看到了声音，就看到了未来

来源：科学艺术研究中心作者：as center 时间：2022/03/09

　　文 Ember

　　声之形

　　早在15世纪，人们就开始了关于声音与振动及其视觉现象的实践和讨论，继而延伸出“音流学”这一跨界学科。它最核心的研究方法为借助“二维驻波”或“法拉第波”现象将声音可视化。音流学就这样因声音、振动、波现象而起，在工业实践、科学研究、艺术创作等领域遍地开花。

　　21世纪初，英国声学工程师约翰·斯图尔特·里德（John Stuart Reid）和他的团队优化了音流学装置的诸多设置：使用超纯水作为显影媒介、显影媒介的观察光源以及摄像机位等，使得装置能够更加灵活地呈现媒介对振动的响应，同时也捕获更丰富的纹路。他们秉承着“声音是一种力量”的信念，将音流学装置提升到了一个新的水平，并为装置起名“CymaScope”。

　　里德将在CymaScope装置中得到的图案称为CymaGlyphs，在Pro版本的装置中，它们清晰而富有层次，不仅在视觉上带来很强的冲击还为科学研究和分析保留了诸多细节。

　　几个世纪前，当显微镜被发明，一个崭新的领域——微观世界向人类敞开了大门。像显微镜之于微观世界一般，CymaScope让我们更清晰看到了未被深入涉及的领域——音流学的世界。

　　可以说CymaScope Pro不仅是音流学的装置，更是一个新型科学仪器，它还被Acquisitions International杂志评为最先进的“声学成像设备”。它的出现，让音流学顺利出圈，也为科研与创意工作者带来了新启发。学科间的互联又多了新技术的支持。

　　六角之声

　　土星，太阳系第二大行星，从伽利略的一瞥到土星光环的浪漫传说，皆为其渲染了神秘而浪漫的星球形象。

　　除土星环外，土星还以其北极神秘的六角形为奇。1988年，航海家号宇宙飞船在土星北极发现了一个六角形区域，它旋转速度几乎和土星环相同，以最大约360km的风速向土星外周流动，甚至会改变颜色。美国宇航局的卡西尼号宇宙飞船在距离土星北极约984,000公里的地方拍摄到了这张彩色照片。画面中，蓝紫色的迷人漩涡像是正在缓缓开启的时空之门，吸引着人们一探其中奥秘。

　　有的科学家推断这与云层下流动的高速风有关，但里德认为，这像极了CymaScope中发生的一切：水在容器中受到声音振动的激励，触碰容器壁并反弹，形成稳定的驻波振动模式。他大胆地给出六角形漩涡成因的音流学解释：一场巨大能量的爆发不断地向土星大气层发送连续的极低频声波能量，并在大气层外高速风的圆形区域被反弹回到振动中心。

　　音流学给与图形六角的解读，其科学性虽有待考究，但这般美丽的巧合，有关声音，有关图形，个中浪漫情怀令人动容。

星之声

　　2012年，史密森尼美国国家非洲艺术博物馆（Smithsonian National Museum of African Art）展出了四个伴随着听似无意义声音的不断变化的圆形图腾：太阳、长蛇座C星（Chi Hydrae）、天琴座RR星（RR Lyrae）、PG1159-035星，并称观者不但可以听见星星的声音还可看到星星声音可视化的影像。

　　你可能会秉持着声音无法在真空中传播的常识对此感到疑惑：既不能传播声音，如何听到星星的声音呢？但影像中图腾随着声音变换着形态，有的似鼓击，有的似蜂鸣，犹如身置宇宙却可于真空闻声般奇妙。

　　“真空传声”的秘密涉及到一个通过脉动研究恒星的学科——星震学（Asteroseismology）。由于原子间的高能碰撞，恒星核反应过程会产生声音并闪烁。通过捕捉微小的信号并进行解调，科学家们在实验室中还原了恒星的频率信号。将恒星的频率信号放大约几百万倍，达到人耳可听频率范围，便可在CymasScope中再现，我们就看到了一系列美妙的星图腾。

海之声

　　在人类社会，声音作为语言的表现形式之一，在信息交流中占据着重要的位置；在海底世界，海豚通过超声波的发射与折回进行着环境信息的获取。海豚的这波“高端操作”叫做回声定位（Echolocation），有这种能力的动物（如蝙蝠、海豚、猪尾鼠等）能通过口腔或鼻腔把从喉部产生的超声波发射出去，利用折回的声音来进行空间定向。

　　一个致力于研究海豚语言的团队——SpeakDolphin提出这样的设想：海豚的回声定位不仅用于探索周边环境，还可以用于交流。他们在沟通中发射超声波，接收彼此的超声波并利用回声定位的能力将其转换为3D的全息影像。也就是说，海豚之间的交流，除了以“说话”的方式进行，似乎还能利用超声波发送含有空间信息的形象性“语言”。

　　声音转化为可视信息？这与音流学的研究方法不谋而合。SpeakDolphin团队与里德合作完成了一些实验：他们用水听器收集海豚阿玛雅（Amaya）发出的超声波并置入音流学设备，神奇的是他们得到了一些与真实情况相符的图像——经过增强的CymaGlyph出现了水下的研究员吉姆·麦克唐纳（Jim McDonough）的身影。研究人员称：通过音流学的方式，我们第一次看到了海豚的加密图片。

　　不过，对于海豚实验的严谨性，学界存在着一些争议，不论是声波的收集还是实验样本的偶然性都仍需斟酌。但这样一个另辟蹊径的方向的确给动物交流方式的研究带来些许启发。

治愈之声

　　英国数字音频学者瑞安·斯特布尔斯（Ryan Stables）提供了健康脑组织和癌症脑组织的超声拉曼信号，在CymaScope中得到了健康细胞和癌细胞振动的可视图像。有趣的事情发生了：健康细胞的图像对称且规律，而癌细胞的图像残缺且混乱。他认为：“健康的细胞产生和谐的声音，癌细胞产生混乱的声音。”

　　或许在不久的将来，音流学的方法可以帮助外科医生在手术过程中区分健康细胞和癌细胞。

　　医学领域还有许多音流学的足迹，比如作为兼具视听属性的一项活动用于艺术治疗。还有一些听起来有些“玄学”：使用特殊频率匹配身体共振并试图在能量流动中获得治疗的声音疗法Cymatherapy。

　　无声之声

　　上个世纪，提出音流学概念的汉斯·珍尼 (Hans Jenny)设想了一个美好的愿景：有朝一日音流学的设备可以作为与失聪人群沟通的另一种语言。

　　如果音流学的图像能够作为语音病理学/治疗或声音训练的视听辅助工具，声音图像的即时显示可以提供实时的视觉反馈，让训练者在视觉上塑造他们的声音，即改善声音的清晰度和语调变化。

　　从最初的看见声音的形状，到试图解释这种现象，再到借助音流学的方法达成更广阔学科领域的尝试，我们从中看到了音流学更多、更深远的可能性。尽管一些相关研究仍存在着质疑的声音，这或许也是揭示未知科学的必经之路吧。

　　Reference:

　　https://www.cymascope.com/

　　https://africa.si.edu/exhibits/cosmos/starsounds.html

　　https://waterjournal.org/current-volume/reid/

　　http://www.speakdolphin.com/

　　https://www.cymatechnologies.com/

　　https://www.healtheuropa.eu/cymatics-for-healthcare-applying-the-science-of-sound-in-cancer-surgery/107471/

　　https://en.wikipedia.org/wiki/Speech%E2%80%93language_pathology