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可以通过发声把杯子震碎吗?

前几年写的一篇文章,稍加修改后,推荐给大家。

很多人通过电视看到过这样的表演:将酒杯放在桌面上,杯中插入一根吸管,然后将酒杯用透明玻璃罩罩住。歌唱演员站在距离桌子大概五六米远的地方,手拿话筒歌唱。奇迹出现了,酒杯中的吸管竟然自己振动起来。一会儿更加令人不可思议的事发生了,酒杯突然破裂开来。而演员揭秘说,是酒杯与自己的歌声发生了共鸣。

那么,什么是共鸣呢?请看下面的实验。

将两支频率相同的音叉靠近放在桌面上,敲击右边的音叉使之发声,然后用手按住,使之停止发声,我们会听到左边的音叉发声;将左边的音叉换成频率不同的音叉,再次敲击右边的音叉,发现左边的音叉不发声。前者就是共鸣现象,指的是一个物体振动发声时,引起与其频率相同的另一个物体振动发声的现象。

明白了什么是共鸣现象,前面的表演就容易理解了。因为歌唱演员唱歌时,有效控制自己声带的振动频率,使之刚好与表演用的酒杯的振动频率相同。于是,酒杯与声带发生共鸣而振动起来,并且,演员是持续发声,不停地将能量传递给酒杯,使酒杯的振动越来越剧烈,达到一定程度自然就会破裂。

与共鸣有关的还有许多奇妙的现象,据记载,唐朝时,洛阳有一个僧人,房间内的一个磬不敲自鸣。僧人吓得生了病,找来许多有法术的人,也没解决问题。当时的太乐令曹绍夔是僧人的朋友,听说僧人病了赶来探望。正巧前殿的斋钟响了,磬也响了起来。于是,曹绍夔笑着对僧人说:明天你请我吃饭,我帮你捉妖。僧人将信将疑,但确实吓怕了,也只好试一下,第二天准备了丰盛的饭菜。曹公也不客气,吃饱喝足之后,从袖中取出一把锉刀,在磬上锉了几下,磬从此不在自鸣。僧人很高兴,病也好了,追问起原因,曹公说:此磬与前殿的斋钟音调(振动频率)相同,发生了共鸣。而曹绍夔在磬上锉了几下,就改变了磬的频率,自然不会与斋钟发生共鸣。

发现了共鸣现象,人们自然会加以利用,有一种电子灭蚊器就利用了共鸣现象。起主要部分是一个蜂鸣器,蜂鸣器模仿雌蚊的发生频率,当雌蚊靠近时,蚊子翅膀就会与蜂鸣器发生共鸣,使之振动加剧到难以自控,从而折戟沉沙。很多人都对魔术感兴趣,在此顺便揭秘个魔术,一个与歌唱演员震破酒杯如出一辙的魔术:同样是将酒杯放在桌面上,用透明罩罩住。然后,魔术师在旁边装模作样的用手比划来比划去,突然,酒杯破裂,自然是掌声、惊叹声响成一片。其实,这也是利用了共鸣现象,之所以能成为魔术,自然有其高明之处,这里隐藏着一个歌唱者——超生发生器。因为超声人听不到,魔术师只需隐蔽的操纵超声发生器就可达到目的。

不少电影都有类似的桥段:某人大声吼叫或发出所谓音波功,窗户玻璃或桌子上的酒杯就被震碎,以渲染音波功的超强功力。

声音由物体振动而产生,声波振动我们耳朵内的听小骨,经过复杂的声-电转换,最终由大脑形成听觉。我们说话时发岀的声音来自喉咙,用手触摸喉咙时会察觉,说话时声带在振动,引发空气传播到耳朵里面。咽喉是整个呼吸道中最狭窄的部位,肺内气流排出,冲击喉内声带振动,带动周围空气振动并产生嗓音。嗓音的音调决定于声带振动的频率,声带频率主要取决于声带的长度、质量和张力。一个人说话的音调与声带的状况有关,共鸣器官的共鸣也起着一定作用。

男性声带较厚、较长,张力较低。女性声带较薄、较短,张力较大。因此,男性和女性说话时的音调不一样。正常男性嗓音频率在130赫兹左右,女性频率在250赫兹左右,儿童为340赫兹左右。

高音能震碎玻璃杯或水晶灯确实有可能,一般人想有此神功却绝非易事。振动物体在空气中传播形成声音,声音传到其他物体,使其振动的过程称为共振。声音能量越大,物体振动幅度也越大,当振动幅度超过物体承受的极限时,物体就被震坏。石英玻璃的固有频率在20000赫兹附近,普通人的声带频率一般不高于2000赫兹,很少能把玻璃振碎。

有些特殊的高音歌唱家,他们的声带频率接近玻璃频率,就有可能引发玻璃共振而破裂。例如,传说中的高音C,声音会让玻璃杯周围的空气以共振频率振动,导致玻璃杯开始振动。如果歌声足够大,玻璃杯就会被震成碎片。

2005年“探索”频道《MythBusters》电视节目就探讨了这个问题,摇滚歌手兼歌唱教练杰米·温德拉就用自己的声音击碎了一些玻璃器皿,他尝试过12只酒杯,后来无意中幸运地击碎一只,第一次证明了个人声音就能击碎玻璃的说法是正确的,他击碎玻璃的那一幕被拍成了电视。2015年5月13日在温德拉湖南岳阳君山岛大展“狮吼功”,用高达100分贝以上的咏叹调连续震破三个高脚玻璃杯,并被主办方授予“世界吼王”称号。除温德拉外,包括最长能吼近90秒、声音高达120分贝的“中国吼王”李学东,声音频率高达1200HZ的“女版维塔斯”郑海燕在内的其他选手均挑战失败。

通过人的声带发声是可以将杯子震碎的,其中震碎的原理就是利用共振,共振在生活中有很多应用,有好也有坏,先简单说说共振的原理,然后再来例举一些例子;在我们身边的事物都会有本身特有的频率在原地做机械振动,只不过各个物体的振动频率都不一样而已,这个频率称作固有频率。

1.假如此时有一个外来的振动物体,它的频率从零慢慢增加,当增加到和另一个物体的固有频率相等或相近时,那么这个物体就相当于从外界获得了能量,使得自身的振动更加强烈,如果这个物体的结构足够强硬,那么它就不会被破坏,相反的话就会被震碎,也就是物体本身承受不了超过自身的能量。所以当你声带发出的声音和杯子的固有频率相近时,杯子的振动就会加剧,由于你在持续地向杯子输入能量,如果这个振动超过杯子的承受限度,那么杯子就会被震碎;

2.在生活中还有很多共振现象的例子,大家都听说过历史上的士兵过桥事件,当拿破仑士兵经过法国的昂热市的一座大桥时,由于士兵的行进速度统一,步伐整齐,这就使得整个军队的振动频率和桥的固有频率非常接近,当军队走到桥的中间时整个桥瞬间倒塌,造成士兵死亡。

还有一个最明显的例子就是我们使用洗衣机来给衣服脱水,当转筒启动或者开始停止时,你就会发现在某个时刻洗衣机振动的非常厉害,这就是因为转筒的频率很接近整个洗衣机的固有频率,使洗衣机振动得很剧烈。再比如夏天打雷时也会出现共振现象,其表现就是窗户中的玻璃会剧烈振动,甚至破碎。所以综合我们生活中的各种现象,用发声是完全可以将杯子震碎的,唯一需要注意的就是要看你能不能发出这个固有频率了。

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