齐云塔蛙叫之谜 

央视国际 (2005年06月07日 16:44)

　　（编导：尤慧、林永生）

　　一座800年前修建的金代砖塔，能够发出神奇的青蛙叫声。这究竟是传说还是一种独特的声学现象？洛阳市第23中学的几个同学，决定揭开齐云塔神奇的蛙叫之谜。

　　齐云塔是中国第一古刹白马寺里的一座佛塔。据说在齐云塔旁用力拍手，能够听到类似青蛙的叫声。来到齐云塔后，同学们有些心急，纷纷在齐云塔旁使劲地拍手，可是，一番忙活后却并没有听到蛙叫声。难道这只是个传说吗？

　　一位同学突然想起，好象过去听人说过：据说要到塔的南边去拍手才管用。南边真的就可以听到蛙声吗？同学们一齐拍手，还是没反映，一个同学提出：是不是有一个距离的问题呀！于是，大家往后退了退，经过反复尝试，终于，同学们听见了蛙叫声，看来这并非只是个传说。

　　同学们今天可是有备而来，尺子等测量工具早就准备好了。他们现在就要记录下能够听到蛙声的具体位置。

　　经过测量，同学们发现在齐云塔的南面17.9米的位置能够听到蛙叫声。可是，科学研究怎么能够只做一次测量，他们还要进行多次观察。

　　在塔南偏右的位置，同学们又选择了一个点进行测量。站在这个点上拍手也能听到蛙叫声。这一次的距离是19.9米。再远一点还能不能听到蛙叫声呢？同学们又退后试了试，发现越远蛙声就越来越不明显了。

　　这时，他们突然发现刚才测量的时候有一个失误：刚才量的地方，塔那儿有一堆花，这样就不准确了，应该把花到塔基的距离也加上。经过计算，同学们发现：在齐云塔的南边偏左的位置20.1米、偏右的位置22.1米拍手，能够听到蛙叫声。

　　这时一个同学又提出：在塔的南边有蛙声只是个传说，我们应该用科学去证明一下，应该去其它方向也试一下。

　　对呀！说不定其他的方向拍手也能听到蛙叫声呢！在齐云塔的东面和西面，同学们反复拍手实验，可是怎么也听不到蛙叫声。还是年纪最小的是远发现了问题。

　　原来，齐云塔的东面和西面被护栏围住了，拍手的距离就不能那么远了，不知道这是不是听不到蛙声的原因？在齐云塔的北面，同学们也听到了拍手后的蛙叫声。

　　也许是塔北没有什么障碍物，有利于声音的传递，这次测量的距离只有17.8米。

　　在塔南和踏北分别所做的几次测量，同学们求得平均值是20米。也就是说，只要在齐云塔的南面或北面大约20米的距离拍手，就能够听到类似于青蛙的叫声。看来，齐云塔的蛙叫之谜并非只是个传说。那么为什么会有这种奇特的现象呢？

　　声音的速度不是340米每秒，那回声和这个平均值会不会有什么关系呢？同学们猜测：也许这个蛤蟆的叫声就和回声有一定的关系。

　　（小知识）回声：当声源发出的声音在传递过程中碰到障碍物时，便会被反射回来，形成 “回声”。但是如果声源和障碍物距离太近，人耳就分辨不出原发声和回声了，只有当障碍物有一定距离时，人耳才能听到这个回声。

　　那么究竟声源距离障碍物多远才能听到回声呢？

　　同学们决定找个地方去试试，找一个平面的墙壁，做一个简单回声实验。他们在白马寺内找到了一个平面的墙壁，想要试试究竟在离墙多远的距离拍手可以听到回声。

　　可是每个人的听力都不一样，于是，他们分别记录下了每个人能够听到回声的距离，从中总结规律。他们总共测了六次，每次能听见掌声都在17.1米以外，如果比它还近的话就听不见了，只要超过它就能听见回音。

　　17.1米！也就是说，声音一来一回，一共经过了34.2米的距离，根据声速340米每秒来计算，听到回声的时间是0.1005秒，超过了0.1秒，而0.1秒就是人耳能分辨出回声的时间。

　　那么，为什么在齐云塔旁大约20米处拍手，听到的回声不是象拍手那样的“啪”的一声，而是象青蛙的叫声呢？

　　同学们想这个墙是平面的，齐云塔可不是平的呀！这回，同学们又将注意力集中到了齐云塔上，他们猜测：听到的回声象青蛙叫可能跟齐云塔的建筑结构有关。于是，同学们又对齐云塔进行了仔细观察。

　　他们发现：齐云塔看上去有点倾斜；塔上还有许多小洞；塔檐好象是一个倒梯形的，而且每一个像是个倒着的台阶；塔表面凹凸不平。这些现象是不是就是形成蛙叫的原因呢？

　　这么个塔，它到底得有多高呀？要对齐云塔做研究，塔的高度当然是一个必不可少的数据，可是，这么一个封闭的高塔，又不能上去，高度该怎么测呀？

　　一个同学突然想到了一个好主意：“咱们数学上不是刚学过相似吗？对对对！我们可以用比例的方法来算一下。”

　　相似！比例！他们究竟要怎样测量？

　　原来，他们找来了一个矿泉水瓶，测量出它的高度和影子的长度后，求出一个比例来，然后再量出齐云塔影子的长度，用这个比例求出塔的高度是25米。

　　他们所观察到的种种现象，是不是就是产生蛙叫声的真正原因呢？

　　带着所观察到的记录，同学们找到了研究齐云塔的专家：洛阳白马寺文物管理所研究员徐金星老师。徐老师对同学们所做的观察给予肯定。蛤蟆叫声正是由于齐云塔，它独特的造型结构、它的形状形成的。齐云塔的塔身高大，塔砖镶砌得十分严密，所以它能对声波形成较强的反射面。塔檐下面那个檐面，它多多少少有点像凹面镜，凹面镜不是可以聚光吗，声音也有这种聚焦现象。

　　声音聚焦的现象，同学们还是头一回听说，他们设计了一个模拟实验，想感受一下声音的聚焦现象究竟是怎么回事。

　　哦！原来这就是声音的聚焦现象：一个同学在一个凹面的焦点处说话，与他相对的一个同学在另一个凹面的焦点处能够听到他的声音，而不在这个焦点上听到的声音就会有些不同。

　　综合以上因素，同学们经过讨论研究，终于揭开了齐云塔的蛙叫之谜。得出了这样的结论：

　　在离齐云塔大约20米的地方拍手，声波传到塔身后被反射回来，其中沿水平方向传播的声波，先碰到塔身并被反射回来，接着第一层塔檐也把声波反射回来；依次是第二层、第三层、第四层等等，都相继把声波反射回来。其中还包括各层塔檐在反射声波时所形成的“聚焦”现象。所以，人们听到的由齐云塔形成的回声，实际上是由好多次简单回声的叠加、延续以及所谓“聚焦”而形成的一种复杂的“综合回声”。这种“综合回声”的频率、响度和音色等和青蛙叫声非常接近。

责编：燕芳 　来源：CCTV.com