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人声震碎玻璃,真的不科学?

2015年01月07日 综艺节目 暂无评论 阅读 1 次

来源:新浪科技作者:晨风

在一月二日江苏卫视《最强大脑》中,一位选手用“狮吼功”震碎了高脚玻璃杯,而评委席上的高晓松直呼“不科学”,质疑道:“我是理工科出身,要看看真东西。我绝不相信书中才有的狮吼功,这与大脑无关!如果你可以当最强大脑,那么能劈叉的都是最强大脑了。”高晓松的多番质疑引选手不满:“我想这超出了高老师的认知范围。”而在微博上,网友也纷纷吐槽高晓松这回有点儿“现”。

“狮吼功”震碎玻璃高脚杯

共振频率:想想怎么推秋千

多年前《科学美国人》杂志曾有一篇报道,描述了这样一个场景:“她步履从容地走上舞台,吸气时胸脯鼓胀,朱唇轻启,吐出一串串震撼人心的高音音符,只见香槟酒杯碎了,眼镜镜片震裂了,树枝状的装饰灯炸裂了,她的声音‘摧毁’了音乐大厅。”

与地球上所有其他物质一样,每一块玻璃都存在一个天然的共振频率,一旦外界扰动,如声波的频率与之相匹配,便可能让玻璃产生大幅度的震荡乃至引发破碎。而在这中间,玻璃瓶或玻璃杯尤其容易受到影响,因为它们的形状是中空的近似管状体,这也是为什么当你敲击它们时会发出一种类似铃铛一样清脆的声音。如果一个人唱歌时发出的声音频率与这种“铃铛”的声音频率相同,她/他发出的声波会造成玻璃杯周遭空气分子随之震荡运动,并且频率与其共振频率相同,于是这个玻璃杯也会随之发生振动。而如果这名歌唱家的嗓音足够嘹亮,玻璃杯是有可能会被震碎的。

物理学家指出,尽管用嗓音震碎玻璃杯是可能的,但你的嗓音必须非常嘹亮并且运气要好。如果你能让玻璃杯振动起来,这还并不就意味着你能让它破碎。破碎的发生很大程度上取决于其原始内部缺陷的存在情况。因此要想确保表演的成功,演员最好事先精心挑选一个存在微小裂纹,容易在震动下破碎的玻璃杯。

事实上,每件材料的表面都遍布大量的微小裂纹和破碎,只是它们实在太过微小,人的肉眼无法看出来。但这些裂纹的形态分布可以千差万别,两个在肉眼看起来完全一样的玻璃杯,其强度可能完全不同,从而其中一个可以承受更高的音量,而另一个却不行。

▲就像推秋千,推得越猛荡地越快,但如果推的太频繁,每次推力产生的效果不大,必须等秋千下降到一定的地方再用力推一下才能达到最好的效果。

想震碎玻璃,音量是非常重要的一项参数,这是因为音量的大小直接正比于你能让杯子周围空气分子产生震荡的幅度大小。简单来说,你发出的声波从一个空气分子传往下一个空气分子,直到击中玻璃杯。当音量提升时,实际上你给玻璃杯施加的压力就增加了。这就像你推一个荡秋千的孩子,你推得越猛,这孩子荡地就越快,但你如果推的太频繁,你会发现每次推力产生的效果不大,你必须等秋千下降到一定的地方再用力推一下才能达到最好的效果——也就是说你推的频率必须跟秋千的频率保持一致——就像声音的频率必须吻合玻璃杯的自然共振频率一样。

原理简单操作难:“大嗓门”是关键

包含在“声音摧毁手段”背后的物理学原理看起来并不难理解。但尽管听上去似乎不太难,但实际上在现实生活中要想真正实现用声音震碎玻璃则极其困难。著名的意大利男高音歌唱家恩里科·卡鲁索(Enrico Caruso)据说可以做到,但在他去世之后他的妻子否认了这种说法。

那么为何用声音震碎玻璃会如此之难?让我们再回到那个荡秋千的例子。相对于你的手臂力量来说,坐在秋千上的那个小男孩并不算太沉重,而对于震动的空气分子而言,玻璃杯的重量几乎就像是一个体重数百斤的大胖子,根本难以对其施加大的影响。

因此只有那些最脆弱,最精致的玻璃制品能够产生足够大共振现象,从而能够让一部分人发出的声音能够在不使用声音放大器的情况下将其震碎。1970年代曾经有一个非常有名的商业片,其中一名女演员用声音震碎了一只葡萄酒杯,之后这个把戏又被多次使用,但所有这些都借助了声音放大器。将声音聚焦对准一个目标的做法还有一项应用,那就是超声波碎石,但不同的是医生们不需要考虑让声波的频率与你体内结石的共振频率相同,他们只需要集中足够强大的声波能量即可。一样的,如果一名歌唱家的声音能足够嘹亮,比如像炸弹爆炸声那么响,那么他也就不需要符合玻璃器皿的共振频率,却照样能将它们震碎。

▲杰米·维德拉震碎杯子

2005年,探索频道播出了一期节目,摇滚歌手杰米·维德拉(Jamie Vendera )在节目中用12只玻璃酒杯做实验。结果他成功的用自己的声音让其中一只玻璃酒杯震碎。这是首次在录像条件下证实人类的声音可以震碎一只玻璃杯。

维德拉震碎玻璃杯时的嗓音大小为105分贝,这几乎和手提钻工作时候的声音相当。并非所有人都能发出这样的声音。歌剧演唱家们常年累月进行艰苦的训练,从而使他们能够长时间地发出超过100分贝的响亮声音,而一般人们说话的声音只有大约50分贝。

艺术作品中的常客

▲《名侦探柯南》真人版中的共振桥段

事实上,在共振作用下声波能够震碎玻璃等制品,这种现象早已屡屡成为艺术作品——尤其是推理作品中的桥段。阿加莎·克里斯蒂的短篇小说《海伦的脸》中,就是利用收音机播放歌剧男高音唱段震碎了玻璃毒瓶。日剧《神探伽利略》、《名侦探柯南》真人版等都有利用共振的相关桥段。

▲胖夫人想用“惊人的美妙歌声”震碎高脚杯,不幸失败。

如果这些作品你不熟悉,那下面这个场景你总该不陌生:《哈利波特》第三部电影中,哈利他们想进公共休息室,胖夫人却要他们欣赏她可以震碎杯子的惊人歌喉——当然,她最终失败了,偷偷在墙上撞碎了杯子。

艺术作品中的桥段可能会有夸张,对具体的量化数据也不严格,但这些桥段的使用,说明共振原理、及其能产生的效果,早已为人熟知和认可。

《最强大脑》中的选手用人声震碎高脚杯,实在不是什么不可思议的事儿。按说,理工科出身的高晓松质疑这个实在有些匪夷所思。当然,或许他质疑的重点在于这个表演和“大脑”没关系,这就是另一回事儿了。

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