2 流響的岩石
我們為何要興建有巨大殘響效應的大教堂來稱頌上帝？史前祖先是否和我們一樣欣賞共鳴空間？倚著一座新石器時代墓葬堆外四塊高大、巍峨的立面岩石，吹著一個個派對氣球，並且像其他觀光客靦腆地微笑時，我心裡正想著這幾個問題。先前買氣球時，我原本很想買印著骷髏的黑氣球。還有什麼氣球更適合一座墓葬堆？但我勉強將就買了用較厚的橡膠製作的黃色和藍色大氣球，因為這種氣球很適合低音加重的砰然巨響。
為了這趟田野調查，我放棄了笨重的音響設備。幸好我竟然能用一根針、一個氣球、一支麥克風和一台數位錄音機做出有效的測量。我在入口的石塊之間爬行，進入狹窄的墳墓時，鼻腔充斥著一股潮濕的泥土味。裡面是一間十字架形的墓室，我把麥克風架設在十字架的其中一臂，準備記錄氣球在對面爆破的時間。
直到最近幾年，科學家才開始系統性地研究史前考古遺跡的音響學。正是其中一份比較具有爭議的出版物，讓我來到這處位於巨石陣以北五十公里的古代墓葬堆。這一帶到處是史前遺跡，包括埃夫伯里（Avebury）那一座全世界最大的史前石圈，一百八十個不成形的石塊沿著一點三公里的圓周佇立；還有西爾布利丘（Silbury Hill），歐洲最大的史前圓丘，這座人工小丘將近四十公尺高，以五十萬噸的白堊構成，看不出目的為何。但我測量的是一座比較小的遺跡，威蘭鐵匠鋪（Wayland’s Smithy），一座歷時五千四百一十年到五千六百年的新石器時代狹長古墓。
為了前往這座狹長古墓，我在一個晴朗冷洌的冬日，踩著蹣跚的步伐走過泥濘的山脊路（Ridgeway），這是英格蘭中部的一條古道。如果騎馬過來，我就不用踏著腳下的泥濘沼澤，也可測試一下威蘭鐵匠鋪的著名傳說：在壓頂石上放一枚銀幣，把馬匹拴在石上一整夜，第二天馬匹就會有一副新蹄鐵。
古墓是一座大而低矮的圓丘，有一圈山毛櫸環繞。大多數的遊客把頭伸進去，拍幾張照片便繼續前行──用二十一世紀的目光端詳古代遺跡；但我覺得非進去探索音響效果不可。我到處爬來爬去，一面聆聽自己的腳步聲，一面聽聲音如何變化。我大聲自言自語，測試聲音是否被扭曲，並且拍手尋找回音。我甚至鼓起勇氣唱幾個音符，利用墓室的音響效果來強化我原本微弱的低音。當然，我也把派對氣球戳破。
要了解我們的祖先如何使用這些古代遺跡，音響學的探索至關重要。在新石器時代，聲音的重要性應該超過今時今日。在文字書寫出現之前的時代，能夠聽別人說話，記住對方的訊息，再傳給其他人，是一項重要技能。敏銳的聽力是躲避掠食者、對抗敵人攻擊和追蹤獵物的關鍵。我們必須超越現代生活由視覺主導的型態，運用其他的感官：聽覺、嗅覺和觸覺。
要探索古代遺跡，自然應該從古希臘的建築傑作埃皮達魯斯（Epidaurus）的劇場開始。一位旅行家在一八三九年寫道：
我不難想像在眼前高山的陰影下，充滿熱誠與激情、深深著迷於某種深刻悲劇的希臘人，會非常滿意地在抱著尤里皮底斯（Euripides）或索福克里斯（Sophocles）的詩歌不放。是怎樣發自內心深處的驚嘆、怎樣的喝采，響徹寂靜幽僻之處，怎樣爆發的歡樂和悲傷，從那些安靜無語的長椅向外回響！
這是一座廣大、幾乎半圓形的梯田式灰色石觀眾席，在圓形舞台前方陡然傾斜上升。即使到了今天，導遊仍然很喜歡示範這裡的「完美」音響，即使在龐大的大理石觀眾席，也能聽到一根針掉在舞台上的聲音，讓遊客大吃一驚。「很少有音響環境像古希臘劇場這樣籠罩在神話中，」音響科學家麥克．貝倫如此寫道：「有些人認為，對於現代科學至今仍大惑不解的音響學，希臘人有獨到的理解。」可惜沒有任何現存的文獻透露希臘人究竟知道什麼。但我們並非沒有任何書面證據，公元前二十七到二十三年間，凱撒的軍事工程師維特魯維亞（Vitruvius）即已大量撰文著述希臘和羅馬劇場。維特魯維亞這本書令人詫異的地方，在於他主要關注的是良好的音響，視覺外觀的興趣反而小得多。
維特魯維亞提供的簡單設計原則至今依然適用。希臘劇場讓觀眾靠近舞台，盡可能讓他們響亮而清晰地聽見舞台上的聲音。不過，對於坐在埃皮達魯斯舞台側面的觀眾而言，演員的台詞還是相當小聲，因為聲音自然是往前投射。希臘人解決這個問題的方法，是把旁邊的座位留給外邦人、遲到的人和婦女，也就是古代的廉價座位。
古代劇場坐落在非常安靜的地點，以免演員的聲音被多餘的噪音淹沒。劇場的設計充分運用聲音的反射，包括從圓形舞台的地板和布景反射的聲音。羅馬學者老浦林尼（Pliny the Elder）指出，「為什麼樂隊池（舞台地板）鋪上稻草的時候，合唱隊的聲音比較不清楚？是否因為稻草粗糙，聲音落到不平滑的表面會比較不統一，因此聲音比較不清楚？……就像照在平滑表面上的光線比較亮，因為沒有受到任何阻礙。」稻草之所以降低音量，大概是因為吸收而非分散聲音的功能。老浦林尼的評論對現代住家很重要，現在木地板比地毯時髦，住家的殘響效應也變得比較大。
古劇場本身提供了極具說服力的考古證據，顯示了良好的音響設計是嘗試錯誤的經驗式發展。但看不出任何類似現代科學的知識。貝瑞．布列瑟和琳達－露絲．薩爾特這兩位學者研究維特魯維亞時寫道，「雖然他的某些見解得到現代科學的證實，但有些看法則證明是一派胡言。」比較含糊的想法包括提議在劇場四周擺放大花瓶，可以加強演員的聲音。一份維特魯維亞著作的譯本說：「聲音從舞台發出，亦即從中央發出，向外擴散，在接觸撞擊到不同容器的凹洞，會增加聲音的清晰度，並喚醒一個和自己一致的和諧音符。」
要是音響工程學有那麼廉價簡單就好了，可惜花瓶對音響幾乎沒有影響。在一個大啤酒瓶的瓶頸呼氣，或者更貼切的是用一個羅馬時代的大酒甕（例如四十公分高），你可能會聽到低沉嗡嗡的共鳴聲。這是空氣密閉在酒甕裡的共鳴頻率。每樣東西很容易在某個特殊的頻率下震動；用手指輕彈一只香檳杯，會聽到屬於玻璃天然共鳴頻率的獨特聲音。但在埃皮達魯斯的劇場，把一個酒甕放在身邊的地板上，你聽到的聲音不可能有什麼不同。使酒甕空氣產生共鳴的能量會消失在這個容器裡。當你在酒吧現場演唱時走過一堆空啤酒瓶，聲音不會產生變化。
耐人尋味的是，大約有兩百座從十一到十六世紀間在歐洲和西亞興建的教堂和清真寺出現了共鳴花瓶。這些花瓶的高度從二十到五十公分不等，開口直徑各為二到十五公分。可惜當時沒有留下任何書面文獻來說明這些花瓶的目的。位於伊斯坦堡的蘇萊曼清真寺（Süleymaniye Mosque）空間寬廣，可以看到六十四個黑色的小圓圈在雕琢華麗的圓頂天花板下方繞成一圈，這些高高的圓圈是共鳴氣的開口。在英國拉特蘭市林丁頓（Lyddington）的聖安德魯教堂在高壇上放了十一個陶甕，其中六個在北牆，五個在南牆。而在北塞浦路斯，法瑪古斯塔市（Famagusta）的聖尼古拉教堂，可以看到明顯的開口和隱藏的罐子或管子銜接。不過，科學研究已經證明這些都毫無作用。有些花瓶的自然共鳴頻率和講話或唱歌的頻率不符，要動用幾百個容器才會有明顯的效果。
之所以出現這樣的迷思並且流傳下來，原因在於聲音是看不見的，因此聲音效應有時不太明顯。在二十世紀開始用電子儀器記錄和分析音響效果之前，根本不可能計算類似教堂這種複雜的音場。大名鼎鼎的建築音響學家里歐．貝拉內克記載了一些音響學的迷思。其中我最喜歡的是在歐洲幾座大音樂廳的舞台底下、閣樓、牆壁和低矮空間裡發現破酒瓶的故事。這些文物是否像某些人宣稱的，證明了古代改善音響的技術？不，只能證明建築工人有喝酒的習慣。
貝拉內克提出的另一個迷思是，以為木造音樂廳是最好的，因為這種音樂廳的牆壁震動，宛如小提琴的琴箱共鳴。但其實音樂廳最好採用堅硬表面，以避免聲音被不必要地吸收。比較新的音樂廳如果是以木材築砌，例如東京大都會藝術空間（Tokyo Metropolitan Art Space）的音樂廳，其實是把薄薄的木飾板黏在混凝土或其他厚重的基板上。
希臘和羅馬劇場是了不起的聲學奇蹟，場內數千名觀眾不靠現代電子儀器的協助就能聽得清清楚楚。這些劇場顯然是專門為了達到良好音響效果而設計，但希臘人是史上最早精通音響學的工匠嗎？
聲音的生命很短暫，在誕生的當下隨即消失，因此很難確實掌握我們古代的祖先聽到什麼。史前音響學的證據非常簡略。關於人類祖先的聲學世界，音樂文物提供了一些最扎實的證據。
史上最早的管樂器是用鳥骨和象牙製成的笛子，出自舊石器時代，距今約三萬六千年，在德國蓋森克羅斯特勒（Geissenklösterle）一處洞穴出土。保存最完整的笛子是以禿鷹的空心翼骨製成，長約二十公分，其中一端有V字形的切口，還有五個按指孔。
考古學家如何確信這些骨頭是樂器？孔洞的產生可能是意外；說來令人難以置信，土狼的吞嚥和反芻可能在骨骼上造成圓孔。但蓋森克羅斯特勒的骨骼有刻意小心製作的跡象，顯示圓孔位置的排列是精準而有目的的。於是製作了複製品吹奏。把禿鷹的翼骨當作笛子，在其中一端吹氣，吹出一個音符。把這根骨頭當作小喇叭，從管身吹出呸聲也很有效。
除了笛子，也有證據顯示三萬年前就有打擊和刮擦樂器，而且史前人類就會使用響石和洞穴音響效果。石塊製成的木琴，或許怎麼看也不像樂器，但有些石頭能產生音符。這種例子出現在世界各地，從印度亨比（Hampi）的維塔拉神廟（Vittala Temple）一排排高聳細長、響聲如鐘的音樂柱，到坦尚尼亞的瑟倫蓋提（Serengeti）如金屬鏗鏘的大石鑼，以圓石打造，鑼身覆滿打擊符號。
牛津大學的妮可．波伊文（Nicole Boivon）研究印度南方庫帕果山（Kupgal Hill）的岩石露頭。這些岩層包含粗粒玄武岩巨礫，用花崗石敲擊會產生響亮的聲音。古代人可曾彈奏過這些岩石？最有力的證據是敲打痕跡旁邊的新石器時代岩石藝術，證明這個遺址已經用了好幾千年。在法國南部，從弗約（Fieux）到米耶爾（Miers）的一處洞穴，有一支兩公尺高的大石筍會發出銅鑼般的聲音。石筍被敲打後留下的裂痕，經測定是兩萬年前。測定石鑼敲打痕跡的年代並非易事，但石鑼的裂痕後來被好幾層方解石覆蓋，隱約透露石鑼的年代。除此之外，這個洞穴剛挖開不久，從洞裡發現的其他史前文物，看得出人類在何時居住此地。
年輕一點的時候，我也曾開採洞穴，而且受到嚴格警告，務必小心翼翼地處理鐘乳石和石筍。更早之前，在二十世紀中葉，相關單位的態度沒那麼嚴格，可以大肆「破壞古蹟」，製作出最動人的石樂器。維吉尼亞州盧瑞鐘乳石洞（Luray Caverns）裡的大鐘乳石管風琴（Great Stalacpipe Organ）為參觀者提供餘興節目，偶爾也為踏上地底紅毯的新娘奏樂。
6 鳴唱的沙
造訪聖保羅大教堂一年之後，我和錄音師黛安．霍普（Diane Hope）一同前往加州莫哈維沙漠（Mojave Desert）的科爾索沙丘（Kelso Dunes，圖6.1），希望能聽到沙丘鳴唱。全球大概有四十個地方出現這種現象，科爾索是其中之一。英國自然生物學家達爾文描述智利的艾爾布拉瑪多（El Bramador）的傳說，當地人稱之為「怒吼者」或「咆哮者」。中國古代典籍描述鳴沙山的慶典：「風俗端午，城中子女皆躋高峰，一齊蹙下，其沙吼聲如雷。」
沙丘因沙崩而鳴唱。斜坡必須陡峭，沙子必須非常乾燥。但乾燥的沙子自然最為鬆散，因此我的腳在科爾索沙丘表面老是踩不穩。我對夏日沙漠的酷熱氣溫早有準備，但事先沒料到尋找音樂沙丘之旅，會變成一場有氧健身運動。在掙扎著爬上沙丘途中，我很想喘氣，然而我大氣都不敢透一口，生怕破壞錄音。
當我蹣跚爬上沙丘的斜坡時，雙腳在沙子裡發出打嗝的聲音。讓我想起馬可波羅第一部分的描述。他寫說沙丘「經常使空氣中充斥著各種器樂聲，還有打鼓及手臂撞及的聲音」。我沒聽到像打鼓這麼戲劇化的聲音，不過我製造出某種音樂。每一個沉重的腳步都會創造出一記喇叭聲，就像吹得很難聽的大號。快到坡頂的時候，我筋疲力盡，只能手腳並用爬上去，製造出一首滑稽的銅管四重奏。
打嗝聲固然逗趣，我卻因為沙丘的聲音不夠洪亮而沮喪。我大老遠跑來，是想聽到一種持續而不間斷的轟隆聲，照理說應該高達一一○分貝，音量和搖滾樂團差不多，遠在一哩外也能聽見。當時快中午了，風聲讓錄音變得很困難，加上沙漠酷熱難當，於是我們走下山丘，打算第二天再試一次。
回到營地，我仔細聆聽我在電話上訪問納塔莉．維林德（Nathalie Vriend）的錄音，她任職於劍橋大學，博士論文研究的是鳴沙。我仔細留意她有沒有提到如何在沙丘上找到最佳地點。訪問到一半時，納塔莉提及她有一個朋友最近曾經造訪科爾索，結果失望而歸，讓我憂心忡忡。此外我也複習了幾篇重要的科學論文，希望在了解這方面的物理作用之後，第二天或許比較有可能聽到沙丘引吭高歌。雖然科學家一致認為發出打嗝聲的沙子是一種必要成分，但對於洪亮的轟隆聲究竟如何產生，目前依然沒有定論。是沙丘深層的部分像巨大的樂器一樣振動？抑或沙粒同時發生沙崩？
在洪亮的轟隆聲中，成千上萬顆沙粒形成一個唱詩班，橫亙沙丘，共同來一場大合唱。同樣地，瀑布是一個大樂團的盛大演出，只不過這個樂團是小泡沫組成的。我畢生所聽到音量最大的瀑布位於冰島的菲約德勒姆冰河（Jökulsá á Fjöllum），叫黛提瀑布（Dettifoss），也是歐洲水量最大的瀑布。多年前，在一個苦寒、難受的冬日早晨，內人和我騎腳踏車前去。那條路崎嶇難行，路面不平、四處坑洞，來自北方的強烈頂頭風夾帶北極的冷空氣，經常吹得我們寸步難行。
我們在強風中掙扎前行，先穿過曲折的泥炭沼地，然後通過寸草不生的外洗平原──是冰河沉積物和黑色火山泥構成的荒蕪地景。我們把腳踏車留在原地，小心翼翼地走到俯瞰瀑布的懸崖邊緣，瀑布有一百多公尺寬，四十四公尺高。我站的位置非常靠近懸崖，霎時一陣恐懼貫穿全身；每秒有一八○立方公尺的水從懸崖邊緣沖下去，一旦失足必死無疑。憑這股毫無間斷的雷霆之力，我們不得不聲嘶力竭地說話。嘈雜的水聲似乎同時涵蓋每一個頻率，從低音的轟隆聲到高音的嘶嘶聲。瀑布的聲音排山倒海，令人有與世隔絕之感，如同中情局在偵訊時為了達到感覺剝奪（sensory deprivation）而採用的爭議性手法。
水這種物質也許很單純，但卻能製造各式各樣的聲音，從潺潺溪流到澎湃海浪，從豪雨到一個水滴的叮呤聲。美國自然生物學家約翰．繆爾（John Muir）形容優勝美地瀑布（Yosemite Falls）時寫道，水「似乎從某一座雄偉、跳動的高山中心不規則地迸發……在瀑布的底部……幾近是一個淅瀝瀝、嘩啦啦、翻騰、迴旋的量體……這座偉岸的瀑布顯然是山谷所有瀑布中最豐富、最響亮的聲音，從風吹常綠橡木光亮樹葉時所發尖銳的嘶嘶聲和婆娑聲、松樹像過篩一樣輕柔平靜的聲音，到山頂峭壁在暴風發生時最震耳欲聾的颳風和打雷的奔騰與咆哮。」
數十年來，科學家一直很想知道墜落的水（例如拍岸的海浪）如何在水面下產生聲響，原因是這種噪音阻礙潛水艇人員監聽敵軍的動靜。但我倒想知道水面上是怎麼回事，幸好科學家已經在關注這個問題了。
愛丁堡赫瑞瓦特大學（Heriot-Watt University）的羅蘭．高布倫（Lauarent Galbrun）已經在研究如何製造音效絕佳的噴水池或水景，同時把抽水量降到最低，以減少能源的使用。在類似的研究中，葛瑞格．瓦茲（Greg Watts）和布拉德福大學的同僚一直在研究墜落在不同岩石上和墜入水池中的水，想找出哪一種聲音最能遮掩交通噪音。他們先錄下各種不同水景的聲音，然後請一組人在聽過之後判斷每一種聲音悅耳的程度。這個實驗必須在聲學實驗室進行，但這種空間要就戶外水景做出美學判斷，實在一點幫助也沒有；因此研究人員在實驗室內部打造了一個戲劇場景，是一個花園陽台，包含竹簾、盆栽和花園家具，讓實驗對象進入適當的情境。
在實驗對象根據他們對每一種聲音的喜好度評分之後，瓦茲做出結論，表示最難聽的噪音都會轟隆作響，如同水流進排水管或下水道的聲音。最好聽的聲音時而奔流時而飛濺，彷彿是水流到小鵝卵石構成的凹凸不平表面，有一種天然的隨機性。在類似的測驗中，高布倫發現天然溪水緩慢流動時輕柔的潺潺聲，在所有測試的水聲中最能令人放鬆心情。
至於瀑布聲的來源，起初令我大吃一驚。最近有一個電視製作小組到我任教大學的無回音室拍攝裡面的情況。一台高速攝影機捕捉到一滴水滴墜入裝滿水的魚缸裡的畫面。從頂端往下拍攝的慢動作影片相當精采。水滴導致一支狹窄的水柱從水面升起，產生漣漪。但如果想了解當時發出的是什麼聲音，你必須從側面觀察，也就是在水面下看。儘管漣漪在視覺上很壯觀，聲音主要來自一個極小的氣泡。水滴的底部穿透水面時，會形成凸起的彎月面，這時突然從彎月面冒出一個極小的氣泡。這個包裹著空氣的泡沫直徑只有幾公釐，因此會被輕易忽略，也不容易拍到。泡沫也許很小，但泡沫裡的空氣振動、共鳴，並創造出一個叮呤聲，經由水傳送到空氣中。
水流到石頭上的聲音聽起來很不一樣，原因是製造不出水底氣泡（除非石頭上已經累積了一層水）。此外，我們很容易想到一滴水打在石頭上整個濺開時會怎麼樣。當墜落的水滴變成石頭表面薄薄的一層水，會攪動周圍的空氣，發出聲音。
電視製作小組拍攝了泡沫的幾個月後，我有機會從藝術家李．派特森（Lee Patterson）那裡進一步了解水的聲音。我們在英格蘭的湖區碰面，李對我描述他如何在北英格蘭當地的池塘和水道裡發現水底的聲音和熱帶雨林一樣豐富。我們聊到他即將創作的一件作品，以他在湖區的錄音為素材。觸動他創作The Laughing Water Dashes Through的，是附近的集鎮科克茅斯（Cockermouth）幾年前發生的嚴重水災。李說明這件作品將如何探索「水流所體現的不同能量形式，以及作為水流之副產品的聲音」。
我造訪當天，他在一個封閉的小型淹水採石場錄音。陽光熾烈，鳥兒在四周鳴叫，是一個充滿田園風的地點（只要我們背對醜陋的混凝土工具間）。李帶了簡單的自製水中聽音器，是把一片很薄的閃亮壓電材料鑲嵌在汽水瓶鮮豔的塑膠旋轉瓶蓋裡，薄片會因為水底聲波而變形發電。他把聽音器拋入水中，打開擴大器，然後把耳機遞給我。
我聽到不懷好意的咀嚼和嘎喳聲，彷彿有一隻動物企圖小口小口地咬破我的耳膜。之所以出現這種聲音，是因為蝌蚪不停地刮擦水中聽音器，在瓶蓋上尋找根本不存在的藻類。蝌蚪在氧化的池塘水藻間游來游去，只要小心更改聽音器的位置，就會聽到古怪的機器唧唧聲，彷彿在煎培根。這些聲音的產生，是因為有一股小泡沫從池塘水藻間迅速升起，看上去像是酒杯裡不斷往上冒的香檳氣泡，結果發現是因為植物進行光合作用而產生這一股股氣泡。
幾天之後，我找上南漢普頓大學（University of Southampton）的海倫．薩斯基（Helen Czerski），她在研究氣泡產生時如何發出聲音。她的研究顯示，當泡沫在小噴嘴處形成時就會發出聲音，因為附著在噴嘴上的泡沫起初是水滴狀，可是當氣泡從噴嘴掉入水中就形成一個球體。形狀的改變使泡沫振動，讓裡面的空氣產生共鳴，發出聲音。海倫認為在池塘水藻之間冒出的氣泡其發聲的過程恐怕並非如此，因為光合作用產生的天然氣泡形成的速度比較慢，因此恐怕沒有氣泡脫離噴嘴時的脈衝力。她認為我聽到的比較可能是泡沫互相衝撞或撞擊水中聽音器的聲音。
既然白色瀑布是由大量的泡沫構成，把一個振動泡沫的效應按比例放大，就可以解釋冰島黛提瀑布的音量為什麼這麼大。每一個泡沫裡的空氣分量都不同，發出的叮呤聲也有自己特定的頻率。數百萬個隨機的叮呤聲在瀑布結合，形成一支龐大的氣泡管弦樂團，發出嘶嘶聲和轟隆聲。
每一座瀑布都有自己的聲音。如果瀑布的泡沫多半比較大，就會發出偏向重低音的轟隆聲。比較小的泡沫較容易發出嘶嘶聲，繆爾筆下的優勝美地瀑布正是如此。周遭的岩石會進一步改變聲音。冰島南部的斯瓦蒂瀑布（Svartifoss）只有大約二十公尺高，水從六角形玄武岩石柱構成的馬蹄形懸崖落下。斯瓦蒂的意思是「黑色瀑布」，指的是岩石的顏色，而且我造訪當天，烏雲密佈、下著毛毛雨，強烈突顯出陰暗的黑色。不過即使下雨，也值得走上這一小時，因為周圍的岩石不但締造出令人驚豔的假日出遊照，也擴大了流水拍打岩石的噼啪和嘶嘶聲。
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