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爆竹聲聲迎祥瑞,你知道炮竹的前世今生嗎?
鞭炮聲音怎麼形容
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《詩意的原子》
一本。
正月初五又稱“破五”,民間傳說這一天是財神的生日,人們在這一天燃放鞭炮迎接財神,以求財源滾滾。
鞭炮聲聲迎財神
爆竹:我裂開了
利用爆竹驅邪迎祥瑞的習俗在我國有著悠久的歷史:
春秋時期
春秋末年范蠡:“除夜燒盆爆竹與照田蠶看火色,同是夜取安靜為吉”。
漢代
西漢時東方朔在《神異經》也記述有“爆竹驅山魈”的故事。
南北朝時期
南北朝梁宗懍編撰的《荊楚歲時記》中曾記載:“正月一日是三元之日也。《春秋》謂之端月。雞鳴而起,先於庭前爆竹,以闢山臊惡鬼。”
唐代
唐代劉禹錫有詩云:“照潭出老蛟,爆竹驚山鬼”。
這些記載說明,從
春秋時期
開始,我國便有了採用竹子燃燒時爆裂發出響聲的“爆竹”,人們利用爆竹來驅邪辭舊迎祥瑞。
庭院爆竹圖
早期的“爆竹”利用的是
空氣
受熱膨脹
的原理。竹枝中空有節,竹節腔中的空氣在燃燒時受熱膨脹,使得竹節會突然爆裂而發出響聲,達到“
爆
”出聲響的效果。
火藥:我燃起來了
小兒放紙炮圖
到了
宋朝
,由於火藥的發明,逐漸出現了以火藥為原料的爆竹。宋代《會稽志》卷十三中記載:“除夕爆竹相聞,亦或以
硫黃
作爆藥,聲尤震厲,謂之爆仗”,可知爆仗在宋朝被用於除夕燃放了。
南宋周密《武林舊事》卷三“歲除”條中記載:“至於爆仗,有為果子人物等類不一。而殿司所進屏風,外畫鍾馗捕鬼之類。而內藏藥線,
一爇連百餘不絕
”。“
一爇連百餘不絕
”,就是把單個的炮仗連線在一起,即後來的
鞭炮
。
炮仗結構圖
鞭炮爆炸的基本原理是
火藥的化學反應
。用紙卷把
火藥
和
氧化劑
卷在中間,頂部插上引線,底部使用泥土或者其它粘結劑密封嚴實。我們在中學學習過火藥燃燒的化學方程式:
S+2KNO3+3C== K2S+3CO2↑+N2↑
當點燃引線,火藥被引燃後在密封的紙筒中
劇烈燃燒
並
產生大量氣體
,氣體猛烈膨脹,將紙筒從中部擠破,鞭炮就發出了爆炸聲。
煙花:OK,起飛
五顏六色的煙花
除了鞭炮,人們還製作出了
煙花
,元代趙孟有詩云:“紛紛燦爛如星隕,喧豗似火攻”,煙花的發明更為節日增添了幾分色彩。
煙花結構圖
煙花結構分為兩部分,其一是
推進
部分,其二是
效果件
,即禮花彈。推進部分同樣利用火藥燃燒原理,只是發射藥由堅固的紙殼包裹,
火藥燃燒產生的氣體無法脹裂紙殼
,只能從端部預留的空隙噴出,從而將禮花彈推進到空中。而禮花彈中除了爆炸所用的火藥之外,還添加了許多化合物,比如鈉鹽、鋇鹽等,利用焰色反應產生多種多樣的顏色。
焰色反應
然而,由於燃放鞭炮帶來的
安全
和
環境
問題,許多地方推行禁鞭令。因此,人們陸續發明了許多鞭炮的替代品。
比如壓爆氣球……
車碾氣球模擬鞭炮
再比如舞鞭,往期我們介紹過舞鞭發生的原理(傳送門戳這裡)。在2002年的一篇PRL上,研究人員還專門對鞭子音爆的產生原因的分析,研究顯示
鞭鞘的速度能達到
2馬赫(2倍音速)
。據作者計算,尖端的速度能夠達到鞭子初始速度的30倍以上。
鞭鞘產生衝擊波 來源:Smarter Every Day
抽打鞭子代替鞭炮
電子禮炮:聲光電的模仿秀
目前還有一種比較流行的鞭炮替代品是
電子禮炮
與
電子鞭炮
。我們首先來看看這個大傢伙——電子禮炮。
電子禮炮實物圖
電子禮炮的原理是
氣體爆炸產生禮炮聲
。電子禮炮使用厚壁且無縫隙的鋼管來製作炮筒。
電子禮炮結構圖
人們使用電路控制電磁閥,向炮管中按照比例充入氧氣與天然氣,
透過點火裝置點燃混合氣體
,使氣體爆炸發出禮炮聲。
電子禮炮原理圖
講完大傢伙,我們再來看看小傢伙——電子鞭炮。
電子鞭炮實物圖
所謂電子鞭炮,就是透過
電路控制
實現真實鞭炮爆炸時發出的
光
、
聲
、
煙霧
等現象。下面我們來仔細分析一下它的工作原理。
對電子鞭炮而言,最重要的就是
模擬鞭炮爆炸的聲音
。現在一般有兩種實現方式。
第一種方法是利用
喇叭
進行模擬,其原理是
利用電路播放提前錄製好的高質量鞭炮爆炸聲音
。例如下圖所示電路中利用ISD1820單段語音錄放晶片記錄鞭炮爆炸聲。
電子鞭炮音訊產生電路原理圖
第二種方法是
透過電路實現高壓擊穿空氣
來產生爆炸聲。
單管自激升壓電路圖
生活中常見的是18650鋰電池,能夠提供大約3。7V電壓。利用單管自激升壓電路作為高壓發生電路,能夠
將3.7V電壓提升到十幾千伏的高壓
為電容充電。電阻R1、二極體D1構成基極分壓式偏置電路,使三極體Q1集電極線圈產生的訊號反饋給基極線圈,產生自激振盪,從而使次級線圈得到數倍的電壓。
高壓擊穿空氣
形成刺耳的聲音,從而模擬出鞭炮爆炸的聲音效果。
除了鞭炮爆炸聲音的模擬,電子鞭炮利用
LED電路
能夠實現爆炸
火花
的模擬。鞭炮的爆炸火花總是伴隨爆炸聲產生,而利用
聲控閃光電路
便可以模擬出伴隨爆炸聲出現的閃光。
聲控閃光電路
聲控閃光電路中兩個三極體Q2、Q3組成兩級直接耦合放大電路。選取合適的R3、R4,當外界無聲音變化三極體Q2處於臨界飽和狀態,從而導致三極體Q3處於截止狀態,這時三隻LED中沒有電流透過而保持
熄滅
狀態。
當麥克風MIC接收到聲波訊號時,音訊訊號轉化為電流訊號流入三極體Q2的基極,從而導致Q2退出飽和狀態,Q2的集電極電壓上升。如此,三極體Q3便會導通,使得三隻LED點亮發光。如果輸入音訊訊號較弱,不足以使Q2退出飽和狀態,LED仍保持熄滅狀態,只有較強訊號輸入時,二極體才點亮發光,所以
二極體能隨著環境聲音訊號的強弱起伏而閃爍發光
。
回顧炮竹的前世今生,從早期的“爆竹”到使用了火藥的炮仗,再到現在電子鞭炮、電子禮炮等替代品,不斷變化的是發聲方式,不變的是人們利用響聲來表達
辭舊驅邪迎祥瑞
的心願。隨著科技的發展,炮竹作為實體在未來可能會不斷演變,
但其作為人們追求美好未來的意志載體不會發生改變
。
參考文獻:
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編輯:C&C,Dannis
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