什么是声——无所不在的声波：声音是怎样传播的（8）

声波的聚焦和扩散

我们把凸透镜放在阳光下，在透镜下面放一张纸，调整透镜的高度就可以在纸上出现一个亮点，亮点热度很高，纸很快就烧糊了，过一会儿纸就着了。这叫聚焦，这是大家都知道的事。但声音能不能聚焦呢，聚焦有什么效果，用什么办法能聚焦呢?光聚焦的办法大都用透镜，因为玻璃的光学性能很好，做成透镜也不太困难。在声波就比较麻烦，高频率的声波，许多材料的声吸收都很大。用作透镜在聚焦过程中把许多能量都消耗了。在超声显微镜中，发射换能器是平板的，要把声能聚焦很好，才能使显微镜有高的分辨力。所以在换能器前放一块后面是平的，前面有个半球形凹陷的蓝宝石透镜，可以把声波聚焦到500埃，这里不得不用蓝宝石单晶，因为它在高频的吸收损耗小。在低一点的频率上聚焦一般用两种方法，一种是把换能器排在一个凹球面上，这样能量就可以聚焦到园心上，可以在园心处得到很高的能量。做超声手术刀或超声治癌等应用一般用这种办法。另种方法就是用一个大的反射罩。比如在震波碎石技术中，就是做一个大的半椭球体反射罩，中间放水，外边是空气，这样水中的声波在反射罩上就会很好的反射。如果在椭球的一个焦点上用火花放电产生激波，这些波由于椭球壁的反射，能量焦中到椭球的另一个焦点上。把患肾结石的病人放在半椭球体壳里的水中，把结石的位置调到焦点上，电火花产生的声能就会聚焦在结石上，放电若干次就可以把结石打碎。

声聚焦也有别的效果。在天坛的三音石就是在环丘中点，拍一下掌，声波四面散开，碰到石栏杆或墙壁反射回来，在三音石处聚焦，再散开到四方，反射后再聚焦……这样可以听到多次反射的声音。如果在建筑物中有圆形的墙，或拱形的屋顶，声音就会聚焦，在某个地方特别响。如果发音的地位正处在焦点上，那么墙壁反射回来的声就会聚焦在发音的位置，电子放大系统就会阻塞，讲不出话来，所以这些凹面是建筑声学的大忌。

为了使声音扩散，在建筑中有意地装一些凸面，声波射到这些凸面上就会向四面散射，使声场分布更为均匀。有时还从顶拥上吊下一些“扩散体”来，使声音扩散，吉孺雨去均匀。