科學家幫你過濾「巫巫茲拉」

這屆世界盃最惱人的東西是什麼？還用問嘛，當然是「巫巫茲拉」。開賽以後，這種南非傳統喇叭就在現場以及電視轉播前無數觀眾中引起了很大的爭議。很多人甚至希望國際足聯能禁用這種「大殺器」。最近，《新科學家》雜志邀請英國薩爾福德大學的一名聲學科學家來解釋，為什麼巫巫茲拉的聲音這麼「難聽」。

錐形管導致分貝高

特拉維·考克斯（Trevor Cox）是英國薩爾福德大學的聲學工程科學家。他同時也是英國聲學協會會長。關於巫巫茲拉，他解釋說，這其實就是一個長條形喇叭，通過往裡吹氣作響。吹的時候，演奏者的嘴唇每秒會開合235次，將空氣推入管道中。空氣會在錐形孔中形成共振。如果只有一個巫巫茲拉，而且是由專業演奏者吹的話，那麼它聽起來就如同一個像樣的狩獵用號角。不過，一旦未經訓練的普通足球迷也開始吹巫巫茲拉，聲音可能就不那麼悅人了，調子和波動會斷斷續續。「聽上去像是大象吼叫。」造成這一情況的原因是普通演奏者知道該如何持續、圓滑地吹氣。

這還只是一個普通球迷吹出不專業的聲音，如果成千上萬個球迷一起吹的話，那就更不悅耳了。因為每個人吹奏的時間並不一樣，吹出來的頻率也各不相同，聲音此起彼伏，「最後的效果就很像是一群昆蟲在胡亂地大叫。」

考克斯也解釋了為何巫巫茲拉可以吹得這麼響———這與孔的形狀有關。嗚嗚嗞喇的吹孔呈錐形，這個設置可以讓這種樂器產生頻率為235赫茲的聲音，還可以產生諧波，令頻率加倍。諧波又叫泛音，就是除基頻外其他頻率的音。這些聲音被分解成若干個不同頻率純音的疊加。這些頻率都是某一基本頻率的倍數。據測量，巫巫茲拉產生的諧波十分強，最高時達到1630赫茲。

錐形樂器比圓柱形樂器產生更響的高頻率諧波，人耳往往對高諧波的頻率比較敏感，聽上去也就感覺更響。這也是為什麼錐形的薩克斯管聽上去比圓柱形的單簧管更響的原因。

如何減少「折磨」

根據南非一所大學的研究，巫巫茲拉的聲音可以達到116分貝。如果有人持續暴露在巫巫茲拉的聲音之中，其聽力可能會受到損傷。哪怕只有一只巫巫茲拉吹奏7 到22秒，都有可能出現讓人煩躁的噪音。而整個體育場內千萬人同時用力吹奏，持續整個比賽，這可能會給聽眾帶來暫時性聽力損傷。

聲音越響越惱人。人耳進化成了一個預警系統，友好的、持續的聲音，則會被自動忽視，而當我們聽到一個突然的聲音變化，就會警覺周圍的環境中是否有危險。因此，巫巫茲拉的響聲，人是不可能聽而不見的。

考克斯表示，巫巫茲拉嗡嗡作響的音質也令其聽上去很難聽。它有著很獨特的音調。有的聲音在經過噪音標准調整後或許還能夠被人承受，但嗡嗡作響的聲音則很難忽略，它比一些寬頻噪音———比如電台噪聲還要讓人不安。事實上每個音調都攜帶一定的有用信息，比如捕獵者的聲音可能聽上去就像獅子吼叫，巫巫茲拉的聲音就類似警告聲。

在問到有什麼可以減輕電視機和電台觀眾耳朵「折磨」的建議時，考克斯表示，電視台必須考慮觀眾背景聲音與評論員聲音之間的平衡，如果觀眾太「安靜」，則比賽就失去了氣氛，因此也不能完全關閉觀眾的聲音。他的建議是，如果在電腦上看比賽的話，可以通過皇後瑪麗大學設計的專門軟件Centre for Digital Music去除巫巫茲拉或評論員的聲音。而要在電視上看的話那就只能接受巫巫茲拉的背景音了。「你唯一能做的恐怕就是再拉開一罐啤酒，盡可能去享受這個氣氛。」他說。

如何「消滅」巫巫茲拉

英國皇後瑪麗大學的數字音樂中心研究所（Centre for Digital Music）有一個研究聲音軟件的網站Isophonics.net。現在，這個網站為了「拯救」眾多飽受巫巫茲拉聲音之苦的足球觀眾，分析出可以在電腦上去除巫巫茲拉聲音的方法。

這個研究中心先是分析電視轉播中巫巫茲拉的聲音是如何傳遞的，看是否可以從中將這個聲音過濾。以聯合會杯的一場比賽為例，他們將不同的音頻區分開來。如同所有的樂器都有一個起調，人聲也有一個諧波，其是基本頻率的多倍數，諧波的不同，讓不同聲音分離出來。

通過頻率的合並，可以將其中的任意一個聲音去除，讀者可以在其網站上聽到過濾前和過濾後的兩種效果聲，後者雖然還是會聽到號角聲，但卻明顯輕多了。

在電腦上觀看世界杯比賽的觀眾，可以直接從其網站上下載「去巫巫茲拉」解壓縮軟件（devuvuzelator.zip）。網頁上有標出各個不同操作系統中的使用方法，對於微軟用戶來說，可以直接下載Stardock的相關插件軟件，就可以直接在瀏覽器中直接觀看沒有巫巫茲拉聲音的球賽了。

引用來源:http://songshuhui.net/archives/39472.html

世界盃：高海拔使球員放高炮

美國國家航空航天局（NASA）的科學家指出，在南非約翰內斯堡的高海拔足球場踢足球時的特殊空氣動力學可能讓參加世界盃的球員注意到踢球時會發生一些奇怪的現象。

在高海拔的地方氣壓較低，因此空氣動力學的影響如阻力和舉力也較低，最終導致足球比在低海拔時飛行得更快、更直。約翰內斯堡的海拔為5,500英尺（1,680米）。

「在約翰內斯堡踢球時，由於空氣密度不同於其他球場，足球的飛行軌跡也會有所不同，」加利福尼亞州莫菲特菲爾德市NASA艾姆斯研究中心的航空航天工程師拉比·梅塔（Rabi Mehta）說，「最近看球賽時，你經常會看到長傳球傳得過大，我認為就是因為這種影響。」

球場上的物理學

空氣阻力會對運行中的足球產生對抗的阻力，使足球飛行速度減慢，而舉力則是使足球偏離直線軌跡的力量。這兩種力都是由於空氣的存在而產生的，因此當周圍的空氣分子較少時，這些力就會減小。這樣，在約翰內斯堡與在海平面上相比，同樣踢一腳球，足球將會飛得更快、更直。

此外，高海拔對於不適應高原的球員也會帶來生理上的嚴峻考驗。 大氣較少意味著吸入的氧氣較少，這對運動員來說是個負擔，因為他們必須更用力地呼吸才能得到足夠的氧來滿足肌肉運動的需要。人體可以對高海拔作出調節，產生更多的紅細胞來充分利用現有的氧，但這需要時間，所以本來就在高海拔地區生活的人，或者到達比較早以至於適應了高海拔環境的隊員無疑會更有優勢。

慢速變化球

梅塔對於2010年世界盃上使用的新足球也進行過一些空氣動力學研究。阿迪達斯公司為本屆世界盃帶來了一種新球，稱為「普天同慶」（Jabulani，祖魯語中「慶祝」的意思）。相比過去的14塊皮片，新款足球由8塊皮片組成，並且表面還有空氣動力學凹槽。

它是2006年世界盃時使用的「團隊之星」的調整。當時，阿迪達斯公司說它是世界上最精准的足球，但是球員抱怨它跟他們習慣踢的足球不同。

梅塔說「普天同慶」可能有一些與「團隊之星」同樣的問題。

一個主要的問題是所謂「慢速變化球」。 慢速變化球是指球拐彎或旋轉的方向出乎意外。這是因為這種球踢出來時直的，沒有旋轉。

諷刺的是，這種球缺乏旋轉導致其飛行的軌跡由於受到空氣動力學的影響而變向。由於皮塊之間的接縫，再加上額外的凹槽，因此這種球不是完全平滑的。這些不規則性導致球周圍形成不對稱氣流，產生使球變向的側向力。

球的總體設計和新增加的凹槽使得在相當於以禁區周圍發任意球時踢出的速度時，「普天同慶」更易於成為慢速變化球。

梅塔說，慢速變化球並不總是壞事–如果球在運行的最後一刻突然下墜，就能使守門員撲空，助進攻隊員一臂之力。但是球員希望能預測他們踢出的球將在哪裡著地，對於新球他們需要一些調整。

引用來源:http://songshuhui.net/archives/39480.html

虎頭蜂的家 動物界環保綠建築

【聯合報╱記者曾懿晴／台北報導】
2010.06.24 02:44 am
圖／林試所提供
農委會在虎頭蜂窩內設溫度計，發現室外四十度時，紙蜂窩內溫度僅廿六到廿八度。
令人聞風喪膽的虎頭蜂，其實是慧眼獨具的環保小尖兵。農委會林試所研究發現，虎頭蜂搭建的「紙蜂窩」，就像天然變頻冷氣，能抵抗酷熱及嚴寒，是動物界的「環保綠建築」。
虎頭蜂利用強而有力的大顎刮取樹木的木材纖維，與口內分泌物混合成紙漿來搭建蜂窩。林試所副研究員陸聲山表示，虎頭蜂窩是名副其實的紙房子，多呈土黃、棕、灰色並帶有花紋，蜂窩色澤取決於虎頭蜂咬取的樹木纖維顏色。
為了研究虎頭蜂窩，林試所研究人員在台北及福山植物園找尋虎頭蜂窩，並在蜂窩內架設溫濕度紀錄器。研究人員因此多次遭「蜂吻」，陸聲山就有五次被虎頭蜂螫咬的經驗。一回防護裝沒穿好，虎頭蜂「見縫插針」，一口氣在陸聲山的腳踝叮上七針，當場送醫。
林試所研究人員以疼痛換來的研究成果，卻令學界大感興奮。陸聲山指出，虎頭蜂窩的構造類似層層包覆的高麗菜，中間留有空隙、夾層交互相連，所以有保暖絕緣效果。不管夏季戶外高溫難耐，或冬季寒流來襲，蜂窩內部可藉由虎頭蜂取水與搧翅形成氣流，得以將溫度維持穩定，「內部都控制在廿六度到廿八度間。」
「虎頭蜂多採坐北朝南的方向築巢，蜂窩冬暖夏涼。」陸聲山表示，虎頭蜂從巢位選擇就具有建築概念，加上紙漿築窩隔絕效果極佳，使蜂窩內部空調能維持恆溫。即使研究人員在蜂窩挖孔插入溫濕度紀錄器，隔天就能馬上修復，回復恆溫。
虎頭蜂築巢速度極快，陸聲山指出，即使是一年一代的巨大虎頭蜂窩，也僅花半年時間建造，廢棄舊窩還可提供數十種不同的生物再利用，值得建築界借鏡。

水煮馬鈴薯電池 成本低電力強

中央社 2010.06.18
以色列1所大學附設的技術轉移公司研發出馬鈴薯電池技術，產生電力成本比一般電池便宜多達50倍，在開發中國家具有推廣潛力。
耶路撒冷希伯來大學（Hebrew University ofJerusalem）的伊森研究發展公司（Yissum ResearchDevelopment Co.）表示，水煮馬鈴薯電池產生的能源，比市售電池所產生的電力價格便宜5到50倍。
使用馬鈴薯電池供電的電燈，比開發中國家常使用的煤油燈成本便宜6倍。
伊森執行長米西林（Yaacov Michlin）在聲明中表示：「能以如此簡單又天然的方式提供電力，可讓開發中國家數百萬人受惠，真正把光與電信帶進尚無電力基礎建設的地區。」
這篇研究刊登在6月號「再生與永續能源期刊」（Journal of Renewable and Sustainable Energy）。
希伯來大學的拉比諾威契（Haim Rabinowitch）及研究生高柏格（Alex Golberg），與柏克萊加州大學（University of California at Berkeley）的魯賓斯基（Boris Rubinsky）合作，發現以鋅銅電極與一片普通馬鈴薯做出高效能電池的新方法。
他們發現，若在電解作用前先水煮馬鈴薯，比未經處理的馬鈴薯多上10倍電力，電池可供電數日甚至數週。

 

馬鈴薯變「電池」 「水煮」成本低電力強

耶路撒冷希伯來大學（Hebrew University of Jerusalem）的伊森研究發展公司（Yissum Research Development Co.）研發出馬鈴薯電池技術，產生電力的成本將比普通電池便宜5到50倍，在電解作用前先水煮馬鈴薯，會比未經處理的馬鈴薯多上10倍的電力，電池可供電數日甚至更久，在開發中國家將具有推廣潛力。
希伯來大學的拉比諾威契（Haim Rabinowitch）及研究生高柏格（Alex Golberg），與柏克萊加州大學（University of California at Berkeley）的魯賓斯基（Boris Rubinsky）合作發現，只要以鋅銅電極與一片普通馬鈴薯就能做出高效能電池。
此項研究刊登在6月號「再生與永續能源期刊」（Journal of Renewable and Sustainable Energy），研究指出，使用馬鈴薯電池供電的電燈，會比開發中國家使用的煤油燈成本便宜6倍。
伊森執行長米西林（Yaacov Michlin）在聲明中表示，「如此天然的電力提供方式，不僅可以真正把光與電帶進沒有電力基礎建設的地區，更可讓開發中國家數百萬人因此受惠。」