“水鸣天梯”及类似声现象的研究

发布时间：2020-06-07 04:39

【摘要】：本文深入地研究了阶梯状结构界面上的声传播问题,旨在揭示所谓的“水鸣天梯”奇异声学现象的形成机理,并试图理论上解释其它类似的声学现象。“水鸣天梯”乃指在山东即墨鹤山山顶附近台阶发现的奇特声学现象:当人在台阶从下往上行走时,站在台阶上方很远处的人能听到清晰的“水滴声”。本文根据对“水鸣天梯”声景观现象的全面观测,提出了其形成的声学机理,并进行了深入的理论探索。利用Floquet定理,文章分析探讨了声波速度势解,证实了阶梯状石质结构界面上声表面波的存在性。根据台阶的几何尺寸,计算出了 Floquet指数,给出了台阶上各阶表面波传播模式的截止频率。有限元软件的数值模拟证实了我们的理论分析。然后,根据理论预测的表面波的性质,我们重新设计并进行了现场实验。实验表明,在台阶的底部脚踏石阶或者发射的脉冲声波,经过台阶表面作用后到达台阶顶部时,只有低频成份的声能量得到了较大保留,高频部分衰减较多,与理论分析和数值模拟相一致。最终,我们确定正是周期台阶的表面波效应使得沉闷的脚踏声转变为悦耳的水滴声。根据所提出的理论,任何具有类似结构的台阶,都会存在类似的“水滴声”声学现象。为了验证此观点,我们作了较为广泛的观测。我们发现,即使普通如南京大学声西楼附近的台阶也存在类“水滴声”现象。而我们对诸如安阳长春观、芮城禹王庙的现场实测表明,类似于“水鸣天梯”的声学现象确实是广泛存在的。类似的建筑结构奇异声学现象,应该成为景观声学研究的重要内容之一。本文揭示了此类声学现象的产生机理,从而为设计类似的声景结构奠定了理论基础。
【图文】：

天梯,鹤山,定性解释,台阶

工作人员在上下楼梯时，发现了水鸣声。近年，许多声学研究人员对“招逡逑鹤回明”这一现象进行了研宄与实验，给出了合理的解释，本文在此不再赘述。逡逑“水鸣天梯”景观（见图２．１）在遇真宫三真殿旁边一座高高的台阶，名为“天逡逑梯”的上山台阶长约１４．５ｍ，共４７级。人们攀上台阶顶端，俯身倾听，就会发现逡逑只要有人沿着台阶上行，每踏出一步便有“叮咚”的声音发出，连续迈步便形成逡逑了悦耳的流水声，而且上台阶的脚步越重台阶顶端发出的声音就越响亮，称为“水逡逑鸣天梯”景观。这一现象引起了人们极大的好奇和猜测。对这一现象的猜测主要逡逑有：道家法术说和空腔共振说。道家追崇长寿，，因此当地传说道家的神奇法术使逡逑得水声和鹤声存在，当然这种说法是毫无科学依据的。而按照空腔共振说，水滴逡逑声的形成和鼓声相类似，即台阶下方存在一些空腔，当脚踩踏台阶时，某些频率逡逑会发生共振从而形成水鸣声，这一猜测一直没有得到的证实。逡逑２０１４年

封闭箱,扬声器,丹麦,测试仪器

２．２实验设计与测量逡逑为了实验验证我们的表面波之说ｎ４１，我们设计并进行了相关实验测量。实验逡逑测量在“水鸣天梯”台阶上进行，如图２．２所示。逡逑＃邋Ｊ［逡逑图２．邋２实验测量逡逑主要测试仪器型号如下：Ａｎｔｙｓｏｕｎｄ的封闭箱扬声器，丹麦ＢｒｕｅｌａｎｄＫｊａｅｒ＇Ｒ＿逡逑公司的４１９１传声器，丹麦Ｂｒｕｅｌ邋ａｎｄ邋Ｋｊａｅｒ；Ｋ＿公司的３１６０－Ａ－０２２邋Ｐｕｌｓｅ分析仪，惠逡逑普公司的便携计算机，以及专业功率放大器。现场进行了两类测量实验：垂直方逡逑向声压级衰减测量和脚踏声滤波实验。逡逑首先进行的是垂直方向声压级衰减测量实验。将计算机、Ｐｕｌｓｅ分析仪、功逡逑率放大器、扬声器以及传声器相连，组成测量系统。逡逑９逡逑
【学位授予单位】：南京大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O42

【参考文献】