爆竹聲聲迎祥瑞，你知道炮竹的前世今生嗎？_風聞

正月初五又稱“破五”，民間傳説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着悠久的歷史：

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”。

這些記載説明，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接在一起，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，元代趙孟頫有詩云：“紛紛燦爛如星隕，㸌㸌喧豗似火攻”，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（傳送門戳這裏）。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，通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，就是通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單段語音錄放芯片記錄鞭炮爆炸聲。

電子鞭炮音頻產生電路原理圖

第二種方法是通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、二極管D1構成基極分壓式偏置電路，使三極管Q1集電極線圈產生的信號反饋給基極線圈，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管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管Q2處於臨界飽和狀態，從而導致三極管Q3處於截止狀態，這時三隻LED中沒有電流通過而保持熄滅狀態。

當麥克風MIC接收到聲波信號時，音頻信號轉化為電流信號流入三極管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，三極管Q3便會導通，使得三隻LED點亮發光。如果輸入音頻信號較弱，不足以使Q2退出飽和狀態，LED仍保持熄滅狀態，只有較強信號輸入時，二極管才點亮發光，所以二極管能隨着環境聲音信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。隨着科技的發展，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**。**

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