移動和從表面及物體上反射的等式，然后為模擬的演講廳墻體和天花板添加虛擬材料，以模仿薩賓的改造方式。吸音材料的確改善了音效，但廳內一些地方依然聽不清楚演講。一個學生曾說，在有些座位聽起來很清晰，但“在一些盲點地帶很難聽清”。薩賓的改造并不盡善盡美，不過他的實驗開啟了聲學探究的廣闊天地，他的等式至今依然是建筑聲學的基礎。
我喜歡走進音樂廳，聆聽窄小的入口走廊和開敞的禮堂之間的鮮明對比。我們要從幽閉的走廊走進一間可能會很寬敞的房間，被動傾聽觀眾們滿懷期待的聊天聲，以及偶爾出現的巨大聲響造成的強有力的混響。
聲音簡史 作者簡介
特雷弗·考克斯，英國科學家、索爾福德大學聲學工程教授、英國工程與自然科學研究理事會（EPSRC）成員，于2010—2012年間擔任英國聲學研究所主任。他主持播出過大量科學廣播紀實節目，并為多本國際性聲學刊物供稿，是聲學領域的權威人士之一。
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