把一张纸卷成圆筒形，罩在耳朵上，可以听到里面的声音很大，这种声音是如何形成的，或者说怎么听到的？

这倒是个有趣的现象，很多人小时候都玩过这个小把戏。当你把纸卷成一个圆筒，罩在耳朵上，再听周围的声音，会发现声音好像被放大了，听起来特别清楚、特别响。这其实不是什么魔法，而是声音在“帮忙”下，以一种更有效的方式进入了你的耳朵。

咱们得从声音是怎么传播的说起。声音本质上是空气的振动，就像你在水里扔下一块石头，会激起一圈圈的涟漪一样。这些空气振动会以波的形式向四周扩散。我们之所以能听到声音，是因为这些空气振动传到我们的耳朵里，让鼓膜也跟着振动，然后这些振动经过一系列的转换，最后在大脑里被解读成我们听到的声音。

现在，我们来想想为什么卷成圆筒会增强听觉效果。

第一，收集和聚焦作用。

你想想，我们不卷纸的时候，耳朵本身就有一个形状，就像个小漏斗，能收集一部分声音。但这个“漏斗”的开口面积是有限的，而且它主要收集的是来自正前方和侧方的声音。周围的声音，特别是那些稍微偏一点方向的声音，会比较分散，一部分直接传进了耳朵，但很大一部分可能就“跑掉了”，没能有效地进入耳道。

当你把一张平铺的纸卷成一个圆筒，然后罩在耳朵上，这个圆筒就像一个更大的、更专业的“收集器”。它能够比你的耳朵本身收集到更广范围的声音。想象一下，一个大碗能比一个小碟子接更多的水，同样的道理。这个纸筒的开口范围更大，它能“捕捉”到更多原本可能被分散或反射掉的声音波。

更关键的是，这个圆筒不仅仅是“收集”，它还有一个“聚焦”的功能。声音波在空气中传播的时候，会向四周扩散。当这些向四周扩散的声音波遇到纸筒的内壁时，会发生反射。纸筒的内壁是一个相对光滑的曲面，它会把原本向各个方向传播的声音波，沿着一定的角度反射到同一个方向——也就是纸筒的另一端，你的耳道口。

这就好像一个手电筒，如果没有反光碗，光会向四面八方散射，亮度就不够。有了反光碗，光线就会被聚集起来，形成一道明亮的射束。纸筒也是同样的道理，它把原本分散的声音波，集中起来，让更多的声音能量汇聚到你的耳道口。

第二，声音的声压级（或者说响度）的增强。

当声音波被纸筒收集和聚焦后，单位面积上的声能就会增加，换句话说，声音的“密度”变大了。这就导致了声压级的提升，也就是我们感觉到的声音更响。

你可以理解为，原本有很多人在屋子里说话，声音很嘈杂。你把这些人“引导”到一扇门前，让他们排队通过这扇门，那么从门外看，从门里传出来的声音就会比之前在屋子里漫无目的地说话要集中和响亮得多。纸筒做的就是类似的事情，它把声音能量“压缩”了，或者说“浓缩”了，然后传递给你的耳朵。

第三，降低外界干扰，提高信噪比。

而且，这个纸筒还有一个“屏蔽”外部杂音的作用。当你把它罩在耳朵上时，它在一定程度上隔绝了来自纸筒外部的、与你想听的声音无关的噪声。比如你正在听一段远处传来的说话声，但周围又有风声、脚步声等等。纸筒的内壁反射了你想听的声音，但对于那些想从侧面或后面绕进来的杂音，它起到了一定的阻挡作用。

这样一来，你想要听到的声音信号在纸筒内部得到加强，而干扰信号则被削弱，这就大大提高了信噪比（信号的强度与噪声的强度的比值）。当信噪比提高了，你自然就能更清晰、更响亮地听到你想听的声音。

举个更形象的例子：

想象一下你在一个非常大的广场上，有人在远处对你喊话。如果没有帮手，你的声音在空气中会很快地扩散开，传到你耳朵里的声音会很小。但如果你有一个朋友，他拿着一个大喇叭对着你喊话，并且用手在喇叭口形成一个近似圆筒的形状，那么他喊出来的声音就能被更好地收集、定向传播，传到你的耳朵里就会响亮得多。你这个纸筒，就扮演了那个喇叭和手的作用。

所以，总的来说，这种声音变大的现象，主要是纸筒通过扩大声音收集范围、聚焦声音能量，并且一定程度上屏蔽杂音来实现的，最终目的是让更多有效的声音能量集中传递到你的耳道，从而让你觉得声音变大了，听得更清楚了。这是一种很巧妙地利用了声音传播物理原理的听觉增强技巧。

简单来说，纸卷放在耳旁后听到了声音，是纸卷内空气柱从环境噪音中“选出”了与空气柱共振的声波放大的结果。

首先，声波其实就是在声介质中传播的机械波。我们知道，任何一段振动都可以分解为一系列正弦波的叠加，这在数学上被称为傅里叶变换。而我们对于正弦波是可以讨论其频率的。因此，我们常说“人耳可以听到20~20000Hz之间的声音”正是指：我们能够听到任意声波经过傅里叶变换后，位于这一区间的组分。我们生活的环境中充满了噪音，我们所谓“寂静无声”的情况，通常也是指这种底噪很小而非不存在底噪。

共振是生活中常见的一种现象。例如，有一位朋友想让你在他荡秋千时推他，使他荡的尽可能高，最佳的策略就是在每个周期他最接近你的时候沿他运动方向推他。这个例子中，朋友与秋千体系运动的频率仅依赖于体系的固有属性（转动惯量）与重力加速度，因此可以定义为系统的固有频率。而你推他的频率定义为外界对体系施加力的频率。驱动力的频率等于固有频率时，体系发生共振，即振幅达到最大值。对于一个传导机械波的体系，仍然会有一个仅由其内禀属性决定的固有频率，如果我们用机械波代替秋千的周期运动，共振的概念就可以自然拓展。共振有时会造成灾难，历史上就曾有因大风引起的涡旋与吊桥共振，最终使吊桥坍塌的事件。不过好在在我们讨论的问题中，共振温和而无害。

回到这个问题，筒内的空气柱会与频率等于空气柱固有频率的声波发生共振，将这一频率的声波放大。而空气中噪声的频率组成是杂乱无章的，其中总会存在这一频率的声波。如果我们在完全安静的地方做这个实验，由于没有了噪声这一驱动，我们将会什么也听不到。空气柱的共振频率也会随着空气柱的形状改变而改变，比如短纸筒“发出”的声音频率会高一些，而长纸筒“发出”的声音频率会低一些。这种空气发生共振的现象在物理学中被称为亥姆霍兹共振，打开高速行驶汽车的窗户会听到“呼呼”的风声，也是亥姆霍兹共振的一种体现。

参考资料：

[1]傅里叶变换

[2]塔科马海峡吊桥

[3]亥姆霍兹共振

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