齊雲塔蛙叫之謎 

央視國際 (2005年06月07日 16:44)

　　（編導：尤慧、林永生）

　　一座800年前修建的金代磚塔，能夠發出神奇的青蛙叫聲。這究竟是傳説還是一種獨特的聲學現象？洛陽市第23中學的幾個同學，決定揭開齊雲塔神奇的蛙叫之謎。

　　齊雲塔是中國第一古剎白馬寺裏的一座佛塔。據説在齊雲塔旁用力拍手，能夠聽到類似青蛙的叫聲。來到齊雲塔後，同學們有些心急，紛紛在齊雲塔旁使勁地拍手，可是，一番忙活後卻並沒有聽到蛙叫聲。難道這只是個傳説嗎？

　　一位同學突然想起，好象過去聽人説過：據説要到塔的南邊去拍手才管用。南邊真的就可以聽到蛙聲嗎？同學們一齊拍手，還是沒反映，一個同學提出：是不是有一個距離的問題呀！於是，大家往後退了退，經過反復嘗試，終於，同學們聽見了蛙叫聲，看來這並非只是個傳説。

　　同學們今天可是有備而來，尺子等測量工具早就準備好了。他們現在就要記錄下能夠聽到蛙聲的具體位置。

　　經過測量，同學們發現在齊雲塔的南面17.9米的位置能夠聽到蛙叫聲。可是，科學研究怎麼能夠只做一次測量，他們還要進行多次觀察。

　　在塔南偏右的位置，同學們又選擇了一個點進行測量。站在這個點上拍手也能聽到蛙叫聲。這一次的距離是19.9米。再遠一點還能不能聽到蛙叫聲呢？同學們又退後試了試，發現越遠蛙聲就越來越不明顯了。

　　這時，他們突然發現剛才測量的時候有一個失誤：剛才量的地方，塔那兒有一堆花，這樣就不準確了，應該把花到塔基的距離也加上。經過計算，同學們發現：在齊雲塔的南邊偏左的位置20.1米、偏右的位置22.1米拍手，能夠聽到蛙叫聲。

　　這時一個同學又提出：在塔的南邊有蛙聲只是個傳説，我們應該用科學去證明一下，應該去其它方向也試一下。

　　對呀！説不定其他的方向拍手也能聽到蛙叫聲呢！在齊雲塔的東面和西面，同學們反復拍手實驗，可是怎麼也聽不到蛙叫聲。還是年紀最小的是遠發現了問題。

　　原來，齊雲塔的東面和西面被護欄圍住了，拍手的距離就不能那麼遠了，不知道這是不是聽不到蛙聲的原因？在齊雲塔的北面，同學們也聽到了拍手後的蛙叫聲。

　　也許是塔北沒有什麼障礙物，有利於聲音的傳遞，這次測量的距離只有17.8米。

　　在塔南和踏北分別所做的幾次測量，同學們求得平均值是20米。也就是説，只要在齊雲塔的南面或北面大約20米的距離拍手，就能夠聽到類似于青蛙的叫聲。看來，齊雲塔的蛙叫之謎並非只是個傳説。那麼為什麼會有這種奇特的現象呢？

　　聲音的速度不是340米每秒，那回聲和這個平均值會不會有什麼關係呢？同學們猜測：也許這個蛤蟆的叫聲就和回聲有一定的關係。

　　（小知識）回聲：當聲源發出的聲音在傳遞過程中碰到障礙物時，便會被反射回來，形成 “回聲”。但是如果聲源和障礙物距離太近，人耳就分辨不出原發聲和回聲了，只有當障礙物有一定距離時，人耳才能聽到這個回聲。

　　那麼究竟聲源距離障礙物多遠才能聽到回聲呢？

　　同學們決定找個地方去試試，找一個平面的墻壁，做一個簡單回聲實驗。他們在白馬寺內找到了一個平面的墻壁，想要試試究竟在離墻多遠的距離拍手可以聽到回聲。

　　可是每個人的聽力都不一樣，於是，他們分別記錄下了每個人能夠聽到回聲的距離，從中總結規律。他們總共測了六次，每次能聽見掌聲都在17.1米以外，如果比它還近的話就聽不見了，只要超過它就能聽見回音。

　　17.1米！也就是説，聲音一來一回，一共經過了34.2米的距離，根據聲速340米每秒來計算，聽到回聲的時間是0.1005秒，超過了0.1秒，而0.1秒就是人耳能分辨出回聲的時間。

　　那麼，為什麼在齊雲塔旁大約20米處拍手，聽到的回聲不是象拍手那樣的“啪”的一聲，而是象青蛙的叫聲呢？

　　同學們想這個墻是平面的，齊雲塔可不是平的呀！這回，同學們又將注意力集中到了齊雲塔上，他們猜測：聽到的回聲象青蛙叫可能跟齊雲塔的建築結構有關。於是，同學們又對齊雲塔進行了仔細觀察。

　　他們發現：齊雲塔看上去有點傾斜；塔上還有許多小洞；塔檐好像是一個倒梯形的，而且每一個像是個倒著的臺階；塔表面凹凸不平。這些現象是不是就是形成蛙叫的原因呢？

　　這麼個塔，它到底得有多高呀？要對齊雲塔做研究，塔的高度當然是一個必不可少的數據，可是，這麼一個封閉的高塔，又不能上去，高度該怎麼測呀？

　　一個同學突然想到了一個好主意：“咱們數學上不是剛學過相似嗎？對對對！我們可以用比例的方法來算一下。”

　　相似！比例！他們究竟要怎樣測量？

　　原來，他們找來了一個礦泉水瓶，測量出它的高度和影子的長度後，求出一個比例來，然後再量出齊雲塔影子的長度，用這個比例求出塔的高度是25米。

　　他們所觀察到的種種現象，是不是就是産生蛙叫聲的真正原因呢？

　　帶著所觀察到的記錄，同學們找到了研究齊雲塔的專家：洛陽白馬寺文物管理所研究員徐金星老師。徐老師對同學們所做的觀察給予肯定。蛤蟆叫聲正是由於齊雲塔，它獨特的造型結構、它的形狀形成的。齊雲塔的塔身高大，塔磚鑲砌得十分嚴密，所以它能對聲波形成較強的反射面。塔檐下面那個檐面，它多多少少有點像凹面鏡，凹面鏡不是可以聚光嗎，聲音也有這種聚焦現象。

　　聲音聚焦的現象，同學們還是頭一回聽説，他們設計了一個模擬實驗，想感受一下聲音的聚焦現象究竟是怎麼回事。

　　哦！原來這就是聲音的聚焦現象：一個同學在一個凹面的焦點處説話，與他相對的一個同學在另一個凹面的焦點處能夠聽到他的聲音，而不在這個焦點上聽到的聲音就會有些不同。

　　綜合以上因素，同學們經過討論研究，終於揭開了齊雲塔的蛙叫之謎。得出了這樣的結論：

　　在離齊雲塔大約20米的地方拍手，聲波傳到塔身後被反射回來，其中沿水平方向傳播的聲波，先碰到塔身並被反射回來，接著第一層塔檐也把聲波反射回來；依次是第二層、第三層、第四層等等，都相繼把聲波反射回來。其中還包括各層塔檐在反射聲波時所形成的“聚焦”現象。所以，人們聽到的由齊雲塔形成的回聲，實際上是由好多次簡單回聲的疊加、延續以及所謂“聚焦”而形成的一種複雜的“綜合回聲”。這種“綜合回聲”的頻率、響度和音色等和青蛙叫聲非常接近。

責編：燕芳 　來源：CCTV.com