01 聲音的曆史 Past Sounds
137億年前的聲音
聲音的起源可以追溯到很久以前，遠在宇宙大爆炸發生之後不久。很遺憾，宇宙大爆炸本身是寂靜無聲的。事實上，聲波在傳播媒介出現之時就形成了，那是在宇宙誕生30萬年後，但直到130億年後能夠傾聽到它的人類才出現。
原始聲音的頻率非常低，卻蘊含著巨大的能量。新生宇宙的等離子體在太空中以不規則的方式開始排列，在此過程中，聲音形成了。最終，在密度較大的區域誕生了星係，其中包括我們賴以生存的地球的前身，還有太陽。
從幾十億年前到地球誕生的最初數天(大約46億年前)，有大量的聲音穿過這顆固體行星的外殼和它的地下液態區，在它的大氣層中反彈、轉彎。最終，炎熱的土地逐漸冷卻，降雨匯聚成海洋，而海洋中充滿了聲音。最早的生物進化環境中有多種多樣的聲音，這些聲音深刻地影響了原始生物的形態、習性和命運。
500萬年前的聽覺
對人類來說，聽覺和觸覺有明顯的區別，但對海洋生物來說卻並不如此。就像振動可以穿過我們的身體一樣，聲音能輕鬆地通過海洋生物的身體。魚類依靠名為神經丘的結構感知聲音，這種結構分布在它們的身體表麵，除此以外，魚類還有其他幾個負責聽覺的結構。神經丘含有與人耳裏的毛細胞類似的細胞，魚類依靠神經丘獲得有關附近聲音強度和方向的信息。神經丘這種結構大約在5億年前就已經演化形成。
為了探測經由空氣傳導的聲音，鼓膜和耳蝸必不可少。因此，在大約4億年前，當兩棲動物在陸地上定居後，鼓膜和耳蝸就開始演化了。交流可能是聽覺進化的主要推動力，因為聲音具有遠遠超過視覺信號的優勢。盡管一些海洋生物擁有發光和改變顏色的能力，但燈光表演遠比製造噪聲更具挑戰性，傳播範圍也更小。製造噪聲很容易，就像呼吸一樣簡單。對人類來說，呼吸發出的聲音(由我們的大腦精確控製)賦予了我們說話的能力。
4萬年前的音樂
對音樂的喜好是人類一種神秘且古老的樂趣。4萬多年前，尼安德特人可能就已經有了笛子。在智人時期，一個沒有石鑼的洞穴，設施再齊全也不能算作完整的洞穴。人類的第一次歌唱甚至可能出現在語言之前。但這是為什麽呢？能享受音樂並不是什麽明顯的演化優勢。達爾文對此也感到困惑，但他提出，對音樂的品味可能是基於求偶儀式中的聲音而產生的，至今也有許多人讚同這一觀點。然而，還有一些人更喜歡進化心理學家史蒂芬·平克(Steven Pinker)的提議。他認為音樂是一種聽覺的“芝士蛋糕”，我們享受它不是因為這種偏好能夠幫助我們的祖先生存下來，而是因為許多由“芝士蛋糕”激發的情感本身就具有演化的價值。簡單來說，水果的芳香顯示了它已經成熟，而香醇的風味表明其中有富含能量的脂肪。人類喜歡音樂或許是因為音樂讓我們想起了鳥類，鳥類的存在表明附近沒有大型肉食動物。
2500年前的和聲
如今，聲音在我們的生活中扮演著各種各樣的角色。我們的許多發明都致力於創造、傳輸、存儲、修改或複製聲音。但人類征服聲音的想法不是最近才開始的。我們所知道的一些最古老的人工製品就是樂器，而且聲學是最早的科學研究領域之一。公元前500年左右，畢達哥拉斯(Pythagoras)發現，當兩根弦中一根的長度為另一根的一半時，撥動這兩根不同長度的弦發出的聲音可以和諧地融合在一起，這樣的兩個音之間的“距離”就是一個八度。根據定義和人們的共識，八度音程是所有音程中最和諧的。如果兩根弦的長度比是其他簡單的數字比例，那麽其所產生的雙音聽起來幾乎也是同樣和諧的。例如，如果一根弦是另一根弦的1.5倍長，就會產生一個五度音程。
相傳，在鐵匠鋪裏，畢達哥拉斯聽到鐵匠們敲打鐵錘時發出的和諧聲音，從而發現了這一現象。作為當時一名剛嶄露頭角的科學家，他稱量了鐵匠們所用錘子的重量，發現那些發出悅耳聲音的錘子的重量之間是簡單的倍數關係。考慮到錘子所發出的聲音的頻率不是由其重量決定的，這個故事能流傳至今令人驚訝。不過，無論是什麽真正激起了他的興趣，畢達哥拉斯用來研究和聲的樂器其實是單弦樂器，即一種由一個可移動的琴馬來控製單根弦長的樂器。
對畢達哥拉斯來說，聲音的愉悅感是通過整數比來定義的，這一事實表明，數字是宇宙的關鍵。[1]所以他或許的確說過“萬物皆數”[2]。今天的科學家會同意這一觀點。而且，就畢達哥拉斯對科學方法、數學、音樂製作和聲學的影響而言，他的發現可能是所有科學突破中最偉大的突破之一。
雖然任何製作或演奏弦樂器的人都知道弦的張力與長度一樣能夠影響弦所能發出的聲音(這就是為什麽要用卷弦器來為弦樂器調音)，但這一現象直到16世紀才被科學家伽利略·伽利雷(Galileo Galilei)的父親文森佐·伽利雷(Vincenzo Galilei)量化，他發現音高隨著琴弦張力的平方根的增加而增加，現在我們知道它還取決於弦的直徑和密度。
希臘人對聲音的實用性很感興趣，因為他們熱衷於讓別人聽到自己的聲音：戲劇、演說、辯論、歌曲、頌歌和宣言比比皆是。他們最偉大的符合聲學結構的建築或許是建於公元前4世紀的埃皮達魯斯劇院。盡管該劇院的舞台中心到最後一排的距離約為60米，但在1400個座位中的任何一個地方都能清晰地聽到演員的聲音，要知道這些座位足足有55排之多。劇院的聲學秘密就藏在座椅中。這些座椅由石灰石製成，波紋狀的表麵以及座椅之間的空間都有助於吸收頻率低於500赫茲的聲音，並反射頻率更高的聲音，從而降低觀眾竊竊私語的雜音音量，使演出效果更好。
美中不足的是，埃皮達魯斯劇院是露天的。由於沒有天花板，聲音無法完全容納於室內，所以演講者必須非常大聲，這不僅令演講者聲嘶力竭，也會剝奪聲音的微妙變化。盡管傳說中希臘人擁有擴音器，但這隻是傳說。直到17世紀70年代，擴音器才由德國的亞森納希思·柯歇爾(Athanasius Kircher)和英國的薩繆爾·莫蘭(Samuel Morland)發明出來。此外，由於劇院是露天的，外麵傳來的噪聲也很容易對劇院內部產生幹擾，不過埃皮達魯斯劇院在演出時應該還是安靜的，因為大多數當地居民都坐在劇院裏了。
室內公共空間解決了上述這些問題，但又產生了新的問題，即回聲和混響。要使回聲成為回聲，必須要使聲音兩次被聽到之間的時間差在1/20秒以上。如果在那之前被聽到，耳朵隻會把兩個聲音當作一個更大的聲音來處理。聽覺中的1/20秒相當於視覺中的1/5秒，在視覺中，我們的眼睛需要間隔1/5秒才能將一個變化的東西看作兩個獨立的圖像(因此，當相機幀的移動速度超過視覺識別獨立圖像的速度時，我們就會覺得畫麵動起來了，這是人類的“視覺暫留現象”，即當一係列靜態影像快速切換時，我們就可以看到流暢畫麵)。
由於空氣中的聲音在1/20秒內的傳播距離約為10米，任何比這個距離大的房間(在任何維度上)都是可能產生回聲的回音室。幸運的是，回聲可以通過包有柔軟織物的物體(比如觀眾)來減少。
當然，聲音不光有科學屬性和娛樂屬性。即使是沒有語意的聲音也承載著意義，而且其中大部分意義是在史前時期就被賦予的，例如：令人感到孤獨的風嘯、令人震驚的痛苦尖叫、鳥兒歡快的歌聲、孩子們快樂的笑聲，等等。在上述這些以及其他許多情況中，演化在聲音和情感之間建立了牢不可破的聯係。這些情感上的依戀自古以來就被人類所利用，例如，戰爭中的呐喊長期以來一直存在，它既是為了讓敵人不寒而栗，也是為了振奮士氣和喚起戰友的勇氣。
現代社會：聲音科學及延伸
在古希臘人對聲音進行簡單探索之後，直到17世紀人們才開始對聲音的本質進行研究。當時，羅伯特·胡克(Robert Hooke)通過簡單的論證證明了頻率和音高之間是相互關聯的。雖然艾薩克·牛頓(Isaac Newton)提出了一種聲速方程，但這個方程是不正確的，直到1816年皮埃爾·西蒙·拉普拉斯(Pierre Simon Laplace)才推導出一個準確的版本。拉普拉斯證明聲速隻取決於它所經過的介質的密度和彈性(見框1)，該公式的估算準確度相當高。
19世紀中葉，第一個電聲設備的發明引發了人類理解和控製聲音的革命。麥克風、電話和揚聲器相繼出現，極大地刺激了研究、商業和藝術的發展。
1903年發明的二極管(第一個整流器，最初用於探測無線電信號)和1906年發明的三極管(第一個放大器)拉開了20世紀電子工程學的序幕。兩次世界大戰極大地促進了電子學的蓬勃發展，人類對潛艇戰和艦船探測的興趣也引發了水下聲學的研究。
雖然在19世紀，人們偶爾討論過有頻率太高而人類無法聽到的聲音存在，但相關研究隻局限於人類所能聽到的最高頻率的上限。盡管這些高頻聲音很容易由火花、哨聲、噴氣機或壓電晶體發出，但直到第一次世界大戰，當人們意識到它們可以作為聲呐係統的一部分投入使用時，才對它們產生了興趣。戰爭結束後不久，就有進一步的研究表明，這種聲音具有一係列獨特的性質，但並非所有的特性都能解釋清楚，例如：它們能殺死生物，引起化學變化，產生光和熱，並能使木頭爆炸發出陣陣火花。它們之所以被稱為超聲，部分原因可能是它們擁有奇特的力量。雖然遠沒有X射線、α射線和γ射線那麽有名，但超聲很快就獲得了類似的聲譽——借助科學工具從自然界中獲得的神秘力量，
並且仍然保持著近乎超自然的神秘魅力。
直到20世紀中葉，人們才真正理解並學會利用超聲波的力量。當時，電聲放大技術實實在在地改變了世界。以前，受演講者音量和演講場地大小的限製，演講者最多隻能麵對幾千名觀眾。而現在，他們可以和成千上萬公裏之外的人交流——無論是即時，還是在一天或一個世紀之後。聲音能夠以一種前所未有的方式被捕捉、記錄和分析。
聲音在許多全新領域都開始嶄露頭角，例如一門定義不清的學科——聲音藝術。它起源於20世紀初至30年代的未來主義運動，得益於電子音樂和錄音技術的發展。路易吉·魯索洛(Luigi Russolo)的《未來大協奏曲》(Gran Concerto Futuristico， 1917)是早期的一個重要例子。最近的一個例子是蘇珊·菲利普斯(Susan Philipsz)的《低地》(Lowlands)，這是一首挽歌的一係列變奏曲，並在2010年贏得了特納獎。一個相關的領域是環境音樂，通常被批評者稱為助興音樂(muzak)[3]，它的設計初衷是為公共場合提供合適的背景音樂。布萊恩·伊諾(Brian Eno)的專輯《環境1：機場音樂》(Ambient 1: Music for Airports， 1978)就是一個很好的例子，而超市裏沒完沒了的甜膩聖誕頌歌以及伴隨著這些音樂被迫裝扮成精靈的陰鬱員工則是一個壞例子。
環境音樂是人造聲景的一個實例。這個概念是由穆瑞·謝弗(Murray Schafer)推廣開來的。穆瑞·謝弗曾在20世紀60年代末於溫哥華啟動了名為“世界聲景計劃”的國際研究項目，這一計劃在1993年促成了世界聲學生態論壇的設立。謝弗具有很大的影響力，其中一部分原因在於他令人振奮的主張，即聲學環境不僅可以揭示居住在其中的人的社會狀況，甚至可以預測社會將如何演變。
運用謝弗的方法，經濟學家、博學多才的雅克·阿塔利(Jacques Attali)提出，音樂風俗的變化預示著社會將發生更廣泛的變化。這種觀點由曆史學家阿蘭·科爾賓(Alain Corbin)進一步發展，科爾賓認為，18世紀和19世紀法國鄉村的鍾聲塑造了那裏的社會和經濟關係。藝術家兼作家布蘭登·拉貝爾(Brandon Labelle)說：“我的感覺是，僅僅從一種聲音裏就可以窺見整個曆史和文化。”
更普遍的是，聲景這一概念在一係列享有盛譽的學科中風行起來，雖然謝弗原本定義的術語已經在涉及相對和動態特性的聲學環境應用中使用。技術曆史學家艾米麗·湯普森(Emily Thompson)指出，聲學環境“既是物理環境，同時也是我們感知環境的一種方式”。
在電影中，人造聲景的構建在一定程度上是通過音效來實現的。自廣播劇誕生以來，人造聲景一直是廣播劇的支柱。例如，在古希臘時期人們就能在劇院裏聽到人造的打雷聲。在電影中，設計、製作和使聲音效果與屏幕上的事件同步的工藝被稱為擬音(Foley)[4]。
現在我們已經不再僅僅依賴耳朵感知聲音，也不隻依賴人聲和機械設備來產生聲音。我們可以研究和使用超低頻、超高頻或非常弱的聲音，人們甚至都無法聽到它們。我們還可以生成具有巨大能量的聲束，並應用在醫學、國防、地圖測繪及許多其他領域。第二次世界大戰以來，人們研究出了生產和引導超高強度的聲束的方法，使基於聲音的武器開始真正發展起來。當前仍在使用中的最著名的例子是遠程聲學設備(LRAD)[5]，它可以發出語言指令或令人不快的聲音。在一些國家，它一直被用來對付敵人和野生動物。
隨著人類社會的進步，聲音得到越來越廣泛的應用，噪聲汙染也蔓延到了世界上的許多地方。高度敏感的聽覺係統曾經為我們的祖先帶來了無數便利，使我們能夠享受音樂和便捷交流，但現在它也給我們帶來了煩惱、壓力和傷害。
因此，雖然我們已經精通聲音的產生，但還遠遠不能控製它。為了能夠控製聲音，我們需要了解它的本質。
[1] 意指宇宙萬物都遵循數字規則和比例。
[2] 此處原文為All is number，出自畢達哥拉斯的名言。
[3] muzak又譯為穆紮克音樂，即安靜柔和的背景音樂。
[4] 以音效藝術家傑克·弗利(Jack Foley)命名，一種將生活中的聲音加入電影中的後期處理技術。
[5] 一種聲波武器，可以驅散大規模集結的人群。