牛津通识课 声音

◆带领你三小时读懂声音如何动人心弦。 ◆牛津通识课系列是一个可读性强且包罗万千的工具书图书馆。 ◆每本讲透一个知识点，看完就把对应话题了解得明明白白。 ◆牛津大学出版社自1995年开始出版的一套系列丛书，堪称镇社之宝。 ◆由牛津大学牵头，邀各领域专家书写的通识读物。 ◆全球销量超1000万册，多本被欧美高校选为通识课教材。 ◆由点及面的网状知识图谱，按需阅读，帮助读者足不出户了解关于世界的种种真相。 ◆牛津通识课系列是横跨四大知识板块（物理/生物/历史/文化）的大型通识读物。

物体通过振动发出声波，声波透过听觉产生印象。 这种印象无处不在：人类通过聆听享受鸟鸣松涛、演讲和演唱；借由呼吸发声传递讯息、抒发情绪。声音是如此普通，却又如此神奇，我们享受着声音的馈赠，却狠少想起，最初的声音诞生于137亿年前，和我们的宇宙同样古老。 在这本小书中，迈克·戈德史密斯着眼于声音科学和声音文化，探讨声音是如何产生又是怎样被感知，声音的物理基础及其演变。最后，他还将告诉我们音乐这门艺术令人愉悦的原因，以及噪声令人烦躁的由来。翻开本书，了解声音背后的科学原理，听懂“声动人心”背后的真相。

[英] 迈克·戈德史密斯（Mike Goldsmith） 德国基尔大学天体物理学博士，英国国家物理实验室声学部负责人。在声学领域工作了25年，撰写近40篇声学论文，涉及语音、声音质量和声学历史。其作品《爱因斯坦与他的膨胀宇宙》和《狂欢机器人》（2003）曾入选皇家学会科学图书奖（原安万特科学图书奖）。

01 声音的历史
137亿年前的声音
500万年前的听觉
4万年前的音乐
2500年前的和声
现代社会：声音科学及延伸
02 声音的本质
声音的两面
压力波
声音的载体
声音的能量
困难的分贝
驻波
绘制声音
解码声音
合成声音
选择声音：滤波器
03 和谐之声
音符是什么
史前议程
学习如何唱歌
为什么我们喜欢我们所做的事情
更多的音符
更多更多的音符
声音序列
旋律
间奏
04 听到声音
听力的范围
耳朵能听到什么
外耳：捕捉声音
中耳：声音增强
内耳：从声音到电流
神经与大脑：从客观到主观
回归
听小骨
耳聋
语言的结构
05 电子声
从声音到电流：麦克风
从电到声：扬声器
存储的声音
06 超声波和次声波
蝙蝠的声音
一种不同的声音
医学超声检查
超声波扫描
超声波的力量
外部极限——声子
次声波
07 水下和地下的声音
第二种视力
听到水下的声音
各种技术和传感器
传遍全球的声音
地球的声音
勘探
08 纷扰之音
噪声的性质
的遗产
震耳欲聋
反击
安静的家居环境
更广泛的观点
术语对照

     137亿年前的声音 声音的起源可以追溯到很久以前，远在宇宙大爆炸发生之后不久。很遗憾，宇宙大爆炸本身是寂静无声的。事实上，声波在传播媒介出现之时就形成了，那是在宇宙诞生30万年后，但直到130亿年后能够倾听到它的人类才出现。 原始声音的频率非常低，却蕴含着巨大的能量。新生宇宙的等离子体在太空中以不规则的方式开始排列，在此过程中，声音形成了。最终，在密度较大的区域诞生了星系，其中包括我们赖以生存的地球的前身，还有太阳。 从几十亿年前到地球诞生的最初数天（大约46亿年前），有大量的声音穿过这颗固体行星的外壳和它的地下液态区，在它的大气层中反弹、转弯。最终，炎热的土地逐渐冷却，降雨汇聚成海洋，而海洋中充满了声音。最早的生物进化环境中有多种多样的声音，这些声音深刻地影响了原始生物的形态、习性和命运。 500万年前的听觉 对人类来说，听觉和触觉有明显的区别，但对海洋生物来说却并不如此。就像振动可以穿过我们的身体一样，声音能轻松地通过海洋生物的身体。鱼类依靠名为神经丘的结构感知声音，这种结构分布在它们的身体表面，除此以外，鱼类还有其他几个负责听觉的结构。神经丘含有与人耳里的毛细胞类似的细胞，鱼类依靠神经丘获得有关附近声音强度和方向的信息。神经丘这种结构大约在5亿年前就已经演化形成。 为了探测经由空气传导的声音，鼓膜和耳蜗必不可少。因此，在大约4亿年前，当两栖动物在陆地上定居后，鼓膜和耳蜗就开始演化了。交流可能是听觉进化的主要推动力，因为声音具有远远超过视觉信号的优势。尽管一些海洋生物拥有发光和改变颜色的能力，但灯光表演远比制造噪声更具挑战性，传播范围也更小。制造噪声很容易，就像呼吸一样简单。对人类来说，呼吸发出的声音（由我们的大脑准确控制）赋予了我们说话的能力。 4万年前的音乐 对音乐的喜好是人类一种神秘且古老的乐趣。4万多年前，尼安德特人可能就已经有了笛子。在智人时期，一个没有石锣的洞穴，设施再齐全也不能算作完整的洞穴。人类的第一次歌唱甚至可能出现在语言之前。但这是为什么呢？能享受音乐并不是什么明显的演化优势。达尔文对此也感到困惑，但他提出，对音乐的品味可能是基于求偶仪式中的声音而产生的，至今也有许多人赞同这一观点。然而，还有一些人更喜欢进化心理学家史蒂芬·平克（Steven Pinker）的提议。他认为音乐是一种听觉的“芝士蛋糕”，我们享受它不是因为这种偏好能够帮助我们的祖先生存下来，而是因为许多由“芝士蛋糕”激发的情感本身就具有演化的价值。简单来说，水果的芳香显示了它已经成熟，而香醇的风味表明其中有富含能量的脂肪。人类喜欢音乐或许是因为音乐让我们想起了鸟类，鸟类的存在表明附近没有大型肉食动物。 2500年前的和声 如今，声音在我们的生活中扮演着各种各样的角色。我们的许多发明都致力于创造、传输、存储、修改或复制声音。但人类征服声音的想法不是最近才开始的。我们所知道的一些最古老的人工制品就是乐器，而且声学是最早的科学研究领域之一。公元前500年左右，毕达哥拉斯（Pythagoras）发现，当两根弦中一根的长度为另一根的一半时，拨动这两根不同长度的弦发出的声音可以和谐地融合在一起，这样的两个音之间的“距离”就是一个八度。根据定义和人们的共识，八度音程是所有音程中最和谐的。如果两根弦的长度比是其他简单的数字比例，那么其所产生的双音听起来几乎也是同样和谐的。例如，如果一根弦是另一根弦的1.5倍长，就会产生一个五度音程。 相传，在铁匠铺里，毕达哥拉斯听到铁匠们敲打铁锤时发出的和谐声音，从而发现了这一现象。作为当时一名刚崭露头角的科学家，他称量了铁匠们所用锤子的重量，发现那些发出悦耳声音的锤子的重量之间是简单的倍数关系。考虑到锤子所发出的声音的频率不是由其重量决定的，这个故事能流传至今令人惊讶。不过，无论是什么真正激起了他的兴趣，毕达哥拉斯用来研究和声的乐器其实是单弦乐器，即一种由一个可移动的琴马来控制单根弦长的乐器。 对毕达哥拉斯来说，声音的愉悦感是通过整数比来定义的，这一事实表明，数字是宇宙的关键。1所以他或许的确说过“万物皆数”2。今天的科学家会同意这一观点。而且，就毕达哥拉斯对科学方法、数学、音乐制作和声学的影响而言，他的发现可能是所有科学突破中伟大的突破之一。 虽然任何制作或演奏弦乐器的人都知道弦的张力与长度一样能够影响弦所能发出的声音（这就是为什么要用卷弦器来为弦乐器调音），但这一现象直到16世纪才被科学家伽利略·伽利雷（Galileo Galilei）的父亲文森佐·伽利雷（Vincenzo Galilei）量化，他发现音高随着琴弦张力的平方根的增加而增加，现在我们知道它还取决于弦的直径和密度。 希腊人对声音的实用性很感兴趣，因为他们热衷于让别人听到自己的声音：戏剧、演说、辩论、歌曲、颂歌和宣言比比皆是。他们伟大的