在弗吉尼亚州卢雷洞穴的深处，一首歌曲在滴滴答答的水滴声中回荡在石灰岩上。这首曲子并非来自游客忽略的手机，而是来自一种声学奇观：大钟乳石管风琴。
从技术上讲，这种钟乳石管风琴根本不是风琴，而是一种被称为石琴的打击乐器。它不是通过管道吹气，而是通过有节奏地敲击散布在 3.5 英亩洞穴中的 37 根不同的钟乳石来演奏。大钟乳石管风琴非常大，以至于《吉尼斯世界纪录》将其誉为世界上最大的乐器。
这一切都归功于大自然、时间和一位特别有创造力的数学家。
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振动形成
大钟乳石管风琴的故事始于 4 亿多年前。
当时，阿巴拉契亚山脉（卢雷洞穴现在所在地）是远古的海底。随着时间的推移，海洋沉积物形成了一层厚达近 100 英尺的被称为白云石的石灰石。
几次构造运动之后，几乎水密岩室上升到了当地人称为“洞穴山”的区域。在山顶，一个相对水平的表面允许雨水缓慢渗入地下。
水在渗入腐烂的土壤时变得富含碳酸。随着时间的推移，由于酸化的水溶解了石灰石，卢雷洞穴现在巨大的腔室形成了。只有当大量的水通过洞穴的下部裂缝消散后，大自然的内部设计过程才能开始。
随着内部大气的变化，富含碳酸钙和二氧化碳的水滴以足够慢的速度滴过洞穴，将二氧化碳释放到空气中。碳酸钙聚集在相邻的表面上。天花板上的水滴沉积物最终形成了钟乳石。滴到地板上的水滴慢慢形成了石笋。
由于钟乳石从洞穴天花板上自由悬挂，因此当被敲击时会振动。从本质上讲，这些地层是大自然的音叉。
一个想法的萌生
自 1878 年被发现以来，数百万人都参观过卢雷洞穴，其中包括在弗吉尼亚州阿灵顿五角大楼工作的电子工程师和数学家莱兰·斯普林克。
斯普林克和他的儿子于 1954 年参观了洞穴。当时，导游敲击洞穴的钟乳石来演示不同尺寸会发出不同的音调。这一演示启发了同样也是音乐家的斯普林克，创作了“大钟乳石管风琴”。
卢雷洞穴公共关系主管约翰·谢弗说：“最令人惊奇的是，他去我们的管理层要求尝试这个项目，他们允许他这样做。” “在那段时间里，他几乎每个周末都在寻找能够完美调音的钟乳石。”
最终，斯普林克花了三年时间建造了管风琴。他选择了 37 根钟乳石的音高，将其中除两根外的所有钟乳石都打磨得完美无瑕，然后在每根钟乳石旁边都安装了一个长超过一英尺的橡胶槌装置。每当音乐家敲击琴键时，钟乳石上就会发出相应的音符。
研究洞穴和宗教场所声学的考古声学科学家大卫·卢布曼，在加利福尼亚州威斯敏斯特创建了 DL Acoustics 公司，他并不惊讶卢雷洞穴成为大钟乳石管风琴的所在地。
他说：“人们会想到在混响洞穴中放置管风琴，这绝非巧合，因为这些是声学效果。”
卢布曼将卢雷洞穴的多孔岩石纹理比作录音室墙壁上的泡沫或地毯衬里。多孔的纹理吸收了足够的声音，以减少音符的重复混淆，但仍然允许音调穿过洞穴并返回到管风琴所在的教堂房间。
如今，这件乐器每年为超过 40 万名游客演奏歌曲。
工作原理
在卢雷洞穴深处，大钟乳石管风琴的运营经理拉里·莫耶评论了将洞穴变成乐器的奇特之处。“你现在就站在管风琴里面。你周围都是音符。”
要演奏管风琴，音乐家坐在一个类似于带有四个堆叠键盘的立式钢琴的控制台上。当演奏者敲击琴键时，它会向隐藏在洞穴中石阶中的机械装置发送电信号。该装置将该命令传输到相应的橡胶槌，该橡胶槌会敲击相同音符的钟乳石。
按下琴键和管风琴演奏者听到声音之间大约会过去一秒钟。延迟可能因钟乳石的位置和附近洞穴的物理特征而异。
卢布曼说：“洞穴中的声学效果并不均匀。” “有些地方的混响度很低，而另一些地方的混响度则更高。洞穴墙壁越是多孔或凹凸不平，声音的回声就越少。”
因此，对于许多人来说，很难凭听觉来演奏大钟乳石管风琴。因此，一台类似于自动钢琴的机器会代表管风琴演奏大部分歌曲。在这些情况下，一块带有孔的塑料片会在一个大的金属鼓上旋转。当金属纤维通过孔与鼓接触时，洞穴中就会敲击特定音符的钟乳石。
莫耶从莱兰·斯普林克本人那里学会了如何操作和维护管风琴。
莫耶说：“使这件乐器独一无二且具有挑战性的原因之一是，一旦出现故障，你不会去大钟乳石商店更换它。” “我们必须在内部制作所有东西。”
考虑到洞穴的气氛，这绝非易事。近 100% 的湿度意味着莫耶和他的团队必须使用加热器和烘干机来维护演奏管风琴的控制台和机械。
对莫耶来说幸运的是，斯普林克选择的钟乳石位于洞穴干燥、非生长的部分。莫耶说：“如果它们真的生长，它们大约每百年就会走调一次。” “因为钟乳石的音高取决于它们的大小，所以如果它们变大了，就必须打磨它们。”
因此，在它被创造出来 60 多年后，大自然和人类工程师继续携手合作，以确保斯普林克的管风琴奏出所有正确的音符。