中国古代物理学-共鸣器与隔声

　　在战争环境里，古代人发明了各种各样共鸣器，用以侦探敌情。早在战国初期，勇敢善战的墨子之徒就发明了侦探敌情的方法。《墨子·备穴》记载了其中的几种：在城墙根下每隔一定距离挖一深坑，坑内埋置一个容量为七、八十升的陶瓮，瓮口蒙上皮革(这实际上就作成了一个共鸣器)。让听觉聪敏的人伏在瓮口听动静。遇有敌人挖地道攻城的响声，不仅可以发觉，而且根据瓮声的响度差可以识别来敌的方向和位置。另一种方法是，在同一个深坑内埋设两个与前一种方法相同的瓮，并将这两个瓮分开一定距离。根据这两个瓮的响度差来判别敌人所在的方向。还有一种方法，一个瓮和前两种相同，也埋于坑道内；另一个瓮大，要能大到足以容纳一个人。将大瓮倒置于坑道地面，并让监听者时刻将自己覆于瓮内听响动。利用同一个人分别谛听这两种瓮的声响情形而确定来敌的方向和位置。

　　以上几种方法被历代军事家沿袭使用。唐代李筌、宋代曾公亮、明代茅元仪等都曾在他们的军事或武器著作中记述了类似的方法。曾公亮还将《墨子》记述的蒙有皮革的瓮称为“听瓮”，而将瓮口不蒙皮革、直接覆于地道谛听的方法称为“地听”。明代抗倭名将戚继光(公元1528—1587年)曾以大瓮覆人，听敌凿地道之声。甚至在本世纪的一些现代战争中，不少国家和民族还继续采用这些古老而科学的共鸣器。

　　唐代李筌、宋代曾公亮都曾描述另一种更为简便实用的共鸣器：军队中有一种以皮革制成的名为“空胡鹿”的随军枕，让聪耳战士在行军之夜使用，“凡人马行在三十里外，东西南北皆响闻。”(《神机制敌太白阴经》卷五)宋代沈括在其著《梦溪笔谈》中记述道：以牛革制成的箭袋，用作卧枕，“附地枕之，数里内有人马声，则皆闻之”。至迟从宋代起，人们还发现，去节长竹，直埋于地，耳听竹筒口，有嗡嗡若鼓声。明代戚继光也曾用此方法，谨防倭寇偷袭。伟大的科学家沈括还对以上瓮、枕等的功用作出了物理解释。他说：“取其中虚”，“盖虚能纳声也”(《梦溪笔谈·器用》)。他的解释实质上就是现代物理学上的气柱共振现象。当声音在地面、铁轨、木材等固体中传播时，若遇空穴，空穴处产生交混回响，使原来在空气中传播的听不见的声音变得可以听见。值得注意的是，那种以竹筒听地声的方法正是近代医用听诊器的始祖。

　　共鸣器是将声音放大，以便听到远处的声音。古代中国人还发明了隔声的方法。隔声是将声音约束在一定范围内，而不让它传播出去。明代方以智说：私铸钱者，藏匿于地下室之中，以空瓮累墙，使瓮口向着室内。这样，过路人就听不见他们的锯锉之声。“何则？声为瓮所收也。”(《物理小识·天类》)至晚在19世纪上半叶，人们以同样的方法，将那种在地下的隔音室搬到地面上，以致“贴邻不闻”(《一斑录·物理篇》)他室声。可见，中国人不仅最早创建了隔音室，而且古代的这种隔音技术，也可视为现代消声技术的先导。