文／簡麗賢

課堂講授聲音物理學時，我提到「聲音可以傷人，也可以滅火喔！」學生驚訝地問「真的嗎？怎麼滅火？」我立即交代查詢網路資料。沒多久，學生不約而同地說：「真的耶！美國的大學十年前研究過，聲音可以滅火。」

若要有效滅火，概念之一是減少空氣中的助燃物氧氣。常用的滅火器中如乾粉（碳酸氫鈉）滅火器、泡沫滅火器等，這些滅火器經化學反應與高壓推進作用而滅火後，可能一片狼藉，留下周遭環境粉塵與難聞的味道。是否能發明一種滅火器，既能發揮滅火功能，又不致造成環境滿目瘡痍？聲音做得到喔！聲音如何滅火？這與聲音的特性有關。

聲音現象 造成波動



聲音具有反射、折射、干涉、繞射、共振、都卜勒效應和駐波等波動現象。研究者採用頻率30赫茲的聲波，用鐵鍋著火模擬廚房炒菜起火的情境，當定向聲波滅火器一靠近起火點，火焰瞬間熄滅。

深入地分析，空氣中的聲波是一種疏密波，透過振動源的聲波產生器造成擾動，經由空氣傳遞將波動的能量傳播出去，且因壓力變化而壓縮空氣，使空氣分子一會兒變得稠密，一會兒變得稀疏，造成氧氣密度不均勻。因空氣分子的分布有疏有密，密區空氣分子較集中，疏區空氣較稀薄；而且聲音頻率愈低，疏區的空氣愈稀薄，一旦火苗落在疏區，會因助燃的氧氣較少而熄滅。因此，可以利用低頻率、長波長、高分貝音量的聲音減少空氣的存在，讓火焰處的空氣分布較疏鬆，藉此減少火焰處的空氣助燃物，達到熄滅火焰的目的。

聲音能量 如掌中雷



有人說聲音的能量，指的是聲波能傳遞能量。周星馳的電影《功夫》裡頭有「獅吼功」，能摧毀擋在眼前的阻礙；現實生活也有大卡車的車輪爆胎，巨大聲響轟天烈地，震耳欲聾，震破車窗，造成汽車車門鈑金凹陷。爆胎的聲音毀損汽車，說明爆胎瞬間產生空氣擾動，形成巨大能量，而聲波傳遞能量與武俠片的「掌中雷」造成空氣瞬間振動，傳遞能量而擊退敵人，異曲同工。

若能善用聲波傳遞能量的特性，設計聲音滅火器，對於保護畫作和珍貴文物大有裨益。

有人問高速飛行的戰機為何嚇死雞鴨鵝群？這也涉及聲波傳遞能量，只是高速飛行的戰機衍生都卜勒效應與音爆的現象，嚇壞雞鴨鵝群，釀成踩踏致死的悲劇。

日常生活中常聽到消防車、救護車或警車的鳴笛聲。當我們站在路邊，看著鳴叫「嗡咿嗡咿」警笛聲的救護車從遠處疾駛而來，又迅速從眼前呼嘯而過，會覺得警笛聲的聲調出現高低變化，消防車接近我們時，音調較高，遠離時卻變低。這種音調高低變化是因為觀察者與聲源之間的相對運動而形成「錯覺效應」，是奧地利物理學家都卜勒提出的「都卜勒效應」。

延伸都卜勒效應，在周遭環境中可能聽到產生「音爆」的超音速戰鬥機。當飛機的飛行速率是空氣中聲速的2倍時，代表飛機以2馬赫飛行。「馬赫」是指聲源移動速率與聲速的比值。當聲源的戰機飛行速率超過聲速時，聲波從聲源處形成球形對外快速擴散，後來發出的聲波逐漸「追上」之前發出的聲波，波形重疊而產生一圓錐形的震波，使得向前傳播的聲波頻率愈來愈高，最後這些聲波會在飛機機身的前緣「推擠」，造成瞬間壓力遽變，形成衝擊性的「震波」。我們在地面上會感受到這股壓力波向兩旁發散，形成一道瞬間壓力變化的震動，並聽到震波傳來爆裂般巨響，這種現象就是「音爆」。音爆擾人心緒，甚至使人耳聾，最好退避三舍，敬而遠之。