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声学知识拍了拍你的哲学笔记本
2021/11/04 | 作者:赫兹科普社 何琪 | 【 【打印】【关闭】

  年年岁岁花相似,岁岁年年人不同。又到一年高考季,但今年似乎连凑热闹点评作文的同学都不太多,是因为看不懂嘛?果然,再也不是多年前那个“上知天文,下知地理,中晓人和”的阳光美少年了……

  高中的习题集是找不到了,印象中都卖废品换成快乐水啦。但大学期间的课堂笔记倒有保存一些,偶尔翻出来看看还是会觉得蛮有意思:

  听科学严谨的大物导师讲哲学是怎样的体验?

  这里分享几页自己的独门秘籍给大家:

  

  ▲ (图/课本《声学基础》)

  

  ▲ (简谐振动:位移随时间的变化规律呈余弦形式)

  做实验:将弹簧一端固定,另一端系一个大小适中的重物,重量不能太轻使弹簧感觉不到,也不能太重让弹簧彻底没了感觉,用手往下拉或者向上推一下重物,观察弹簧的带飞轨迹。

  知识点:声是由物体振动而来,当质量为M的物体系于弹性系数为K的弹簧上,无外力干扰时质点在平衡位置附近做往返运动,其位移随时间的变化规律呈余弦形式。

  哲学点:《周易·丰》指出,日中则昃,月盈则食,天地盈虚,与时消息。

  宇宙间一切的运动变化都有起有伏,有兴有衰,人生亦是如此。顺、逆境是交替循环的,保持一颗平常心,巅峰时刻不骄不躁、低谷期间不卑不亢。

  

  ▲ (图/知乎网友Heinrich

  

  ▲ (傅里叶变换:将满足一定条件的某个函数表示成三角函数)

  做实验:没必要闻鸡起舞,也无需夜深人静,平平常常地记录一小段歌喉,安安静静地导入软件里就可以分析信号了,不要分享你的成果给其余人,他们只觉得吵闹。

  知识点:任何连续测量的时域信号,都可以表示为不同频率的正弦波信号的叠加。

  哲学点:《金刚经》指出,一切有为法,如梦幻泡影,如露亦如电,应作如是观。

  事物的表象纷繁复杂,会遮蔽我们的眼睛,成为认识中的障碍。因此不要对此过于执着,透过表象深入本质,才能真正洞彻自然和人生的奥秘。

  

  ▲ (图/课本《声呐技术》)

  

  ▲ (N元等间距线阵的归一化自然指向性函数)

  做实验:风和日丽的一天,拿着设备去沙滩记录海浪“哭的声音”,虽然说碓城堡是很有趣啦,但也应该偶尔地关注下仪器是否在正常工作,毕竟老师更想看“利用环境噪声互相关实现散射体无源成像”的专业报告,而非你是整个沙场最强建筑师的朋友圈。

  知识点:N个无方向性阵元组成的接收传感器阵,将所有阵元的信号相加得到的输出便是基阵的自然指向性。若有一远场平面波入射到基阵,它的输出幅度会随着平面波入射角度的变化而变化。

  哲学点:《论语》指出,吾十有五志于学。

  找到某种境遇下最合适自己的方向往往是最重要的,选择有时会比努力重要,找准方向是第一步,合宜的境遇中做合宜的事情,终成大器。

  

  ▲ (图/课本《水声学原理》)

  

  ▲ (浅海的声传播规律)

  做实验:稿纸准备就绪、笔芯蓄势待发、热水刚好满上,在知识的海洋里自由探索吧。

  知识点:声场的波动方程是一个二阶偏微分方程,仅在某些特定的边界条件下有解析形式的解。根据使用的特定几何假设及解的表达形式的不同,波动方程有多种类型的数值解。常见的有:射线方法、简正波方法、抛物方程方法等。

  哲学点:《周易·系辞下》指出,不可为典要,唯变所适。

  一切都在变化之中,并没有一个永恒不变的实体。人生在世,面临无数的境遇与选择,亦非一成不变。人生没有唯一解,具体问题具体分析。

  

  ▲ (图/课本《水声学原理》)

  

  ▲ (开阔海域的典型温度剖面图)

  做实验:海有点儿深,水有点儿冷,亲身去直观感受有点费劲儿……出海做实验借助仪器观察即可,

  晕船的时候钓钓鱼、拍拍照,风景那也是极好的。

  知识点:海水中的声速随温度、盐度和静压力而变,可以用经验公式来表示他们之间的关系。海水中的声速变化,相对其本身一般是很小的,但由此引起的声传播特性却可能发生大的变化,导致海水中的声能分布、声传播距离等发生明显变化。

  哲学点:《鬼谷子·抵巇(音同“西”)》指出,经起秋毫之末,挥之于太山之本。

  我们无时无刻不是独立地、与世界相关联地生活着,一些小的变化或许就会对我们的生活造成大的影响,因此需要见微知著,知几知微。

  

  ▲ (图/2016年论文 Multisnapshot Sparse Bayesian Learning for DOA

  

  ▲ (信噪比:信号与噪声的比例)

  做实验:老师讲课的声音倒也蛮洪亮,可耐不住左边的“三杀”和右边的鼾声渐起,知识点就慢慢地被淹没听不见了……

  知识点:信号功率与噪声功率的差值,用分贝表示,称为信噪比。信噪比越高,角度估计性能越好,误差越小。

  哲学点:《庄子·达生》指出,用志不分,乃凝于神。

  受到太多外界干扰时,容易迷失方向,无法专心致志,集中精神。抑制掉那些无用的信息,全神贯注,才能有所收获。

  “看大物如大雾,不能大悟终将大误”这个段子当年很火,常见临时抱佛脚的同学感慨于考试前。然而物理本身是一门通过观察并开展实验来跟大自然打交道的学问,探索规律的起点应由感性的好奇心开始,并不是对着天书念经,那样只能“学物理,如雾里,雾里看物理,勿理物理”……

  声学就是有趣的物理学分支学科之一,水声、电声、噪声、建筑声、心理声、生物声、地震声……听得到、听不到,听上瘾、听烦躁的都能研究,十分欢迎今年高考的优秀新同学填报相关专业,未来可以一起科wanshua、探索未知,也希望奋战在一线的老同学们可以不忘初心,继续热爱。

  (中国人民大学哲学系尹海洋对本文亦有贡献)

 
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