莺莺塔的科学奥秘

山西省永济市普救寺，曾是武则天时期的香火盛地，更因一出《西厢记》家喻户晓。在那里，有一座莺莺塔。有人说站在塔底下，能听见蛤蟆的叫声。其实，不仅仅是蛤蟆叫，还有人听到过很清晰的唱戏声音。这座神秘的古塔为何频频发出怪声？这些怪声之间又有着怎样的联系？这其中究竟有什么奥妙？

怪声一：塔中响起了唱戏声

1986年9月，普救寺的修复工作正在进行。突然，一名工人听见了一阵奇怪的声音。这声音断断续续，从寺内的古塔中传出。

仝毅是原普救寺旅游文物管理所的所长，与普救寺相伴了30多年，一直致力于研究普救寺的历史和文化。

在与仝毅的交谈中，笔者发现，他对古塔中的哭声不但没有半分惊疑可言，而且不以为然。后来得知，他曾亲历的一幕，远比我们已知的更加扑朔迷离。仝毅说：“1987年，我们在修复的过程中，晚上没事，大家就坐在塔底下聊天，突然听见塔里面怎么唱起戏来了，而且非常清晰，演员的唱腔、道白都很清楚，大家都说很奇怪啊！”

身边的古塔，居然传来阵阵唱戏声。工人们都很纳闷，想找出究竟是谁在塔里唱戏。可这神秘人却似乎和大家玩起了捉迷藏的游戏。走进塔中，塔中空无一人，走出塔来，唱戏声却又从塔里传了出来。一阵阵的敲锣打鼓声，几乎在寺里每个角落都能听见。可找遍了佛塔的里里外外，始终没有发现任何人。

怪声二：塔中曾经蛙声一片

为了探寻古塔中的这种神秘声音，仝毅查找了关于莺莺塔发声的最早历史记载。终于，在清朝的《蒲州府志》和《永济县志》中，仝毅发现了两段相同的记载：“有声若吠蛤，盖空谷应音类矣。”意思是说这里的声音就像是金蟾的叫声在山谷之中回荡。传说中，金蟾并不是普通的蟾蜍，它只有三只脚，能吐钱，被人们当做旺财的瑞兽。但这只是人们美好的期望，并非现实。可是这蛙声又是从哪里来的呢？普救寺离黄河大约有6000米远，气候湿润，十分适合蛙类的生存，可蛙类只有在春夏繁殖的季节才会成群地鸣叫。难道100年前，普救寺里有一只不知疲倦的巨蛙？

专家释疑：

塔下击石声的波形图

与蛙声的波形图基本一致

徐俊华(中国科学院声学研究所研究员)：

经过一系列测试后，用仪器绘制出了塔下击石声的时间波形图——击石声在空气中传播时碰到障碍物就会有反射，波形图中共有13个小的回波，整齐有规律，但与建筑物共振引起的波形图并不一样，而应该是由某种物体特有的反射规律造成的。

不过，塔下击石声的时间波形图，与现实生活中青蛙叫声的时间波形图基本一致，所以莺莺塔下的拍手、击石声才会被认为是自然界青蛙的叫声。

专家现场调查，发现蛙声是敲击石块的声音形成的，是敲石头的声音通过13层塔檐反射后的结果。莺莺塔本是一座唐代的古塔，但在明朝的时候，由于地震，崩塌了，人们又重新修了一座，并保留了它原本的唐塔风貌，只是由原先的7层加盖到了13层。

经过在莺莺塔周围反复的测量试验，终于，在正对着塔且直线距离20多米的地方，我们听到了清楚的蛙鸣声。一系列精确的考察测量后，专家发现：在10米左右的地方，我们敲石头，听不到蛙声，只听到敲石头的声音或者拍手的声音。而在20米以外的地方，能听到“咯哇咯哇”的声音，这听到的声音，是从塔上空传过去的，地面也能听到，空中也能听到，站在房顶上也能听到。

怪声是不同频率声音反射形成的

古塔是怎样把叩石、击掌的声音变成青蛙叫声的呢？为什么其他的13层塔没有发现同样的现象？因为每一层塔檐都是用青砖一层一层叠涩出来的，而且每一层往外延伸宽度不完全一样。这样的结构正好形成内凹形的曲面。也正是塔檐形成的曲面，使得声音发生了改变。

鸟的叫声也好，我们敲石头、拍手的声音也好，并不是单纯的一个频率，而是分为高频、中频和低频。这3种频率接触到塔檐，发生不同的反射现象，有的被减弱，有的被增强，传到我们耳朵中就发生了声音的变异。所以我们在塔下听到的是蛙声，与自然界的蛙鸣声很相像。

美妙的声学现象

与特殊的建筑结构有关

因为塔檐的多层汇聚反射，让敲击石头的声音变成了蛤蟆的叫声。可是，那个唱戏的声音，难道也是塔檐汇聚反射之后变出来的吗？

其实声音的反射并不复杂，它就像我们平时看见的水滴，遇到障碍物会向四周溅开。如果障碍物表面相对光滑，水滴会溅得比较远，但如果障碍物表面很粗糙，水滴溅出的范围就小多了。对于莺莺塔来说，塔身和塔檐全都是用青砖叠砌而成，青砖本来就是很好的反射体，莺莺塔的青砖更是被黄土高原的风沙长年累月地吹拂，表面格外光滑，就像涂了薄薄的一层釉料，所以几乎所有的声波都被反射到了塔下。

莺莺塔现在之所以能够发出这种声音，跟它独特的建筑结构有着非常大的关系。正是因为这些13层的结构，能够产生这种多层汇聚反射的效果，所以我们才能够欣赏到如此美妙的声学现象。

（《科技日报》）