聚声伞与卫星电视

郭治

有一个历史故事说，一个听觉不好的国王总为听不清大臣的上奏而发火。后来有位工匠献了一张图，说只要照着这张图来盖一座新王宫，国王坐在宝座上就能听清站在远处的大臣的说话声。国王按照他的图纸修建了新王宫，果然听清了大臣的上奏。

这个故事是否真实，我们不必考证，这种可以聚集声音的建筑却是存在的。英国伦敦的圣保罗大教堂，有个奇妙的圆屋顶，就像扣着一把伞，在那里轻轻说话。远处的人也能听清。让我们做个“聚声伞”的游戏，研究一下它的原理。

找两把同样的雨伞和一块机械手表。先把一把伞撑开放在空地上，一位同学扶着伞把让它水平（或者用支架把它支起来），在伞把上套上那块嘀嗒作响的手表。你把耳朵伸进去听一听声音，你会发现，各处的声响略有不同， 沿着伞把，你会找到声音最响的一个位置。在这个位置挂上那块表，将另一把伞架在这把伞的对面，虽然相距几米，你却可以在伞里听到对面伞里传来的手表的嘀嗒声（图 1）。

原来，“聚声伞”就是一个能够反射场波的凹面镜。凹面镜对光波的反射，大家都很熟悉，伞式太阳灶能把太阳光会聚到焦点，就是凹面镜的功劳。“聚声伞”能把远处来的声波会聚到焦点。你听到声音最响的那一点，就是聚声凹镜的焦点。手电筒里的反光镜是一个凹面镜，灯泡放在它的焦点上， 它就能反射出一道光柱。把声源放在凹面镜的焦点上，反射出的声波也和那道光柱相似，方向性强，能量集中，传得远。挂表的伞把轻微的嘀嗒声反射出去，被听音的伞收集，又会聚到了焦点，你把耳朵正伸到那里，便听到了手表声（图 2）。

凹面镜不但能反射光波和声波，而且能反射无线电波，对于无线电波中的微波尤其起作用。因此，“聚声伞”的原理早就引起了无线电工程师的注意。

在利用人造地球卫星传播电视节目的技术中，怎样把电波送到卫星上， 又怎样有效地接收卫星转送来的微弱电波呢？人们想到了“聚声伞”：利用凹面镜的反射作用，把地面的电波像探照灯那样反射到太空里，正“打”在通讯卫星的凹面镜上，通讯卫星的接收器就安装在焦点上，于是就清晰地接收到了地面电波。通讯卫星又利用凹面镜把这些电波反射给另一个通讯卫星的凹面镜。第二个通讯卫星不但用凹面镜接收着电波，又用它把电波送到了地面。地面上的卫星电视接收装置，看上去和一口大锅差不多，那就是“聚声伞”原理在起作用，把微弱的卫星电波聚到了一起，让我们看到了地球另一面传来的电视节目。（图 3）

至于那个聋国王的王宫，应当是按照凹面镜对声波的反射原理设计建造的：国王的宝座放在一个焦点上，大臣上奏的地方在另一个焦点上，大臣的声音经过凹面墙壁的反射，会聚到了国王的宝座上，所以他就能听清楚了。