线科学

听证势力:声音的军事科学

战争电影摄制组在西线工作,一战,1917年。照片:摄影师unknown, Bundesarchiv, Bild 183-1983-0323-501/CC-BY-SA 3.0

根据《战争的结束:一个图形记录》的卷首图高耸的报告第一次世界大战由美国负责战争事务的助理部长委托进行。正如那句著名的诗句所言,第一次世界大战并非以一声巨响而结束,而是以一声呜咽而结束。

这幅照片在幻灯片上显示了六条水平线,描绘了1918年11月11日上午11点,即停战前一分钟和停战后一分钟,美国前线在摩泽莱河附近的炮火活动。左边描绘了停战前一分钟的炮火活动,并显示了一系列锯齿状的线条(“所有的枪声”)。在右边,描绘的是停战后一分钟内的火炮活动,只有流畅的线条(“所有火炮静音”)。11点1分01分左右的两次小下降是由于一个汤团为庆祝停火而开了两次枪。除了这几声枪响之外,大炮的活动似乎完全停止了,战场上的枪声突然消失了。

的标题战争的结束声明说,这是美国前线火炮活动的最后一次记录,图像是由美国的声波测距仪发出的。“声音测距,”它写道,“是确定敌人火炮位置和口径的重要手段。”当图像被复制在《电关于它的声明甚至更宏大:“真正的历史是用电子书写的!”

《战争的结束:一个图形记录》(The End of The War: A Graphic Record)描述了在休战前一分钟和后一分钟,即1918年11月11日上午11点,在摩泽莱河(Moselle River)附近美国前线的炮火活动。来源:麻省理工学院出版社

战争的结束是通过在第一次世界大战期间发明的许多声学保护方法之一制作的。在战争之后,声学防守的概念大多是未知的。任何主要军队都没有拥有可靠的手段,以遵循它所做的声音跟踪敌人的位置。然而,在战争结束时,每个人都开发了用于声音位置的新技术和技术,通常是为了响应违法的新技术,并且每个都在无数场合使用这些方法 - 从而产生新的“声学防守”模式。

然而,一种新的进攻性武器的出现并不意味着新的防御方法就会唾手可得。根据皇家海军志愿军预备役中尉阿尔弗雷德·罗林森的说法,敌人很容易躲在云层后面。防守方的枪怎么能击中他们看不见的物体呢?他说,答案是“幼稚的简单——也就是说,尽管我们不能。看到是的,但我们可以听到它。因此,当我们不能通过使用我们的眼睛如果我们要开枪,就必须用我们的枪耳朵目的。”不过,他写道,“无论理论多么正确,要将其转化为实践,还有很长的路要走。”

直到20世纪初,人们对空间听觉的研究几乎只局限于声音物理学或听觉生理学和心理学。在战争期间,它被重新定义为一种从战略角度理解的战术活动——一种可以决定人类甚至国家生存的东西。听觉空间感知,曾经被认为是视觉空间感知的从属关系,最近被理解为一种重要的技能,“听觉力量”突然被映射到民族国家的力量上。

音响瞄准器,光盘和贝洛抛物面

“声学瞄准具”或“声学遮阳板”的示意图(1916),其中“M”表示平面镜,“B”表示指南针。来源:麻省理工学院出版社

第一次世界大战中使用的第一个声音定位器很大程度上依赖于“看到”声音的想法。有些是基于视觉技术,并将光学科学衍生的原理转移到声学领域。1916年,一位法国陆军中尉设计了viseur acoustique一种由镜子和指南针组成的手持设备。一名士兵通过对准镜子中自己的脸的反射来使用该仪器,这样他就可以看到他的耳朵也一样好。指南针大概就能给出声音的方向。

在英国进行了听力碟片的实验,这项技术是基于这样一种想法,当隔音碟片朝向声源时,音像就会在碟片的中心形成,在与声音相反的一侧。这个想法被提出作为一个声学模拟阿拉戈点在光学,通过一个亮点出现在一个圆形物体的阴影的中心,由于光的波动性质。

虽然像声罩和听碟这样的技术既不是特别有效也不是切实可行的,但在战争中出现的最持久的声防御技术之一,贝洛抛物面,也是基于视觉技术。虽然在历史上有一些声学反射器的例子,但是第一个专门为军事用途设计的抛物面声学反射器是在1915年由René Baillaud发明的,并给出了一个盘子或碗的形式。贝洛是图卢兹天文台的天文学家,他以牛顿望远镜为原型设计了自己的装置。他的设计基于一个前提,即抛物面镜必须具有相同的反射特性,无论它们反射的是光还是声音。

在Baillaud的回忆录中,一系列的照片展示了在密集的,大约一年的实验期间声抛物面的发展。我们发现了尺寸越来越大的仪器,直径从60厘米到3米不等;形状各异,因此盘子看起来不太像凹形盘子,而更像深碗;以及不同的结构,其中一个是四个抛物面堆叠成两排。一名听诊器式听诊器的听诊者在最大焦点处聆听时,会变成两名听诊器听诊者,两人分别坐在听诊器的两端,并用手轮转动听诊器。我们还发现了自动航迹绘图仪的引入,这是一种跟踪审计人员运动的成像技术,从而产生飞机轨迹的可视记录。

四号声定位仪

用四号喇叭定位器的英国士兵。这张照片记录了两次世界大战期间的一次军事演习。来源:麻省理工学院出版社

第一次世界大战期间,军用飞机会发出几种声音:螺旋桨的拍击声、发动机的声音,以及由空气和飞行中的飞机机体之间的摩擦引起的振动。然而,最响亮、最容易识别的声音是所谓的“排气音”。

各种飞机的排气音范围在80赫兹到130赫兹之间,虽然这个音调在飞机运动时有所变化,但它总是一个低频的声音。为了反映飞机的低频声音,各个主要军队都开发了喇叭声音定位器(也称为喇叭声音定位器),用能反映低频声音的大圆锥形喇叭取代了火炮测距装置中的小喇叭。

根据A.V.山丘,剑桥大学生理学教授和20世纪初英格兰的反飞机实验部分主任,英国军队开发的第一种类型的小号声音定位器只有一对大角,测量口腔直径约40英寸。该装置首次用作1917年伦敦防空防御的一部分,可以仅确定敌机的水平轴承。第二种模型,几乎立即开发,有两对角,有时被称为“四号角”或“四角”声音定位器。使用一对喇叭来确定飞机(其高度)的高度,而另一对用于确定其水平轴承(方位角)。

角的“异方位”安装需要两名听者,他们从事一种可能被认为是“双耳”的聆听模式。每个听诊器都通过一个类似听诊器的双耳听筒,只连接一组喇叭。一名审计员只听飞机的高度,而另一名审计员则听飞机的水平方位。因此这是审计员们的结合用来追踪飞机的听觉印象,这是通过使两耳的声音水平相等来确定的,这个过程被称为“包围声音”。

四号声定位器是一种沉重的、劳动密集型的设备,运输和使用都需要付出相当大的努力。此外,通过喇叭声定位器听声音几乎总是在任何实验室都无法复制的不利条件下进行的。军事审计员几乎总是在黑暗中工作,这本来就是一项艰巨的任务,他们经常在恶劣的天气和混乱可怕的战斗环境中聆听。据说士兵们在战斗中瞬间失聪;士兵们回忆说,“看到炮手的耳朵在流血。”

当通过声音定位器听时,听力损伤和听者疲劳是常见的。不仅听者在不熟悉和不可预知的环境中从事困难和费力的活动,而且几乎可以肯定他有死亡的风险。在这种情况下,“加强倾听”是一个极端的命题。

声测角仪

鉴于在这种极端条件下倾听的危险性,军事审计员接受了广泛的训练,以发展他们的定向倾听技能。一份关于声学测角仪(一种法国设备)的军事手册中有“声音观察者的训练”和“听众的耳朵训练”的章节。这些章节详细描述了军事审计员需要进行的各种训练耳朵的练习,以获得使用声学测角仪的资格。声学测角仪是一种不同方位的声音定位器,其中两套10个小的聚簇喇叭取代了四喇叭的大圆锥形喇叭。

用声学仪表聆听练习在五个阶段进行。在第一阶段,审核员听取了大约100米的固定声源。助手通过计算,拍手或发出喇叭来提供声音。然后,助手向另一个点移动到另一个点,而审计员将仪器重新定向为他。第一次练习旨在消除不可靠的倾听者。如果审计师的“声学目标”偏离太多,则不允许审计员传递给第二阶段。

在第二阶段,助手模拟一个移动的声源,在距离听者大约150到200米的距离以大约每秒1米的速度连续行走,同时发出连续的声音。听者试图通过不断地将测角仪对准助手来跟踪声音。站在审核员和助理之间的指导员随意地吹着口哨。在这些点上,助理停止移动,审计师的声学瞄准得到验证。

在第三和第四阶段,审计员跟踪一架真正的飞机的声音,首先跟踪它的水平方位,然后是它的高度。在第五阶段,也就是最后一个阶段,两名审核员同时跟踪一架飞机,一名倾听飞机的水平方位,另一名倾听飞机的高度。他们认为,审计员“应该每天进行系统的培训”,每天的听力练习是“绝对必不可少的”。如果一名审计人员不每天实践,人们认为他“很快就会失去获得的效率”。

早期Perrin望远镜模型的照片,有两个麦克风。来源:未知

战争中机械上最复杂的声音定位器之一是佩林望远镜(telesitemetre佩兰),以法国物理学家让·巴蒂斯特·佩林的名字命名。它的前提是,锥形喇叭所能达到的放大音量必然受到喇叭大小和长度的限制。为了提高声音定位器的放大功率,但不增加它的尺寸,Perrin设计了一个接收器,把几十个基本喇叭聚集在六角形、蜂窝状的巢里。这些“主喇叭”通过一套管子与中央喇叭连接,两名听者分别通过一段额外的管子进行双耳聆听。这个想法是,多细胞喇叭组合,被称为“多细胞喇叭”,将使设备能够收集大量的声能,而仪器本身可以保持相对较小,因此在运动战的背景下可行。

根据A.V. Hill的说法,许多人认为Perrin天文望远镜比小号的声音定位器给出了一个“更确定的中心位置”,而且用天文望远镜,两耳之间的声音通过的感觉似乎“更明显”。

倾听的新领域

第一次世界大战期间出现了一批军事审计员,他们能够感知声音的位置和方向,成为军事行动中的一项关键资产。在法国,军事审计员每天都接受训练,方向性听力被认为是一种可以通过耳朵训练来发展的技能。在声学防御的背景下,一个“好的倾听者”并不一定是那些听得很清楚的人。相反,一个好的倾听者能够利用他们的空间听觉来定位和追踪声音的来源。

在战争的过程中,声学防御技术变得越来越复杂,不仅在他们日益复杂的设计上,而且在他们需要的倾听类型上。合作和协作的聆听模式出现了,包括几个审计师和其他团队,他们共同工作来感知和解释声音活动。特别是在战争的后期,在声学防御的背景下倾听显然是一项集体努力。

几乎每一个防御性的倾听行为都涉及一系列复杂的程序,需要专业知识、几个审计员和其他观察员之间的合作以及团队之间的沟通。这样,倾听就变成了一个分散的过程,被许多人分割开来,每个人都被分配到“倾听行动”的不同部分。与此同时,倾听行为本身被重新配置,从个人在日常环境中执行的单一的、连续的、连贯的行为,转变为一组审计员在极端战争条件下执行的一套系统化的、离散的行为。

由于军事审计员的作用是倾听和不断报告他的发现,倾听被进一步重新配置为数据收集行为。军事审计员通常不会解释意义他是一个声学传感器,其主要职责是观察和报告物理声学数据。从这个意义上说,军事监听本质上是一项机械任务,它预示着现代形式的机器监听。人类审计员通过制定功能性和高度合理化的倾听模式来执行今天机器执行的功能:声音研究学者乔纳森·斯特恩(Jonathan Sterne)称之为“听觉技术”的军事化形式。

立体声:科学、技术和艺术中的声音与空间
Gascia Ouzounian
麻省理工学院出版社,2021

通过声学防御,倾听同样被重新配置为感知、观察或视觉绘制声能,而不仅仅是“听到”声音。在一些声学防御方法中,声音的视觉表现和与声学活动有关的计算——例如,确定风和温度等大气条件对某一天声音传播的影响——取代了听觉。换句话说,声音“听起来”的方式并不总是声学防御的重点。相反,在许多情况下,声音的物理行为才是听力方程式中最重要的部分。

如果声音不是被理解为一种被听到的东西,而是被感知的东西——或者确实是被观察到的东西——那么它的定义也必须改变。在战争开始时,声音通常被理解为“某些振动运动对听觉神经产生的影响”,这一定义被希尔引用为标准。然而,这一定义并不总是适用于声学防御,因为正如一位军事领导人所写的那样,有时有必要考虑声音,“而不考虑耳朵最终能探测到的声音”。因此,希尔建议对声音的一个更恰当的定义应该是“一种物质的振动运动,这种运动是听觉器官所响应的。”虽然这与关于声音的成熟想法是一致的,但声学防御技术使我们能够以一种有形的方式体验声音,就像“物质的振动运动”一样。

声学防御同样使“声音传播”的概念具体化。成千上万的人- -包括军事审计员以及生活在空中轰炸威胁下的许多平民- -不是朝着可见的声源,而是朝着声道。声学防御使声音移动的想法变得合情合理,而通过使自己对其运动进行定位,就可以重新定位历史本身。

加西亚·乌祖尼安(Gascia Ouzounian)是牛津大学(University of Oxford)音乐副教授,著有立体声:科学、技术和艺术中的声音与空间本文就是从这里改编而来的。它最初是由麻省理工学院出版社读者并已在此重新发布许可。

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