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声音/音乐与生命

声音是什么?音乐是什么?生命是什么?它们三者之间有什么联系?

声音是一种物质能量。它是由物质机械运动产生的波动能量。机械运动是自然界最普遍、最简单的运动。其运动方式最常见的是往复位移,或者理解成:物质状态呈前后波动、或上下波动。无论是哪种理解,波动就会形成能量。这种机械运动的能量可以在固体、液体、气体中传播。

声波(也就是声音的波动),不同于光波、电波、磁波,它是二维物质。它只有形状与能量,没有质子。其他物质都是三维的,有形状、有能量、还有质子。

声波的能量大小计量,通常采用声功率符号“dB”来表示。数值越大,声能量越大,数值越小声能量越小。

声波的形状,要从多角度理解。

第一,波形。从声音结构方式来理解。物理学在定义声音时,又频率、音色、振幅三大要素组成。其中,频率指每秒钟振动多少次;振幅即振动幅度。振动幅度越大,声功率越大;音色指的是声音组成的泛音列秩序及其组成方式。

    泛音列秩序及其组成方式不同,音色就不同。

由于声波没有质子,它的传播就必须依赖介质。或固体介质、液体介质、气体介质。所以它在没有质子的真空里是不能传播的。我们常“听”到的声音,就是通过气体传播的。也因此,空气的湿度、温度、密度对声波的传播都有影响。

声波在空气中的传播,会因为频率大小而产生能量损耗差异。频率越高,损耗越大,频率越小,损耗越小。因为频率越大,通过介质的数量就越大。而介质传递能量同时也消耗能量。如表1:

频率空气传播衰减表

频率Hz

衰减dB

40

0.01

80

0.02

160

0.07

320

0.19

640

0.37

1280

0.63

2560

1.43

5120

4.53

10240

16.22

20480

54.51

设定计算条件:距离100米;气温230C;空气相对湿度45%

1

表1中可见:100米距离内,40Hz的第9个倍频程时,生能量衰减了500倍。

也因此,一个交响乐团的演奏,指挥听到的音色与观众听到的音色是不一样的。尤其是后排的观众,基本上听不到弦乐的擦弦声甚至铜管的嘶嘶声。频率越高衰减越大。

如果物质密度与杨氏模量比越高,声音传播的速度(声速)就越快。如空气密度约为1.29kg/m3,基本上没有杨氏模量[[1]],所以它的声速为331.5m/s;又如水的密度约为997.0479kg/m3(26度水温时),较空气密度高了 近800倍,所以其声速为1497m/s,是空气的4.5倍;又如钻石,是当前固体材料中密度与杨氏模量比最高材料之一,密度为3.4g/cm3,杨氏模量90(*E1ON/m2),密度与杨氏模量比为26.47,声速为16270m/s,是水的10倍。

声音作为一种机械波能量,并不是因听觉而存在。无论是否听到,它都存在。

通常,人类的理论听觉阈值为20Hz~20KHz[[2]]。将低于20HZ的成为次声波,将高于20KHz的成为超声波。

1.1. 生物波

波,存在于任何生物体中,包括人。人体生命中的新陈代谢是典型的生物运动。它涉及了分子、细胞、组织、器官等运动。只要运动就必然产生波,波是生物活体的存在特征之一,如果没有波现象存在,生物体的科学意义就不存在了。

生物体(包括人)的波,在人体中如水(体液)、分子、细胞、组织、器官、系统等新陈代谢或应激运动中等都有存在,它们或者是声波或者是电磁波,或者是声波+电磁波。

在医生诊断过程中,采用针对心、肺、腹、血管、皮下肌束、关节、骨折面等施行听诊,也表明人体组织或器官的声波存在。人体声波不仅只是器官和组织有,细胞、分子等都有。

这里把存在于生物体内的声波与电磁波统称为生物波。生物波也是一种物质波。它既是生物运动的必然,又是生物运动的一种特征。生物波与其他物质波不同:生物波是一种“主动波”,它的形成源于生物自振,与生物运动直接相关;其它物质波是一种“被动波”,它的形成源于物质外力,与外力作用相关。生物波的科学意义,在生命构成中的地位不亚于化学成分、严整有序的结构、新陈代谢、生长、遗传和繁殖、应激、进化等特征。波存在或者说波特征,是完全可与生物中其他生命特征在科学意义上并列的一种特征。

无论是生物波还是其它物质波,只要是波,也都有频率。科学界计算频率的标准是用时间“秒”:每秒钟波动2次,即2Hz;每秒钟波动200次,即200Hz... ...馀类推之。

1.2. 波干涉

无论是声波还是电磁波,作为一种物质能量体现,是具有对物质对象起干涉作用的。这是大自然的波动交互行为。波干涉,就是波现象对物质作用的一种物理机制。

1.2.1.    受迫振动

即在外力作用下所发生的振动。在交互过程中,物质固有频率不同,其中一个受另一个驱动力影响产生振动是一种波干涉的受迫振动。如敲钟,钟的振动是因为外力敲打而受迫振动的。又如听觉,耳膜所产生的振动,是因声波作为外力驱动下产生的受迫振动。

“波动”这个单词与“振动”这个单词具有同样的科学意义,在物理学中两者可以互换。

1.2.2.   共振

在交互过程中,物质固有频率接近或相同时,其中一个物质的振动因另一个物质振动而驱动叫共振。如:把两个音叉放置到较近的距离,其中一个振动时,也会引起另一个振动。由于两个音叉的固有频率是一样的,所以,当其中一个音叉振动时,声波的能量会驱动另一个音叉振动。这是在不同物质系统之间产生的共振。

又如宋代科学家沈括在《梦溪笔谈》中提到了“声同者即应”现象[[3]]。即固有频率相同条件下,觱篥[[4]]的吹奏可引起琵琶的声学响应。

相同频率的波与波叠加也属于一种共振。在声学上,声波能量按倍数叠加在空气中可提高3dB的声功率。如1把小提琴声功率为80dB283dB486dB889dB1692dB... ...馀类推之。粒子加速器,就是利用这种共振原理,把许许多多粒子具有的微小“波纹”叠加起来形成巨大的“波纹”,所产生能量把电子或质子推到近乎光速,在高速的相撞下产生新的粒子。

在同一物质系统内,其振动产生并非单一频率。如乐音或噪音,都是复合频率。复合频率能量的惯性叠加造成其中某个频率波动幅度最大,这个振幅最大的频率也叫共振频率,该共振频率也被称为物质的固有频率。

1.2.3.   交递振动

在特定条件下,受迫振动或共振会形成一系列的交递振动。在一个系统内,具备受迫振动与共振的声学条件,共振也会被受迫振动所激励,形成交递振动。如奏小提琴:弓毛摩擦琴弦,琴弦受迫振动;琴弦振动通过琴桥将振动传递给琴面,琴面将振动传递给音柱、侧板,音柱、侧板再把振动传递给背板,一系列的受迫振动引起了亥姆霍兹共鸣箱内空气的共振,使源于琴弦振动的所有振动环节声波叠加,将音量(振幅)放到最大。由于琴面振动与背板振动有时差,共鸣存在一定的延时现象,所以会出现“水汪汪”般的音色;由于亥姆霍兹共鸣箱产生的声压最高,因此,小提琴的第二泛音声压大大高于第一泛音(基音)数倍[[5]]。也因此,小提琴的听觉音高较钢琴等其他乐器要高八度。

交递振动在波干涉中很普遍。如风引起海浪的波动,海浪引起船的波动,船引起(船上的)人的波动,人体引起器官(包括体液)的波动,器官引起组织的波动,组织引起细胞的波动,细胞引起分子的波动等。

1.2.4.   加减波动

在波干涉行为中,波与波相加会增大能量,波与波相减会降低能量。

任何波(无论电磁波还是声波)都是由一个波峰(上弦)与一个波谷(下弦)构成的。

1

当两个声波叠加时,声能量会加倍。所谓叠加,就是两个声波的上弦、下弦重合。

(波与波相加)

2

当两个声波相减时,声能量会减倍[[6]]。所谓声波相减,就是两个声波的相位相反,一个声波的波峰对准了另一个声波的波谷。

(波与波相减)

3

通俗理解:一个声波相位与另一声波相位相反时,就等于正能量+负能量=0。这种声干涉现象被普遍应用于工程中。

如有源消音器。它的原理是利用电声设备将接受到的声源信号以同样声压、同样频率,但延迟半个周期再重放。因延迟半个周期时,正好重放声波与声源声波声场反相,即重放的下弦与声源的上弦重叠,造成声场相反,抵消了声源能量,达到消音目的。

1.3. 生物的波影响

人类总是暴露在波能量中的[[7]],必然会受到波干涉影响。也就说,人类的生物物质,包括人体的体液、器官、组织、细胞、分子等都会受到来自于外界波动能量或受迫振动、或共振、或交递波动、或加减波动的影响。

1.3.1.    环境波影响

人类生物会受到来自系统外的环境波影响。

人类生存的环境,处处充满了声波与电磁波。无论声波还是电磁波,人类都无法避免,完全暴露在声波或电磁波环境中。所以只能被动地接受一切环境波的影响。

环境声波或电磁波,通过受迫波动、共振、交互波动、加减波动等行为方式作用人体系统,使人体内部的体液、分子、细胞、组织、器官等受其影响,进而改变其生物固有频率。

生物固有频率的改变,就意味着波能量附着的分子、细胞、组织、器官等主体[[8]]结构上的改变。在环境波能量影响下,人体生物的固有频率,一部分通过人体应激机制反应、调整后得到恢复,保持原生态,表示人体这部分健康处于“未病”状态;另一部分在恢复中或正在改变中,意味着生物主体结构正在变化中,表示人体这部分健康处于“欲病”[[9]]状态;还有一部分恢复不了,随环境波影响而改变了,意味着这部分生物主体的原生态结构已经变了,表示人体这部分健康已达“已病”状态。

当然,环境波不是唯一改变生物固有频率的途径。但,起码是人体生物系统难以避免的、生物固有频率被迫改变的重要条件之一。

实际上,人体生命如果还是一个活着的有机体话,那么,整个系统都在波动,有着千千万万个固有频率在相互影响,形成一个有序的生物自振系统。这个自振系统,是在生物波相互影响中保持了生理系统平衡的,即人体自振系统的平衡。

当自振系统的某些频率,受外界波动负能量干涉,生物主体运动受到阻碍,或生物频率振幅受到削弱,就会造成某些生物主体运动抑制、降低或生物活力消退,自振系统的生理平衡就会被打破,人体应激机制就会调动一切可调动的能量重新找回自振系统的平衡,也就是恢复自振系统的平衡。恢复过程中,人体健康就会付出疾病风险的代价;当自振系统的某些频率,受外界波动正能量干涉,生物主体运动受到促进,或生物频率振幅受到共振能量叠加,就会造成某些生物主体运动活化能力提升或生物活力增强,自振系统的生理平衡就会被维护、被恢复、或被强固。[[10]]

这也是人体接受音乐治疗的生理机制。

1.3.2.    意识波影响

人类生物还会受到来自系统内的意识波影响。

一切生物都有着生命的共性。但人是特种生物,有着它独特的个性。动物生命与植物生命所不同在于意识;人的意识与动物意识所不同在于抽象。动物不能抽象,人类可以。

也就说,人的生命结构与植物不同:植物仅仅是生理的,而人体生命结构既是生理的也是心理的;人类心理与动物心理不同:动物心理不能进行抽象活动,更多地是出于条件反射做出应激反应;而人类心理可以进行抽象活动,除条件反射外,还可以根据抽象思维做出生理上的应激反应。

人的生物系统,是一个意识与物质互为环境的系统:意识以物质的生物条件为环境,生物的物质以意识条件为环境。生物会影响意识,意识也会影响生物。

抽象意识,是一种及其复杂的思维方式。它是建立在若干体验基础上的概括、推演、想象与归纳上的。当音乐述诸于主观时,人类思维并不当它作为一连串的声音来认识,而是从声波运动秩序的觉察中抽象出声波能量负载的信息,信息的汲取与响应激发意识活动,即产生意识波。

从物理的角度讲,音乐就是一连串的有规则呈现的声波;从生理上讲它就是一连串能对生物物质产生作用的声能量;但从心理上讲,它是在生理作用下能产生意识波的信息流。

意识的波动即意识波,它会激发生理上的响应。

生理上的响应,以生物物质形式表现出来,就是脑电波。脑电波是生物物质运动的一种表现形式。尤其是负载着精神内容的电波形式。从这角度看,意识也是物质的。它看起来似乎是大脑皮层神经元的突触后电位变化,但却与人体生物整体相联系。不仅人体生物系统的健康状态直接影响脑电波表现,脑电波的表现也直接影响人体生物系统的健康。

如脑电波在音乐意识波的影响下,通过神经细胞触发,可激励人体生物系统分泌或调整多巴胺、肾上腺素、去甲肾上腺素、肾上腺皮质激素、内啡肽、乙酰胆碱、褪黑素、免疫球蛋白、酶等生理霍尔蒙物质。而这些生理激素物质又对人体生物系统的健康起着积极的促进作用。

这是人体接受音乐心理治疗的物理机制。

另一方面,音乐作品及其声波是音乐主体意识的物态化,它的呈现是一连串的声波——物质运动形式。但其物质运动形式所负载的信息,却是主体意识形态(也是一种意识波)。这种意识波在物态化之前,也就是还没有呈现出声音形式之前,抽象地展开在音乐家(作曲家、指挥家、演奏家、演唱家)的大脑中,它仍然会以脑电波这种生物物质形式存在,仍然能激活相应的心理及其生理响应。



[[1]] 杨氏模量是针对固体的力学参数.

[[2]] 这是最大听阈值。是根据18~20岁人类生理曲线虽高点得到的阈值。实际上,18~20岁后,人的生理曲线开始下降,听觉敏感度也开始下降。40岁左右能听到28Hz~16KHz已经很不错了.

[[3]] 沈括,《梦溪笔谈》,乐律二:“余友人家有一琵琶,置之虚室,以管色奏双调,琵琶弦辄有声应之,奏他调则不应,宝之以为异物,殊不知此乃常理。二十八调但有声同者即应;若遍二十八调而不应,则是逸调声也。”

[[4]] 古代的一种管乐器,形似喇叭,以芦苇作嘴,以竹做管。

[[5]] 小提琴的基音是弓毛擦弦的声音,所以声压特别小。这也是所有弓弦乐器的规律。

[[6]] 声波反相叠加会造成音量被减的现象,也被称为声抵消。

[[7]] 波能量:即声波或电磁波的能量。

[[8]] 人体生物波的主体,是指人体系统中的水、分子、细胞、组织、器官等。

[[9]] 即亚健康状态。

[[10]] 噪音能量即环境波动负能量;乐音能量即环境波动正能量。

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