在冰上丟石頭發出奇特的聲音

Table of Contents

主要內容

冰是種很奇特的物質。首先，儘管它是固體，但它的密度比液態水低。其次，它以發出一些相當刺耳的聲音而聞名。在結冰的湖面上丟石頭，你可能會聽到一種高音的聲音，這種聲音既熟悉又異世界的感覺。這像是異國鳥類的啁啾聲，或者像來自遙遠星系的激光聲。

2014年，威廉姆斯在冰封的阿拉斯加湖面上投擲石頭，並將其拍攝成影片。這個簡單的動作產生了高音的、未來感十足的聲音，讓他一舉成名。

威廉姆斯的影片展示了一個經典的聲學色散例子。聲波由多種頻率組成，包括高頻和低頻。當聲音在空氣中傳播時，這些組成頻率通常以相同速度傳播，因此它們幾乎同時到達人耳。

但有時，當聲波穿過固體介質（如冰）時，這些高頻和低頻會被分離。由於高頻波長較快，它們會比低頻波長提前到達。因此，你可能會聽到同一聲音中的高音和低音之間的間隙。這就是聲學色散的基本原理。

這一現象很容易重現。如果你用錘子敲擊一根細長的金屬棒、金屬線或彈簧，高頻振動會以比低頻振動更快的速度穿過物體，產生尖銳的聲響。原版《星球大戰》三部曲中的經典激光聲效就是用這種方法製作的。（“Pew! Pew!”）

大型冰層也容易發生聲學色散，這解釋了科里·威廉姆斯在冰封的湖面上丟石頭所引發的瘋狂噪音。如果你想模仿他的實驗，你需要站在遠離結冰水體的地方。

空間會擴大高頻和低頻波長之間的間隙。在短距離內，高頻不會有太多機會超前。但在大而寬的冰層或長條金屬上，高頻波和慢頻波之間的分離程度會增加。

另一種誘發聲學色散的方法是滑冰穿越結冰的湖泊。通過在冰上滑行，滑冰者可以產生一系列的尖銳聲響，這會讓人聯想到《絕地大反攻》中的太空戰爭聲效。然而，那些進行這項運動的人表示，在進行滑冰時，你無法親自聽到這些聲音，因為在這種情況下，你距離聲音源太近了：自己。

冰不需要人類的幫助也會發出怪異的啁啾聲，順便說一句。結冰水體的表面自然會彎曲和開裂，這往往會引發響亮的色散噪音。但如果你在野外聽到這些聲音，請隨意假裝自己站在冰星球霍斯上。我們不會介意的。

沒有人想要走在薄冰上。為此，一組研究人員研究了聲學色散作為評估湖泊、池塘和運河上冰層厚度的方法。他們的結論是，如果你把石頭扔到冰面上，所產生的“Pew! Pew!”聲音高於鋼琴鍵E4，那麼冰面就不安全。