• 宇宙迷宮 │ 必有回響(李偉才)

  • 發布日期:2021-06-05 10:00
  • 宇宙迷宮 │ 必有回響(李偉才)

 

王家衛導演的電影《一代宗師》充滿著為人津津樂道的名句,其中之一是「念念不忘,必有回響」。這兒說的固然是人類的感情世界,但原來在物理學中,「回響」也是我們日常生活的常見現象。今天,就讓我們一起了解一下「回響的科學」。

不知大家在外旅遊時,是否到過一些深谷或是站於一道巨大的峭壁之前?如果有,大家可能感受過大聲呼喊後不久,傳來可像有人在重複著我們的叫喊聲這個詭異情景。大家當然知道,這是聲音經過了反彈傳回我們耳朵的結果。但知道是一回事,相隔一、兩秒後竟然聽到自己先前的說話,感覺是挺神秘兮兮的。基督教的一首讚美詩就取名為「空谷中的回音」。

一個簡單的科學概念是,只要我們知道聲波傳遞的速度,我們便可根據回音的時間延滯程度,計算出前面障礙物的距離。

在生物的漫長演化中,一些動物早已懂得利用這個原理導航。在陸上,牠們是住在漆黑洞穴裡(因此視覺已嚴重退化)的蝙蝠。蝙蝠之可以在洞穴內靈活飛行而不至「頭頭碰壁」,是因為牠的頭部會不斷發出超聲波訊號,也有負責接收和分析超聲波的器官,而聲波反彈提供的訊息,會讓牠清楚周遭的環境,幫助牠避過障礙和覓食。科學家稱這種導航方法為「回聲定位」(echolocation)。

在海中,「回聲定位」的高手是海豚。牠們可以透過這種方法在渾濁的水中導航,也可尋找魚群的所在。受到這種技巧的啟發,科學家發明了「聲納」(sonar),英文名稱是 sound navigation and ranging (聲音導航與測距)的縮寫。過去數十年來,幾乎所有漁船都以此協助尋找漁群,從以令漁獲大增(卻也導致過度捕撈的情況)。

用以製造回響訊號的不獨限於聲波,也可以是無線電波。第二次世界大戰其間,英國為了偵察在晚上來犯的德國敵機,發明了「無線電偵察與測距系統」(radio detection and ranging),縮寫後稱「雷達」(radar)。戰後,這項發明在航空和航海方面廣泛應用,從而令碰撞導致的意外大減。

但所謂「道高一尺,魔高一丈」,為了避過雷達的探測,人們又發明了「隱形戰機」(如美國的 Stealth)。這些飛機當然不會真的隱形,而只是用上了特殊的建造物料和塗層。從而將探測的無線電波大量吸收,令它們在敵方的電達顯示屏上消失蹤影吧了。

今天,大部分的汽車皆有電達測距裝置,令司機在狹窄空間泊車時的工作輕鬆得多。

讓我們回到聲波的反彈之上。在音樂廳的設計上,如何控制回音是一門高深的學問,其間涉及聲波的反射(reflection)、散射(scattering)和吸收(absorption)的精妙布局。可能大家都聽過,音樂和音響「發燒友」往往說某個音樂廳「靚聲」、某個音樂廳「衰聲」(例如大會堂的音樂廳便較尖沙咀文化中心的靚聲云云),箇中的原因便與音樂廳的「音響特性」(acoustics)有關。維也納著名的「黃金音樂廳」之所以享譽世界,這正是關鍵之一。

曾經有過一個例子,歐洲一個出名「靚聲」的音樂廳因過於殘舊要重新裝修,但儘管已有音響工程師作了非常專業的設計,但裝修後卻完全無法回復之前的「靚聲」,令負責人懊惱不已。「回響」控制的重要,由此可見一班。

李偉才

科普達人

圖片來源:Unsplash
圖片來源:Unsplash

----------------------------

壹週刊 31年 和你壹路同行

回顧《壹週刊》31年走過的路

----------------------------

和你壹起撐徽章 良心商店及網店有售

了解更多

-----------------------------

守住新聞自由 和你撐壹週刊計劃 每月港幣$300起

按此了解更多