連峰去天不盈尺，枯松倒掛倚絕壁。

　　飛湍瀑流爭(zhēng)喧豗，砅崖轉(zhuǎn)石萬(wàn)壑雷。

　　這是唐代詩(shī)人李白（701～762年）的名作《蜀道難》片斷。《蜀道難》相傳是唐玄宗天寶初年，李白第一次到長(zhǎng)安時(shí)，襲用樂府古題，用浪漫主義的激情，對(duì)秦蜀道路上奇麗驚險(xiǎn)的山川所作的生動(dòng)描繪。這段七言古詩(shī)片斷，被認(rèn)為是從山川之險(xiǎn)揭示古時(shí)蜀道之難，描寫達(dá)到登峰造極地步的四句。詩(shī)人先托出山勢(shì)的高險(xiǎn)，用“連峰去天不盈尺”夸飾山峰之高，“枯松倒掛倚絕壁”襯托絕壁之險(xiǎn)。然后由靜而動(dòng)，又用“飛湍（tuān）瀑（pù）流爭(zhēng)喧豗（huī,喧豗指轟響聲），砅（pēng,撞擊意）崖轉(zhuǎn)石萬(wàn)壑雷”寫出飛流而下湍急的瀑布爭(zhēng)競(jìng)作響，水石激蕩，山谷轟鳴的驚險(xiǎn)場(chǎng)景。這好像是一連串的電影鏡頭：開始是山巒起伏、連峰接天的遠(yuǎn)景畫面；
接著是平緩地推出枯松倒掛絕壁的特寫；
而后是一組快鏡頭，飛湍、瀑流、懸崖、轉(zhuǎn)石，配合著萬(wàn)壑雷鳴的音響飛快地從眼前閃過，驚險(xiǎn)萬(wàn)狀，目不暇接，從而造成一種勢(shì)若排山倒海的強(qiáng)烈藝術(shù)效果，使古蜀道之難的描寫達(dá)到了讓人驚心動(dòng)魂、望而生畏的地步。詩(shī)人的這組快鏡頭正是用飛流驚湍、懸崖落瀑造成的萬(wàn)壑雷鳴的流體運(yùn)動(dòng)致聲的景象，來(lái)達(dá)到浪漫主義的藝術(shù)描寫的。

　　實(shí)際上，不少古代詩(shī)人都有涉及流體運(yùn)動(dòng)致聲的詩(shī)句，如高適（約702～765年）《金城北樓》：

　　湍上急流聲若箭，城頭殘?jiān)聞?shì)如弓。

　　岑參（約715～770年）《走馬川行奉送封大夫出師西征》：

　　輪臺(tái)九月風(fēng)夜吼，一川碎石大如斗，隨風(fēng)滿地石亂走。

　　劉禹錫（772～842年）《浪淘沙：八月濤聲》：

　　八月濤聲吼地來(lái)，頭高數(shù)丈觸山回。

　　唐肅（1328～1371年）《峽口晚泊》：

　　漸聞湍響急，渡峽是歸州。

　　高啟（1136～1374年）《登金陵雨花臺(tái)望大江》：

　　石頭城下濤聲怒，武騎千群誰(shuí)敢渡？

　　唐代詩(shī)人韋應(yīng)物（約735～約792年）與眾不同，擅于思理，寫有兩首涉及思考流體運(yùn)動(dòng)為什么會(huì)引起巨大聲響問題的五言古詩(shī)，其一是《聽嘉陵江水聲寄深上人》：

　　鑿崖泄奔湍，稱古神禹跡。夜喧山門店，獨(dú)宿不安席。

　　水性自云靜，石中本無(wú)聲。如何兩相激，雷轉(zhuǎn)空山驚。

　　貽之道門歸，了此物我情。

　　其二是《贈(zèng)盧嵩》：

　　百川注東海，東流無(wú)虛盈。泥滓不能濁，澄波非益清。

　　恬然自安流，日照萬(wàn)里晴。云物不隱象，三山共分明。

　　奈何疾風(fēng)怒，忽若砥柱傾。海水雖無(wú)心，洪濤亦相驚。

　　怒號(hào)在倏忽，誰(shuí)識(shí)變化情？

　　韋應(yīng)物這兩首詩(shī)，不僅形象地描述了流體運(yùn)動(dòng)致聲的現(xiàn)象，而且還對(duì)流體運(yùn)動(dòng)為什么會(huì)致聲，深入思考并提出了疑問：“水性自云靜，石中本無(wú)聲。如何兩相激，雷轉(zhuǎn)空山驚�！薄昂Ｋ�雖無(wú)心，洪濤亦相驚。怒號(hào)在倏（shū）忽，誰(shuí)識(shí)變化情？”云靜的水和無(wú)聲的石為什么相拍激就會(huì)發(fā)出巨大的聲響？海水為什么會(huì)產(chǎn)生驚濤，為什么突然會(huì)發(fā)出怒吼的響聲？這使詩(shī)人在詩(shī)的結(jié)尾喊出了：“誰(shuí)識(shí)變化情？”

　　韋應(yīng)物詩(shī)中提出了兩個(gè)疑問，一是疾風(fēng)何以引起海水的波濤？這是風(fēng)生波的流動(dòng)不穩(wěn)定性問題，筆者將有另文專門討論，這里暫不多述。另一是水石相激為什么會(huì)發(fā)生聲響？波濤為什所會(huì)發(fā)出聲響？這同屬于流體運(yùn)動(dòng)為什么會(huì)發(fā)出聲響的問題。

　　聲音是由物體運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的

　　什么是聲音？現(xiàn)在我們用“聲音”一詞有兩重意思：客觀的聲波（或聲振動(dòng)），和人主觀的聲感覺（即響聲）。聲波是任何彈性媒質(zhì)（氣體、液體、固體）中傳播的擾動(dòng)（壓力、應(yīng)力、質(zhì)點(diǎn)速度、質(zhì)點(diǎn)位移等的變化，或其中幾種量的同時(shí)變化）。彈性媒質(zhì)的質(zhì)點(diǎn)發(fā)生振動(dòng)，以波的形式向四面八方傳播開來(lái)，就在人的聽覺器官上引起了聲響的感覺。人可以聽到的聲波的頻率范圍為20Hz一20000Hz（每形振動(dòng)一次為1赫，Hz是赫的符號(hào)）。20Hz以下的聲波稱為次聲，20000Hz以上的聲波稱為超聲。在不同的媒質(zhì)中，聲波的傳播速度不同，在20℃和標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，聲波在空氣中的速度是344m/s，在水中的傳播速度是1450m/s，在鋼鐵中的傳播速度約為5000m/s 。

　　聲音是由物體運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的，然后通過幅射傳播傳到人耳引起聽覺。水、空氣、巖石都是彈性媒質(zhì)，它們之間相撞（包括水與水，氣與氣相撞）都會(huì)發(fā)生振動(dòng)，并以波的形式向四面八方幅射傳播，凡在20Hz一20000Hz范圍內(nèi)的聲波，人都可以聽到。某些形式彈性媒質(zhì)相撞所幅射的總聲功率，己可以從實(shí)驗(yàn)和理論計(jì)算得到。

　　聲波發(fā)出后，遇見物體時(shí)還會(huì)反射、折射和衍射。人們聽到的流體運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的聲響，往往是多種聲波的組合。當(dāng)區(qū)域的邊界條件（如山谷等）使某幾種聲波互相激勵(lì)、發(fā)生共振時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生轟鳴的感覺。李白《蜀道難》詩(shī)中所寫飛流驚湍、懸崖落瀑造成的萬(wàn)壑雷鳴的音響，也正是多種聲波相互激勵(lì)、產(chǎn)生共振的結(jié)果。

　　我國(guó)古代不僅樂律、樂器等發(fā)展很早，對(duì)聲學(xué)的理解也是先人一籌。東漢王充（27一約97年）在《論衡》中已將聲與水波類比，對(duì)聲音的波動(dòng)性質(zhì)有了正確的看法。北宋張載（1020～1077年）更明確地認(rèn)為“聲者形氣相軋而成”，這包括氣體相互作用的雷電、固體間撞擊、固體高速穿過氣體、高速氣體噴注及其與固體相遇時(shí)產(chǎn)生聲音的過程，幾乎與今日的理解相同。張載還認(rèn)為“聲成文謂之音”（音指好聽的聲，現(xiàn)稱為律音），“音和乃成樂”（音樂），“響之附聲如影之著形”（響是聲的作用，即人的聲覺），“群呼煩憂”為噪（即噪聲）�？梢娔菚r(shí)對(duì)聲學(xué)理解的表達(dá)用字己相當(dāng)講究。

　　聲音的雙重作用

　　聲音（包括流體運(yùn)動(dòng)所致聲）對(duì)人的影響作用是雙重性的。悠揚(yáng)悅耳的樂曲能使人心曠神怡，消除疲勞。據(jù)考古發(fā)掘證實(shí)，我國(guó)約八千年前就已有笛，七千年前就有古老的吹奏樂器一塤，之后有鐘、磬、鼓、琴、簫等�！对�(shī)經(jīng)》中提到的樂器，有29種之多。唐代的樂器空前發(fā)達(dá)，加上外域傳來(lái)的，據(jù)記載己有300種以上。北宋沈括（1031～1095年）在《夢(mèng)溪筆談》中記載了琴瑟上調(diào)弦時(shí)的共振實(shí)驗(yàn)：“欲知其應(yīng)者，先調(diào)諸弦令和，乃剪紙人加弦上，鼓其應(yīng)弦則紙人躍，他弦不動(dòng)”。明皇子朱載堉在世界上首先提出了十二平均律。這些貢獻(xiàn)都是很了不起的。但由于沒有形成量化的精確表達(dá)方式，所以象振動(dòng)周期、頻率、音速等基本概念都不是首先在中國(guó)準(zhǔn)確形成的。

　　瀑流發(fā)出的聲音有時(shí)也是悠揚(yáng)悅耳的，是對(duì)健康有益的環(huán)境因素。所以瀑流的聲響有時(shí)也被當(dāng)作為旅游資源開發(fā)，如天津薊縣的盤山以“水勝、石勝、松勝”聞名，其中水勝即由刻于清同治十一年（1872年）的景點(diǎn)“響澗”而來(lái)。這里瀑布奔瀉和水擊巖石的聲響聲勢(shì)雖很大，但卻叫人心曠神怡，從而使游人贊嘆不已。

　　另一方面，雜亂煩人的噪聲使人煩躁不安，威脅著人們的身心健康。噪聲是不同頻率、不同強(qiáng)度、無(wú)規(guī)律而雜亂組合在一起的聲音。噪聲的波形是無(wú)規(guī)則、非周期的曲線。由構(gòu)件碰撞或摩擦等所輻射的噪聲稱為機(jī)械噪聲；
由流體運(yùn)動(dòng)或物體相對(duì)于流體運(yùn)動(dòng)所輻射的噪聲，稱為氣流噪聲或水動(dòng)力噪聲。人若長(zhǎng)時(shí)間留在噪聲的環(huán)境中，大腦處于興奮狀態(tài)不能抑制，會(huì)使神經(jīng)系統(tǒng)失去平衡，引起失眠、疲勞、頭昏、思維能力和記憶力衰退等癥狀，甚是會(huì)損傷人的聽力。我國(guó)規(guī)定城市區(qū)域環(huán)境噪聲的標(biāo)準(zhǔn)為：白天45dB一70dB，夜間35dB一55dB（分貝是聲功率的單位，以dB表示，0分貝為l皮瓦即10ˉ¹² 瓦）�，F(xiàn)在許多地方的噪聲已經(jīng)超出此標(biāo)準(zhǔn)，被稱為噪聲污染，是一種公害。

　　噪聲在個(gè)別時(shí)候也可利用，如人們從自然噪聲中可獲取生活上必需的信息：風(fēng)嘯和雷聲可預(yù)報(bào)風(fēng)雨。人們也在制造噪聲彈，其爆炸產(chǎn)生的噪聲波可造成水中魚兒短時(shí)間昏迷，以便人們捕捉。

　　聲納技術(shù)是在水中以聲音導(dǎo)航與測(cè)距的技術(shù)，它能辨認(rèn)是什么船只發(fā)出的螺旋槳聲音，以及聲音的方向。而潛艇發(fā)出的噪聲是潛艇的特征之一，所以各國(guó)海軍均將其潛艇的噪聲資料作為絕密資料保存起來(lái)。由附圖可見船舶噪聲的傳播途徑。

　　氣流噪聲或水動(dòng)力噪聲是重要的噪聲污染源。從噴氣機(jī)和火箭，鍋爐排氣放空，汽車和其他熱機(jī)的進(jìn)、排氣，氣動(dòng)工具，通風(fēng)系統(tǒng)，到管道和閥門的排氣漏氣等都有噪聲問題。有效地降低流體噪聲是減少噪聲污染的重要方面�？茖W(xué)工作者在分別研究各種流體噪聲的規(guī)律和特征的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)有針對(duì)性的消聲裝置和降噪方法，以降低各種流體噪聲。

　　關(guān)鍵詞：
流體運(yùn)動(dòng) 聲音 噪聲

　　（本文原刊登于《科學(xué)》2005年57卷1期，作者授權(quán)天益發(fā)布）

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