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聲學折射在古詩詞中的體現

光波和聲波是信息的兩種主要載體;視覺和聽覺是人類接收信息的主要途徑。光波從光源傳播到我們的眼睛,聲波從波源傳播到我們的耳朵。它們不僅讓我們看得清,聽得清這個世界,還無時無刻不在影響著我們的情緒。這種影響在詩人的筆下生成表現出無限的詩意。

在唐朝、宋朝以及後來的元、明、清時期,中國詩人留下了無數膾炙人口的詩篇。不僅詩歌本身對與聽覺有關的節奏有非常嚴格的要求,詩歌的內容也大多與聲音有關。既然聲音對詩歌創作有如此大的影響,那麽聲音傳播的物理規律也應該在詩歌中得到體現。

聲音是壹種可以感知的聲波;聲波是機械波,也是縱波。如果大氣是均勻的,狀態是壹致的,那麽聲音在空氣中的速度是壹樣的。聲波從壹點發出的波前是壹個球面,聲音傳播的方向是與波前垂直的方向,即半徑方向。但大氣的溫度與海拔高度有關,聲音傳播的速度與溫度有關,所以波前不會是球面,而是扭曲的;相應的,波速的方向也發生了變化,不再是半徑方向,而是壹個轉彎。這種使聲音傳播道路轉向的現象,就是聲波的折射。

在近地面的空氣中,聲速c (m/s)與溫度t(℃)成正比,可近似表示為c =(331.45+0.61t/℃) m?S-1,即大氣溫度每升高壹度,聲速增加約0.61 m/s。白天,在太陽的照射下,近地面的大氣溫度高於高空的大氣溫度,即近地面的聲速高於高空的聲速。此時聲音傳播路徑轉向高空。到了晚上,近地面的空氣逐漸降溫,上面的溫度相對較高。這樣壹來,聲音在高空的速度比在地面的速度要高,所以聲音會被折射到地面。所以在白天,聲音在地面傳播的距離短;晚上,聲音在地面上傳播很遠。所以,詩人在夜裏很容易聽到遠處的聲音。

這種聲音傳播時的晝夜之別,充分體現在詩人對各種聲音的感受上。讀唐詩,我們可以經常讀到《子夜鐘聲》。

“霜夜,江楓釣愁眠。姑蘇城外寒山寺,子夜鳴客船。”這是唐代詩人張繼的壹首膾炙人口的詩,為歷代所傳頌。再如早於張繼藻的唐代詩人張越,他在《子夜鐘聲》中寫道“夜臥聞夜鐘,靜山夜更響”;還有古玉的詩《送宮人上路歸山》,說“要知後宮女伴,聽巍山子夜鐘”;白居易也寫過“新秋松影下,子夜鐘聲後”;文聽雲有“閑遊常回首,嵩山無夜半鐘”;陳郁有“悠揚的子夜鐘聲劃過水面”。讀了這許多詩,我們可以想象,悠揚的午夜鐘聲,可以從山上傳到客輪上,穿過河流傳到彼岸,既動聽又悠遠。有時候,悠揚的鐘聲甚至能越過壹座山傳到詩人的耳朵裏。皇甫然在《秋夜留韋偃樓》中寫道“秋水近水月,夜隔山鈴。”

在唐詩中,不僅有許多關於夜晚鐘聲的詩歌,也有關於夜晚笛聲和鋼琴聲的詩歌。比如古玉的“更深處何處人吹笛,疑是寒水中孤”;白居易的《誰在江邊夜吹笛子?這聲音似乎在回憶故鄉的春天”;皇甫然也有“鄰笛哀急,城砧急。”蓮花已經認命了,誰能當中介。在白居易的另壹首著名的詩《琵琶行》中,他在解釋了不同等級的季節後,寫道“我們聽到了突然的聲音,壹把吉他劃過水面”,然後“我們順著旋律的方向,問演奏者的名字”,表明白居易仍然與琵琶演奏者有壹定的距離,所以他需要“尋找聲音,秘密地問”,最終他能夠“然而我們叫了壹千次,在她向我們走來之前,仍然把她的壹半臉藏在她的吉他後面”。

唐詩中很少有人寫正午的鐘、笛、琴。不是說詩人喜歡晚上寫鐘聲,也不是說白天沒人敲鐘,更不是說晚上太安靜了聽不到鐘聲,而是午夜鐘聲那麽多,是因為它們能在晚上把遙遠的音樂送到詩人的耳朵裏。如果有人讀正午的鐘聲,很可能是因為他在壹個寺廟裏,也就是他離聲源很近。

但是,溫度對聲波傳播的影響不僅僅是晝夜的區別。從上面選的詩中,我們發現大部分都是在寒冷的秋夜。這絕不是偶然的。壹年四季的氣溫變化也在壹定程度上影響了詩人的創作。

由於我國的氣候特點,秋季晝夜溫差大,所以秋季夜間折射效果明顯。同樣,夏季和白天由於強烈的太陽輻射,地表溫度急劇上升到壹個較大的數值,與天空的低溫形成鮮明對比,也能引起明顯的折射。而秋天晚上的折射把遠處的聲音帶到詩人的耳朵裏,夏天白天的折射把近處的聲音從他的耳朵裏帶走,所以夏天,尤其是白天,常常有壹種寂靜的感覺。夏日午後的寂靜是每個人都經歷過的。這種恬靜的味道,在詩人的筆下充滿了詩意。

“綠蔭生靜日,孤花顯多春”,零星的“孤花”表明春天已經結束,也就是春末夏初的季節,我白天在綠林樹下感到安靜。宋代《三道經》中曾有“水晶簾隨微風動,滿院子玫瑰花香”的故事。很少有人寫菊花的香味,但很多人寫夏花的香味,因為夏天分子熱運動劇烈,香味往往到處擴散。當然,只有在夏天的靜謐中,才能把微風的感覺寫得如此透徹。那麽杜牧的“悄悄刷琴床席,開酒窖門”,只會聞酒味,聽不到聲音。“有蟬的森林更安靜,通宮山更安靜。”夏天,在林箐只能聽到蟬鳴。讀詩,常常能感受到夏天的寧靜。“春水無聲惜流,綠蔭柔照水。小何剛進尖角,壹只蜻蜓已經站在上面了。”只有在夏天的靜謐中,妳才能聽到春天的寂靜,才能看到尖尖的角落,才能感受到站在頂端的小蜻蜓,才能有宋代楊萬裏的這首《小池》。

夏夜豐富,充滿了各種昆蟲和鳥類。所以自然有描寫夏夜聲音的詩詞。然而,與秋夜的聲音不同,夏天寫的往往是自然的聲音,還有附近的聲音,比如青蛙和蛞蝓。寫在春天和冬天的關於聲音的詩,因為溫差比較小,折射現象的影響不是那麽明顯。

因為聲音的折射與大氣的溫度密切相關。晝夜溫度和季節變化使詩人關於聲音的作品呈現出壹定的規律。聲波傳播的折射在詩歌中的間接反映,不僅讓人感覺到物理無處不在,與人們的生活和情感體驗息息相關,也讓人感覺到詩歌這種高度藝術化的文學手段也有其物理情結。

“雷落於千滴,雨來於萬峰”,這是描寫雷雨的經典詩句,其中蘊含的聲學知識也耐人尋味。雷雨前的閃電只是壹閃而過,閃電過後往往是雷聲,持續時間很長。這就是詩人筆下的“千秋”。“很金很凸,壹千根棍子敲他的因緣鼓催他。喚起墮落的仙泉灑臉傾下鯊室灑下美麗的玫瑰,也用“千棒敲鼓催”來表達這隆隆的雷聲。

從物理學的角度來看,“千山”是聲波傳播的折射和反射相互作用的結果。

大氣溫度在對流層隨高度增加而降低,在平流層隨高度增加而升高,在更高的中間層隨高度增加而降低。因此,在平流層和對流層之間存在壹個溫度隨高度變化的局部最小值,這也是聲速的最小值。在這個音速極小的高度,由於折射的作用,聲音傳播的方向無論如何都會偏向這個高度的水平線。同時,在平流層和中間層之間存在壹個溫度的局部極大值,這也是聲速的極大值。當聲音在這個高度附近傳播時,壹部分會被折射回聲波來的壹側,就像波的反射壹樣。

除了聲波傳播速度沿高度變化外,雷暴前的強風和夏季富含水汽的雲層使聲速沿水平方向發生變化。可以看出,夏季雷雨前的聲速變化是相當復雜的,所以打雷時,在上層大氣的反射和下層大氣的折射下,雷聲可以數次傳入我們的耳朵,而這些雷聲的疊加,讓我們感覺到雷聲是不間斷的“隆隆”聲,只是“千裏”後才“落下”而已。

從詩人作品中對雷的描寫的物理解釋中,我們感覺到,盡管詩人是最有才華和想象力的作家,盡管詩人的文采馳騁天下,想象力飛躍十萬八千裏,卻飛不出如來的手掌心。詩歌,無論是內容還是形式,都與聲音息息相關。壹首違背聲波傳播基本規律的詩,無論多麽美妙,都是站不住腳的,是不可接受的,因而也不可能成為經典,被世人傳誦。