世界上首先对声音做出严肃思考的是古希腊人,他们认识到,声音是一种可以被研究的自然现象;古希腊人恐怕是史上最早的不墨守成规也不惧怕宗教权威迫害而去探寻世界本质的一群人。
已知第一位对声音做出以上思考的学者是毕达哥拉斯,他的分析影响深远,不仅仅对于声音和噪声研究,对后世的整个物理科学而言也是如此。毕达哥拉斯为科学打下了根基,始于不谐和音以及不谐和这一概念。在他的时代,已经出现了很多种类的乐器,它们的工作原理也都不是秘密,比如,竖琴的发明者据说是赫尔墨斯,因为他意识到龟壳可以用作共鸣器。而另一个共同的听觉经验是,某些音符在一起(用幸存希腊文献里的说法:音符相连)使人愉快,其他的组合则不会有这样的效果。具体说来,我们今天所知的八度和声、五度和声、四度和声对当时的音乐家来说也是众所周知的。毕达哥拉斯的工作是将这些和声与简单的整数比联系起来。他由此取得的巨大成功不仅为科学研究音乐奠定了基础,而且鼓舞他本人及后来的学者进一步将数字视为解开宇宙奥秘的钥匙。毕达哥拉斯追求真理所遵循的标准是数学上的简明性与表面的和谐;沿着这一方向,后世的科学家也都发现,真理往往显现于最简洁最优雅最和谐的理论当中;如爱因斯坦所言,科学研究的基础是“对美的崇拜、对秩序与和谐的逻辑简明性的信奉,而我们的研究只能是谦逊的并且一定是不完美的”。“理性的”(rational)一词正是来自于毕达哥拉斯所秉持的科学奥秘在于整数比的深刻思想。
倘若我们能对作为声学及其他自然科学的开创者之一的毕达哥拉斯的理论发展知道得更多一点,那将是一件令人兴奋的事;但实际上我们对他的了解几近于无,毕达哥拉斯始终保守着他的秘密。他的追随者们形成的学派小心翼翼地守护着他们所信奉的真理,所以,事实上后人所知的毕达哥拉斯科学很可能只是其部分结论的断章取义,并不包括它的方法论。它的箴言里包括这样一些条律:“勿坐于器皿之上”,“勿食豆子”,“勿使燕子在家中筑巢”。
一则关于毕达哥拉斯的逸事中提到,他在着迷于声音科学特性的同时也为其感觉特性所打动。据几个世纪后的一位罗马政治家达提阿努斯所说,毕达哥拉斯“睡前醒后必抚琴作乐,以使其灵魂中永远充盈着音乐的神性”。
这样看来,科学,尤其是声学,已经有了一个良好的开端——但毕达哥拉斯接着却犯了古希腊科学研究中的一个通病:抓住一个简单的理论,只要在有限的领域内说得通,就从中推演出一个庞大的复杂的通用框架。而毕达哥拉斯所开创的模式影响了几千年。这里我们还是不得不依赖后世作家的文字,亚里士多德这样写道:
“有些思想家认为,如此庞大的物体(比如行星)移动时必然产生声音,因为我们地球上无论体积还是移动速度都远比不上星体的物体都会这样。他们还说,当太阳、月亮和一切数量如此多、体积如此大的星体以如此快的速度移动时,怎么可能不产生其大无比的声音呢?以这个假定为依据,并观察到以星体距离所衡量的星体速度与音乐和声呈现相同的比例,他们就断言星体旋转移动时发出的声音是谐和的……
“但说不通的是,我们听不到这种声音。于是,他们就解释说,这些声音打我们出生起就在我们的耳朵里,所以就与它的反面也就是寂静无声无法区别了,因为两者是靠相互对照而分别的。”
生活于3世纪早期的阿佛洛狄西亚的亚历山大说:“星体运动速度慢产生的声音就深沉,运动速度快声音就高亢,而根据它们距离的比例,这些声音的组合效果是谐和的。” 虽然这些看法本身是错误的,但毕达哥拉斯学派有关听不到的声音的概念却颇有先见之明。正如一千多年后戈特弗里德·莱布尼茨所指出的:“最好是在知觉和察觉之间做一区别,知觉是……表征外界事物的内部状态;察觉则是对这种内部状态的意识或反省认识……”
也就是说,只有当我们认识到(通过“察觉”)我们不再听到一个声音时,我们才算注意到那个声音或者获得其他的感觉;常以时钟的滴答声为例,只有当它不响的那一刹那我们才算听到它。这种经验显示出,即便意识上我们可能没有注意到一些声音,无意识上我们依然“注意”到了它们。背景噪声就是这个原理,我们没有觉察到它的存在,却仍受到它的影响。
P26-28
令人吃惊的佳作!
——《新科学家》
奇事与逸闻的宝库……这是一本精心写就、引人入胜、有趣易读的书。对于想要理解噪声的物理学与历史知识的读者,本书是个很好的起点。
——《科学美国人》
一部趣史。
——《华尔街日报》
有些人问我:“你为什么要写一本有关噪声历史的书?”他们却没有接着问:“到底什么是噪声?”或许他们本该有此一问。噪声并不像听上去那么简单,这一点大家很快就会从本书中得知。但首要的问题还是:为什么要写一本有关噪声的书?回答是,较之以往,如今噪声与我们的生活更加相关,而今后这个关系还将更加密切。造成这种状况的缘由,一方面在于噪声源的增加,另一方面也在于政府为消除噪声所付出的不懈努力。有些努力纯粹是帮倒忙,因为噪声并不总是有害的。
大多数人在使用噪声这个词时指的是“不需要的声音”,这个用法可以追溯到中世纪甚至更早。但不管使用有多广泛,“不需要的声音”总是一个不能让哲学家或者律师信服的定义。所有不需要的声音都是噪声吗?钥匙在锁中转动的声响对窃贼来说算是噪声吗?敌人的说话声呢?最不喜欢看的肥皂剧的主题旋律呢?可以肯定的是,一种“不需要的”声音指的是其本身不被需要,而不是它所意指的东西。在这个意义上,1931年英国物理学家乔治?威廉?克拉克森?凯所下的定义——“不合时宜的声音”就优于“不需要的声音”:小号声在一段爵士乐中可谓恰如其分,但在休息室中听来就不那么悦耳了;水流声在河岸边再平常不过,但从地下室中传出就有些不正常。那么,定义还有那么重要吗?毕竟,大家都知道噪声是什么,即便很难找出一些例子来赢得所有人的认可。然而,事实上,定义噪声对于如何治理噪声至关重要。小到个人、家庭、地方政府,大到国家、跨国组织,规模不一,态度不一,标准不一,都在试图消减噪声;倘若噪声是如此主观和无法定义的一个东西,人们该如何行动呢?查禁噪声与查禁坏音乐或者不好笑的喜剧难道不有几分相似吗?
给噪声下定义同时也能确定噪声之间共有的物理特征,有助于噪声控制。除提供一个对象供大家商讨、争辩、取得共识之外,找出一些物理指标来对噪声进行测量也是必不可少的,出于法律或科学的目的均是如此。所幸,的确存在一些类型的声音,它们具有某些相同的物理特征,同时被广泛地认为是噪声。此类声音通常较强烈,如果它们来得突然,则更是典型(自然也就更糟糕)。另一个特征是许多声音杂混在一起。
在远程通信和工程领域,噪声的含义稍有不同,指的是无意义的声音。因此,信号噪声比是衡量信号质量即信息内容的一个指标。噪声的这个定义与它的日常用法有时会有矛盾,比如,某人冲你喊叫咒骂,可谓是噪声,但却不太可能是毫无意义的,炮火声也是如此。这里我们再次发现,发出噪声的理由比噪声本身的内容更重要。
放到环境的语境中,噪声则是一种污染形式。它的种种表现依然为“不合时宜的声音”所涵盖,但将其归类为污染就使得治理变得容易得多,一方面因为污染已被定义为必须避免、控制和消除的,另一方面也可以有效地将噪声和化学废料、过剩光、放射性物质等其他污染物归为一类。如我们将看到的,治理噪声的一个关键途径就是把它与其他事物并列起来进行斗争。此外,将噪声视为污染物也意味着它不单单是人类的问题;拿海洋来说,近年来噪声对海洋生物的影响也愈加显著。
音乐方面,虽然除了那些厌恶它的人之外,一段乐曲很少会被形容为“噪声”,但从历史上看,与噪声密切相关的不谐和音程却对音乐发展起着关键作用——无论从哪个角度来定义,不谐和音程始终是谐和音程的对立面。如同普遍意义上的噪声一样,不谐和音程具有物理和感知的双重因素。同时或紧接演奏频率非各自整数倍数的音就会产生不谐和音程,心理上它会引起一定程度的不安,但少了它音乐又会变得过分平淡。
不谐和音程并非唯一一种不能被当做“不合时宜的声音”的噪声。冲击波和高强度声音等高频区声波在扫描方面具有巨大用途,从胎儿到铁路轨道无一不可,更高能量的声波则被用来切割金属和杀死肿瘤细胞。在可听声层次,大展身手的是噪声武器。低频区的次声波则依然是一个陌生和有待探索的领域。
了解“噪声”一词的词源对定义它没有什么帮助。奇怪的是,它来自于“恶心”(nausea)——奇怪但并不完全无关。根据2007年索尔福德大学声学研究中心的特雷弗?考克斯的一项调查,呕吐声是世界上最不受欢迎的噪声。
但有人又问了:“为什么你要写噪声的历史呢?”我的看法是,看待噪声的方式以及噪声难以控制的理由,往往根植于它与我们之间关系的历史演变之中。噪声是人类永恒的伴侣,时而是殊死搏斗的敌人,时而是有待训练的仆人,时而是音乐作品中谨慎点缀的元素,时而是一个待解之谜,或一支需要抚慰的力量。某种意义上,回顾噪声的历史就是回顾人类自身的历史。
那么,肯定某些心直口快的读者又会问了(或者看上去好像要问):“为什么是你来写这本噪声史呢?”理由在于,我曾经从事过的唯一一份正式工作就是在位于特丁顿的英国国家物理实验室的声学部(并且担任了若干年的负责人),离开那里之后我从事自由职业,但依然没有离开这一行。我是一名科学家,但并不意味着本书是一本教材。它是第一也是唯一一本有关所有形式噪声的历史著作,但绝不是唯一一本关于噪声的书籍。说到这里,不得不提到另一个写作本书的缘由:所有其他有关噪声的书籍都是技术性的,或者号召大家拿起武器与噪声斗争到底的檄文。本书尽管也会谈到大量的科学,当然也会摆出大量的观点,但本书的基本点是讲故事。
从古至今,噪声一直是一个世界性的问题,因而在写作本书时,我的初衷是要讲述各个时代与各个场合的噪声,但很快我便意识到这是一项不可能完成的任务。古代的状况,除了从古希腊、古罗马以及少数古埃及人的著述中可以一窥端倪外便一无所知;中世纪史料的匮乏同样不能幸免;实际上,一直到几十年前,关于噪声的讨论大都局限于英美两国,这其中,有关纽约和伦敦的材料又占了绝大多数。但至少在某种程度上,以上地区所面临的状况从过去到现在都是普遍性的。
本书不能称为一本真正的科学史,因为最早的录音设备直到19世纪下半叶才发明出来,有效的噪声测量设备则要等到20世纪20年代。对这些科学仪器诞生之前时代的噪声史,我们只能从日记、书籍、庭审记录甚至绘画之中寻找线索。
在进入史前时期的噪声之前,我们有必要先粗略地了解一些有关噪声的科学知识。噪声是什么样的声音?噪声传入人耳时又会发生什么?
罗马人嘲笑锡巴里斯人把公鸡赶出城邦是小题大做、意志薄弱,但是吵闹的罗马让凯撒也不得不给卧室加盖上第二道墙。
很难说18世纪为声学做出了什么重要贡献,但也有例外,诺勒神父为声音能否在水中传播的争论画上了句号,方法很简单——他将头浸入了水中。
抱怨他人制造噪音,或被别人当做噪声源,不论愿意与否,噪声一直充斥着我们的世界,在我们的生活中充当着各种不同的角色。英国国家物理实验室声学部前负责人迈克·戈德史密斯搜集了从古至今关于噪声的人类记录,梳理了人类认识噪声的历史。不免让人吃惊的是,噪声引起人类注意如此之早,人类对噪声的研究却如此之晚,这就有了《吵(噪声的历史)》一书中的各种奇闻逸事。
噪声到底是什么?英国国家物理实验室声学部前主管、自由科普作家迈克·戈德史密斯搜集古今记录,为那些我们讨厌的声音书写历史《吵(噪声的历史)》。这里的主角们一定希望,他们的故事还是不为人知,而本书也确实不负众望。
本书适读于那些想要理解噪声的物理学与历史知识的读者。