在弗吉尼亞州盧雷洞穴的深處，一首歌曲在滴滴答答的水滴聲中迴盪在石灰岩上。這首曲子並非來自遊客忽略的手機，而是來自一種聲學奇觀：大鐘乳石管風琴。
從技術上講，這種鐘乳石管風琴根本不是風琴，而是一種被稱為石琴的打擊樂器。它不是透過管道吹氣，而是透過有節奏地敲擊散佈在 3.5 英畝洞穴中的 37 根不同的鐘乳石來演奏。大鐘乳石管風琴非常大，以至於《吉尼斯世界紀錄》將其譽為世界上最大的樂器。
這一切都歸功於大自然、時間和一位特別有創造力的數學家。
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振動形成
大鐘乳石管風琴的故事始於 4 億多年前。
當時，阿巴拉契亞山脈（盧雷洞穴現在所在地）是遠古的海底。隨著時間的推移，海洋沉積物形成了一層厚達近 100 英尺的被稱為白雲石的石灰石。
幾次構造運動之後，幾乎水密巖室上升到了當地人稱為“洞穴山”的區域。在山頂，一個相對水平的表面允許雨水緩慢滲入地下。
水在滲入腐爛的土壤時變得富含碳酸。隨著時間的推移，由於酸化的水溶解了石灰石，盧雷洞穴現在巨大的腔室形成了。只有當大量的水透過洞穴的下部裂縫消散後，大自然的內部設計過程才能開始。
隨著內部大氣的變化，富含碳酸鈣和二氧化碳的水滴以足夠慢的速度滴過洞穴，將二氧化碳釋放到空氣中。碳酸鈣聚集在相鄰的表面上。天花板上的水滴沉積物最終形成了鐘乳石。滴到地板上的水滴慢慢形成了石筍。
由於鐘乳石從洞穴天花板上自由懸掛，因此當被敲擊時會振動。從本質上講，這些地層是大自然的音叉。
一個想法的萌生
自 1878 年被發現以來，數百萬人都參觀過盧雷洞穴，其中包括在弗吉尼亞州阿靈頓五角大樓工作的電子工程師和數學家萊蘭·斯普林克。
斯普林克和他的兒子於 1954 年參觀了洞穴。當時，導遊敲擊洞穴的鐘乳石來演示不同尺寸會發出不同的音調。這一演示啟發了同樣也是音樂家的斯普林克，創作了“大鐘乳石管風琴”。
盧雷洞穴公共關係主管約翰·謝弗說：“最令人驚奇的是，他去我們的管理層要求嘗試這個專案，他們允許他這樣做。” “在那段時間裡，他幾乎每個週末都在尋找能夠完美調音的鐘乳石。”
最終，斯普林克花了三年時間建造了管風琴。他選擇了 37 根鐘乳石的音高，將其中除兩根外的所有鐘乳石都打磨得完美無瑕，然後在每根鐘乳石旁邊都安裝了一個長超過一英尺的橡膠槌裝置。每當音樂家敲擊琴鍵時，鐘乳石上就會發出相應的音符。
研究洞穴和宗教場所聲學的考古聲學科學家大衛·盧布曼，在加利福尼亞州威斯敏斯特建立了 DL Acoustics 公司，他並不驚訝盧雷洞穴成為大鐘乳石管風琴的所在地。
他說：“人們會想到在混響洞穴中放置管風琴，這絕非巧合，因為這些是聲學效果。”
盧布曼將盧雷洞穴的多孔岩石紋理比作錄音室牆壁上的泡沫或地毯襯裡。多孔的紋理吸收了足夠的聲音，以減少音符的重複混淆，但仍然允許音調穿過洞穴並返回到管風琴所在的教堂房間。
如今，這件樂器每年為超過 40 萬名遊客演奏歌曲。
工作原理
在盧雷洞穴深處，大鐘乳石管風琴的運營經理拉里·莫耶評論了將洞穴變成樂器的奇特之處。“你現在就站在管風琴裡面。你周圍都是音符。”
要演奏管風琴，音樂家坐在一個類似於帶有四個堆疊鍵盤的立式鋼琴的控制檯上。當演奏者敲擊琴鍵時，它會向隱藏在洞穴中石階中的機械裝置傳送電訊號。該裝置將該命令傳輸到相應的橡膠槌，該橡膠槌會敲擊相同音符的鐘乳石。
按下琴鍵和管風琴演奏者聽到聲音之間大約會過去一秒鐘。延遲可能因鐘乳石的位置和附近洞穴的物理特徵而異。
盧布曼說：“洞穴中的聲學效果並不均勻。” “有些地方的混響度很低，而另一些地方的混響度則更高。洞穴牆壁越是多孔或凹凸不平，聲音的回聲就越少。”
因此，對於許多人來說，很難憑聽覺來演奏大鐘乳石管風琴。因此，一臺類似於自動鋼琴的機器會代表管風琴演奏大部分歌曲。在這些情況下，一塊帶有孔的塑膠片會在一個大的金屬鼓上旋轉。當金屬纖維透過孔與鼓接觸時，洞穴中就會敲擊特定音符的鐘乳石。
莫耶從萊蘭·斯普林克本人那裡學會了如何操作和維護管風琴。
莫耶說：“使這件樂器獨一無二且具有挑戰性的原因之一是，一旦出現故障，你不會去大鐘乳石商店更換它。” “我們必須在內部製作所有東西。”
考慮到洞穴的氣氛，這絕非易事。近 100% 的溼度意味著莫耶和他的團隊必須使用加熱器和烘乾機來維護演奏管風琴的控制檯和機械。
對莫耶來說幸運的是，斯普林克選擇的鐘乳石位於洞穴乾燥、非生長的部分。莫耶說：“如果它們真的生長，它們大約每百年就會走調一次。” “因為鐘乳石的音高取決於它們的大小，所以如果它們變大了，就必須打磨它們。”
因此，在它被創造出來 60 多年後，大自然和人類工程師繼續攜手合作，以確保斯普林克的管風琴奏出所有正確的音符。