本文经授权转载自中科院物理所(ID:cas-iop)
微信最近刚上线了“拍一拍”的功能
我在群里和广大网友一样
拍的也真是乐此不疲
结果一不小心
就被师兄的窒息的操作戳到了痛处
来源:自己截的
???
我不禁三拍肚子而长叹
来源:自己拍的
肚皮被拍响的声音从来没有这么嘹亮过,仿佛就是对小编我假期没有认真锻炼身体的“肯定”,回想以前肚子上没有这么多肉的时候,好像拍自己肚子也不怎么响啊?看来这事情并不简单。
拍肚子和拍手发出声音的原理是一样的,可是为什么有的人拍的声音大有的人拍的声音小呢,为什么可以拍出pupupu,也可以拍出piapiapia呢,甚至pengpengpeng,dongdongdong,bababa。。。小编不禁想这踢里哐啷、噼哩啪啦的声音是不是能用来演奏一场交响乐呢???
声音就是振动的传递
声音传递的过程是一种振动引起的能量的传递。当物体振动时,会引起附近的空气分子振动。这种振动,会撞到附近的其他空气分子,引起其他空气分子的振动。于是空气分子就你撞我我撞他的,一直撞到我的耳朵里的空气,再进一步引起耳朵内组织的振动,这时我们就会听到声音了。声音的传递一直会持续到能量耗尽为止。
我们把声音描述成声波。我们一般用振幅来描述声音的大小。也就是说一个物体振幅越大,它引起的空气分子振动时位移就越大,所以我们听到的声音也就越大。于是在声波传播过程中,空气分子会交替的压缩和膨胀,压缩膨胀程度越大也就是振幅越大。我们用声波的频率来描述声音的高低。也就是一个物体振动频率越高,它引起的空气分子振动的越快,所以听到的声音就越尖锐。即拍手piapiapia的声音可以说是比pengpengpeng的声音高一些。[1]声波更多是一种纵波,传播的时候介质会在不同区域有疏有密,这点不同于海浪的那种横波,可以看到不同区域的起伏变化。
图1 | 声波和海浪之间的对比 来源:explainthatstuff
你拍了拍自己的脂肪,发出了巨响
你可以首先试着用手拍自己的身体的不同位置,然后再用手的不同部位去撞击不同的物体,那么你就会听出明显的差别。(友情提示,不要拍太重哦)当我们用手去拍手或者肚子、pp和大腿等这类脂肪和蛋白质含量丰富的部位时,会感觉到更容易发出更大的声音。而用手去拍脑袋或者篮球这种硬质的物体时,发出的声音要不就比较闷,要不就叭叭儿的。
来源:灌篮高手
这就容易理解了,我们拍击的动作本质上是引起的空气的振动。具体来说,当我们把手拍在柔软的身体部位时,由于手和柔软的物体容易贴合的比较好。所以当发生拍击的这一动作时,两坨肉之间的空气在没达到一定压力之前还不能及时排出。于是随着两坨肉进一步压缩中间的空气,空气压力一直升高,直到一下子突破封闭的空间。快速压缩和瞬间的膨胀会使得这种情况产生的声波振幅更大。所以听起来这种声音更洪亮(怪不得在家里呆的肚子更好拍了)。相反,拍硬质的物体时,即使我们的手是软的,但是还是不能像拍在柔软物体上那样,更快压缩更多空气。空气很容易排出去,所以产生的声音就没有那么大。但是当你穿着厚厚的毛衣再去拍时,就不会有那么大的声音了。也就是说拍打身体产生很大响声很少一部分来自肉肉的振动,更多是来自这种压缩空气而激发的振动。
你拍了拍手,发现这事还真不简单
拍手这种行为,一直以来,在大多数文化中,用来表示对表演等活动的肯定。当然也有可能是这种名场面请自行脑补掌声)。
来源:Youtube
那具体的,拍手拍出的声音都和有哪些因素有关呢?这个还真就有人做过实验[2],拣重要的说一下。
这下就不再是从主观的听觉角度来描述声音了。这个老哥把自己用手papapa的声音录下来进行了傅里叶分析得到一系列的声谱图。
图2 | 这位老哥的八种拍击模式下的平均振幅归一化FFT谱[2]
上面这个图就可以理解为一段掌声中不同频率对应的不同的振幅,把这个信息沿着频率展开就是上面这个图了。旁边为这个谱对应的拍击模式,为了看的更清楚我再列一张大一点的图。
图3 | 这位老哥的八种拍击模式[2]
我们竖着来看这个图,P1-P3对应的手型是,两只整个手掌平行地拍合在一起,但是改变了它们的相对的位置,P1是掌心对掌心,P3是掌心对手指,P2则介于两者之间。A1-A3的手型相对的位置也是从掌心对掌心变化到手指对掌心,除此之外,手掌之间还要错一定的角度,以最自然的状态拍在一起。也就是说P1的手指拍到了一起,A1的手型手指刚好错开,甚至还会弯一点点,A2、A3同理。最后A1+和A1-则是在A1的基础上刻意改变了手的弯曲程度,A1+的手掌呈杯状拍在一起,A1-的手掌伸展开则僵硬地拍在一起。
通过对比以上的谱图,可以进行以下分析:对比P1-P3随着手掌相对位置的偏移,原本相对平坦的谱线发生了变化——中频段增强,低频段减弱。A1-A3同样也可以看到这样的结果。再对比掌心对掌心的一系列手型(P1,A1,A1+,A1-)都可以看到低于1kHz的低频峰,但是没有明显的中频峰。而且杯状的手型(A1+)和伸展的手型(A1-)谱图的区别并不大。
通过以上讨论和进一步分析,可以得出这样的结论:低频峰对应的是掌心对掌心拍击引起的共鸣,中频峰对应的是手指对掌心拍击引起的共鸣。关于高频段的峰,作者没有很明确的结论,可能是手指对手指拍击引起的。但是有一说一,这位老哥用的是归一化后的频谱,不能得出声音响度的影响因素,不过在小编看来这不显然和拍手力道有关系吗,不过应该也有其他因素,比如密封程度。
我们可能会有这样一些刻板的印象比如男性拍手的声音是又慢、又低沉、又大声的,女性拍手的声音是又快,又清脆,又小声的。显然从上面这些结论中显然可以看出拍手的音色和性别完全没有关系。同样这位老哥也叫来了20位志愿者来盲听拍手音色辩认性别。“雄音低又慢,雌音高又快”,安能辨我是雄雌?还的确得出结论,从声音根本辨认不出性别。于是小编联想到,表面看起来有的女生没什么力气,但是背后扛起水桶上楼可是比男生强很多的。
你拍了拍身体,神奇的知识增加了
当我们拍手时可以将两个手掬起来呈杯状,调整角度和姿势让发出的声音非常大。从某种意义上讲,我们其实是在制造“冲击波”。冲击波中的气压可以达到3倍的大气压,合掌时产生的冲击波就会在空气中四散开来。这就和打鼓或钹的机理是一样的。[3]自然界中像枪虾这种生物甚至还可以用冲击波来攻击猎物。
图3 | 枪虾的鳌发出的冲击波 来源:Giphy
然而对于灰海豹来说,拍手是它们在向外界传递信号。虽然在水族馆里训练后的海豹“拍手”被用来取悦观众。但实际上灰海豹在水中“拍手”来激发出巨大的高频声音,是为了在求偶时显示自己的强壮或者避开竞争者。[4]
来源:Giphy
那么我们拍身体是不是能演奏出一曲交响乐呢?还真可以,有一种叫“身体打击乐”的艺术,就是利用手和身体不同部位拍击时候音色、频率和振幅不同的声音,结合一定的节奏型,从而呈现出来的一种类似于敲鼓的操作。附上一个视频链接。
难度确实有点高,我还是继续拍好自己的小肚皮吧。
参考文献:

编辑:Kun

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