驻波｜大海的声音是怎么跑进贝壳里的？

weixin

年幼时，伴着夏日悠悠的微风，母亲掏出一个贝壳，慈祥地递给我。

“孩子，把贝壳放在耳朵旁边，就可以听到大海的声音。”

后来，我开始接触物理声学，发现这个说法并不成立。实际上所谓的“大海声”是贝壳里共振的驻波发出的声音，只是碰巧和大海浪花的声音相近而已。当然，我必须声明，我不是说我母亲说错了，她不可能出错！母上万岁万万岁！

咳咳，拽回正题，大家有兴趣可以找手边的筒状容器放在耳边听听看～

理论上，你在母亲的贝壳、自己的马克杯、基友的暖壶里都可以听到大海的声音，只不过三者的海声会有差异而已。

为了搞明白海声真正存在的原因，咱们啊还得先从驻波这个概念讲起。

   驻  波    

驻波 (Standing Wave) 是啥？

摘抄自Wikipedia：

In physics, a standing wave - also known as a stationary wave - is a wave in a medium in which each point on the axis of the wave has an associated constant amplitude.

用大白话不负责任地翻译一下，驻波它比较奇葩。不像咱一般见到的波会往左右传递，它就只是死呆在那里按照一定的振幅上下振，把它的中文名译成“呆波”也是满合适的。具体它的长相如下多图所示。（特别说明：最后的两幅图是模态分析哦！）

驻波的形成  

同频波经过反射后叠加，就可以造出驻波。

放到暖壶上来看，就是一个波传进暖壶后，在暖壶底发生了反射，反射后的波和后面迎上来的波相遇，发生叠加，最终形成了驻波。（也许你会诧异，刚才不是贝壳嘛，怎么突然变暖壶了。主要是贝壳形状不规则，不好形容，所以我公然偷懒、偷天换日，请大家装作不知情的样子吧。）

参照下图，蓝色和红色的曲线代表分别从左边、右边传来的反射波和本来的波，两者叠加最终形成了不左右波动的黑色驻波。

看似简单，但小编一定要强调：只有二分之一波长的整数倍等于物体长度的条件下，才能在反射后实现完美叠加。

有兴趣的话，各位可以自己画画看，如果波长和长度不满足上面的等式到底能不能形成驻波呢？这其实也是容器拥有固有频率、存在共振现象的原因所在。

总而言之，你暖壶的长度会决定它对应驻波的频率，也就是决定你听到海声的音调高低。这也解答了前面提到的不同容器产生的大海声听起来为啥不同的疑问。

驻波的应用  

驻波可不仅仅是存在于暖壶和海声中，它还出现在我们生活的很多角落。

弦乐器就是它的一大体现。比如，各种弦乐器都需要演奏者经常调整弦的松紧程度（弦拉紧后频率增大，即音调变高）。演奏时，演奏者按住一部分弦使这部分不振也可以有频率的改变（即减少了长度，增加了频率）。

甚至人的声音也能有驻波的应用。有人捏住自己的一部分声带，在KTV终于吼出了《死了都要爱》，也是增加了自己声带的频率的道理。

作为结尾，重申一下本文结论：

贝壳里的声音真的不是大海声！

来源：会听声学微信公众号（ID：huitingshengxue）授权转载。