中國(guó)古代的聲學(xué)成就

中國(guó)古代的聲學(xué)成就在中國(guó)古代物理學(xué)中，聲學(xué)的成就可以說(shuō)是一技獨(dú)秀，有特別加以記述的必要。1、聲的傳播與發(fā)聲原理的探討據(jù)北魏酈道元《水經(jīng)注》卷三十四《江水》記載：陳遵在造江陵金堤（公元512～518）時(shí)，曾利用鼓聲推算高地的高度，可能是利用鼓聲的傳播速度推算的。這一記載很有意義。對(duì)于發(fā)聲原理，東漢王充在《論衡·論死篇》中先說(shuō)明人的語(yǔ)言是由于“氣括口喉之中，動(dòng)搖其舌，張合其口”而生的，然后推廣到“簫笙之管，猶人之口喉也，手弄其孔，猶人之動(dòng)舌也”。明宋應(yīng)星具體考察了聲的發(fā)生的幾種情況：“沖”（“飛矢”），“界”（“躍鞭”），“振”（“彈弦”），“辟”（“裂繒”，即撕絲織品），“合”（鼓掌），“擊”（揮椎）。他認(rèn)為發(fā)聲第一必須有氣：“氣而后有聲”，“氣本渾淪之物，分寸之間，亦具生聲之理，然而不能自生”；第二必須是“以形破氣”，“氣之一動(dòng)”，“急沖急破，其聲方起”，例如“擊物”就是“氣隨所持之物而逼及于所擊之物有聲焉”（《論氣·氣聲》）。

借水波比喻空氣中的聲波：

東漢王充在《論衡·變虛篇》“魚長(zhǎng)一尺，動(dòng)于水中，振旁側(cè)之水，不過(guò)數(shù)尺，大若不過(guò)與人同，所振蕩者不過(guò)百步，而一里之外澹然澄清，離之遠(yuǎn)也。今人操行變氣遠(yuǎn)近，宜于魚等，氣應(yīng)而變，宜與水均?！弊钤缣岢雎晱?qiáng)隨傳播距離的增大而衰減。明宋應(yīng)星《論氣·氣聲七》則明確提出“物之沖氣也，如其激水然。氣與水，同一易動(dòng)之物。以石投水，水面迎石之位，一拳而止，而其文浪以次而開，至縱橫尋丈而猶未歇。其蕩氣也亦猶是焉，特微渺而不得聞耳?！闭J(rèn)為敲擊物體使空氣產(chǎn)生的波動(dòng)如同用石塊投擊水面產(chǎn)生的水波一樣時(shí)代局限，沒區(qū)分聲波是縱波，水波是橫波1.共振

《莊子?徐無(wú)鬼》：“為之調(diào)瑟，廢于一堂，廢于一室。鼓宮宮動(dòng)，鼓角角動(dòng)，音律同矣。夫改調(diào)一弦，于五音無(wú)當(dāng)也，鼓之，二十五弦皆動(dòng)?！边@段記錄不僅指出基音的共振現(xiàn)象，也發(fā)現(xiàn)了基音和泛音的共振現(xiàn)象。這在聲學(xué)史上是一個(gè)很大的貢獻(xiàn)。

2.共鳴及其消除

（1）張華銼盆：南北朝時(shí)期劉敬叔《異苑》：“晉中朝有人蓄銅澡盆，晨夕恒鳴如人扣，乃問(wèn)張華。華曰：‘此盆與洛鐘宮商相應(yīng)，宮中朝暮撞鐘，故聲應(yīng)爾?？慑e(cuò)（挫）令輕，則韻乖。鳴自止也?！榔溲?，后不復(fù)鳴?！?/p>

（2）曹紹夔“治病”唐代韋絢《劉賓客嘉話錄》記載：一僧人因僧房?jī)?nèi)一磬無(wú)故自鳴，而驚恐成疾。后來(lái)被當(dāng)時(shí)的太樂(lè)令曹紹夔“治好”。

（3）沈括紙人共振《夢(mèng)溪筆談》：“琴瑟弦皆有應(yīng)聲，宮弦則應(yīng)少宮，商弦則應(yīng)少商，其余皆隔四相應(yīng)。今曲中有聲音，須依此用之。欲知其應(yīng)者，先調(diào)諸弦令聲和，乃剪紙人加弦上，鼓其應(yīng)弦，則紙人躍，他弦則不動(dòng)。聲律高下茍同，雖在他琴鼓之，應(yīng)弦亦震，此謂之正聲。”

（4）軍事應(yīng)用：偵察敵情《墨子.備穴篇》挖穴埋壇識(shí)破敵人挖洞工程的陰謀。唐宋“空胡鹿”隨軍枕沈括《夢(mèng)溪筆談》“附地枕之，數(shù)里內(nèi)有人馬聲，則皆聞之?！彼未裢猜牭芈暋t(yī)用聽診器的始祖

（5）音樂(lè)共鳴箱

晉代大畫家顧愷之的《斲zhuo琴圖》

明《長(zhǎng)物志》：如圖

（6）消聲除音隔音室戰(zhàn)國(guó)時(shí)期空心磚墓室

編鐘3.古代樂(lè)器

新石器時(shí)代：陶塤（xūn）和骨哨。

《詩(shī)經(jīng)》記載：有29種之多，包括各種彈琴、吹奏、打擊等樂(lè)器。

戰(zhàn)國(guó)曾侯乙墓：出土的有：編鐘、磬、笙、排蕭等?！度纸?jīng)》匏土革，木石金，絲與竹，乃八音?！敖稹敝赣媒饘僦谱鞯臉?lè)器，如編鐘?！笆敝赣檬^或玉石制作的樂(lè)器，如磬?！巴痢敝赣锰胀林谱鞯臉?lè)器，如“塤”、缶(fou)“革”用動(dòng)物皮革制作的樂(lè)器，如鼓?！敖z”指用絲弦制成的樂(lè)器，如琴、瑟等。“竹”指用竹子制成的樂(lè)器，篳篥、篪（音chi,二聲。古代兩端封閉的笛子）“匏”指用葫蘆制成的樂(lè)器，如笙、竽?！澳尽敝改局频臉?lè)器，如（木兄）音zhu四聲、（吾攵）音yu二聲（1）打擊樂(lè)器

鑼、鼓：虎座木鼓：戰(zhàn)國(guó)信陽(yáng)長(zhǎng)臺(tái)關(guān)出土

此鼓根據(jù)長(zhǎng)臺(tái)關(guān)一號(hào)墓出土木鼓復(fù)制。鼓座為兩只對(duì)尾的伏虎，其通體繪黃、紅、褐相間的鱗紋與卷云紋，與虎背連結(jié)的鳳足鼓架上，是一桐木制成的黑紅色云紋大鼓。黃帝是鼓的發(fā)明者。傳說(shuō)黃帝在與蚩尤作戰(zhàn)時(shí)，80面夔鼓齊鳴，聲震千里，使蚩尤聞聲喪膽。

磬：八音中的“石”。春秋時(shí)期有“磬氏”?！耙焉蟿t磨其旁，已下則磨其端”編鐘、編磬：鐘和磬按大小排成隊(duì)，掛在虡（ju架子）上。戰(zhàn)國(guó)曾侯乙墓編鐘：敲擊鐘上兩個(gè)不同的標(biāo)音位置，每一口鐘都會(huì)發(fā)出兩個(gè)不同的樂(lè)音。中層鐘發(fā)音清脆嘹亮，給人明快之感。下層鐘深沉寬宏，渾厚樸實(shí)。鐘：古人摸索出了銅錫的配比為6:1最佳?！犊脊び洝罚骸扮姶蠖蹋瑒t其聲疾而短聞，鐘小而長(zhǎng)，則其聲舒而遠(yuǎn)聞。”記述了鐘的型體與傳播距離的關(guān)系。主張“古樂(lè)鐘皆扁如盒（合）瓦”。沈括認(rèn)為圓鐘“急叩之晃晃然不成音律”。

（2）吹奏樂(lè)器

骨哨：7000多年前河姆渡人，打獵

陶哨：6000多年前西安半坡遺址。陶塤的雛形鹿笛：吸鹿笛，發(fā)出公鹿的叫聲；吹鹿笛，發(fā)出母鹿的叫聲。塤灰陶塤：商代安陽(yáng)殷墟婦好墓出土

塤是我國(guó)最早的吹奏樂(lè)器之一，這種塤以出自安陽(yáng)殷墟的陶塤為藍(lán)本。古書曾記：“伏羲氏灼土為塤”，說(shuō)明這種陶土燒制的樂(lè)器出現(xiàn)在三皇五帝那遙遠(yuǎn)的年代。這里介紹的塤呈倒置的螺形，頂端有一圓形吹口，為五音孔塤，這種中國(guó)特有的閉口氣振樂(lè)器，保存了一個(gè)古老的音響世界，引導(dǎo)人們走入一個(gè)蒼茫悲愴的意境之中。排簫：殷代就有?！讹L(fēng)俗通》：“舜作簫（排簫），其形參差，以象鳳翼”。唐宋以來(lái)改為單管，稱簫或洞簫。簫是豎吹的，笛是橫吹的。明朱載堉發(fā)現(xiàn)古代音律研究往往歸于失敗的原因，是忽視了管的內(nèi)徑，于是他制定了一個(gè)在管律中求算管長(zhǎng)及內(nèi)徑的公式。這種計(jì)算方法傳到歐洲并得到極力推崇。骨笛：8000年前賈湖文化遺址。用鶴類動(dòng)物的尺骨做成的骨笛8000年前制笛人為確定孔距刻畫的印記（3）彈弦樂(lè)器

琴：彈弦樂(lè)器出現(xiàn)最晚，但到春秋時(shí)期，琴的彈奏技術(shù)已經(jīng)達(dá)到相當(dāng)?shù)乃健Ｈ藗円讯ㄐ缘刂懒恕靶∠掖舐?，大弦小聲”，即音調(diào)隨弦線粗細(xì)密度變化的規(guī)律。王充《論衡》：“天將雨，琴弦緩”宋代沈括，對(duì)古琴的傳聲性能作了很深的研究?！耙郧傺灾?，雖皆清實(shí)，其間有聲重者，有聲輕者，材中自有五音。”“不獨(dú)五音也，又應(yīng)諸調(diào)?！欧ㄒ宦善咭簦晒舶耸恼{(diào)，更細(xì)分之，尚不止八十四。”他揭示了物質(zhì)本身除了能發(fā)出和傳播合于它的固有頻率的音以外，還能夠傳播任意的和無(wú)限多的受迫振動(dòng)的音。4.聲音的反射

①北京天壇：回音壁、三音石、對(duì)話石

②山西永濟(jì)“鶯鶯塔”：普救寺舍利塔，因“西廂記”而稱“鶯鶯塔”，是一座空心磚塔，初建于唐武則天，后重建于明嘉靖42年（1564），因其可產(chǎn)生蛙鳴般的回聲，而列河?xùn)|“清八景”之一。（普救蟾聲）③河南三門峽“蛤蟆塔”：建于金大定十六年，在塔外十余米處擊石拍掌，有蛙鳴回音。

④四川潼南“石琴”：實(shí)為登山石階，鑿于江邊完整無(wú)縫凹處，沿石階拾級(jí)而上，自第四級(jí)到第十九級(jí)，凡步履所觸，便會(huì)發(fā)出悠揚(yáng)婉轉(zhuǎn)的古琴聲在洞內(nèi)回蕩。其中有七級(jí)石蹬的發(fā)音特別洪亮，稱為七步彈琴。題為石蹬琴聲。天壇回音壁北京天壇的回音壁由于內(nèi)側(cè)墻面平整光潔，使外來(lái)音響沿內(nèi)孤傳遞，久久回蕩。如站在壁前輕輕哼唱，和聲隨之而起，深沉婉轉(zhuǎn)，娓娓動(dòng)聽；如放聲喚之，則回聲四起，洪亮粗獷，縈繞耳畔，蕩人心懷?；蜀酚罨匾舯趥髀暿疽鈭D三音石

三音石和對(duì)話石回聲示意圖鶯鶯塔地處永濟(jì)縣城西北12公里的西廂村，始建于唐代武則天時(shí)(公元689-704年)著名的《西廂記》故事就發(fā)生在這里。普濟(jì)寺內(nèi)有山門、佛洞、天雪殿、塔院等建筑。塔院后的西廂別院相傳是《西廂記》中老夫人與鶯鶯居住的地方。塔院內(nèi)有“舍利塔”一座，塔身13層，高約50米。《西廂記》問(wèn)世后，人們把這座古塔叫做“鶯鶯塔”。該塔系古人根據(jù)回音聲學(xué)原理建造，人立塔側(cè)擊石，便可聽到“呱呱”蛙叫聲，被稱為中國(guó)奇塔之一。鶯鶯塔1、塔內(nèi)是中空的，站在塔的中層聽上面人說(shuō)話，由于聲學(xué)反射效應(yīng)，聲音好像從下面?zhèn)鱽?lái)；2、塔檐上的復(fù)雜結(jié)構(gòu)有反射作用；3、墻壁反射。而天壇回音壁主要是通過(guò)墻壁反射。所以在塔的四周擊石拍手，均可聽到清晰的旺音回聲；隨著位置的變換，這蛙音回聲也可以發(fā)生從空中或地面?zhèn)鱽?lái)的變化。鶯鶯塔回聲示意圖河南蛤蟆塔該塔外形作唐塔，內(nèi)部結(jié)構(gòu)承襲宋塔的建塔方法，融合了唐宋密檐式塔和樓閣式的藝術(shù)特點(diǎn)和結(jié)構(gòu)方法，是比較特殊的塔形。寶輪寺塔風(fēng)格典雅，結(jié)構(gòu)堅(jiān)實(shí)，雖然歷經(jīng)16次地震，其中4次破壞性地震，塔身仍基本完好。游人立于塔四周數(shù)丈，叩石、擊掌，會(huì)聽到“呱呱呱”的類似蛤蟆拍叫聲。叩石或擊掌越響、越快，這種哈蟆中的聲音也越逼真、越響亮，所以群眾俗稱“蛤蟆塔”。

四川潼南縣大佛寺石琴潼南縣大佛寺的石琴位于涪江岸邊，有三十六級(jí)石梯，似一把巨大的石琴，每個(gè)階梯，猶如一根琴弦，只要把腳踏上石磴，拾級(jí)而上，腳下便會(huì)響起美妙悅耳的琴聲，故又稱“石磴琴聲”。/v_show/id_XMjMxNTExMDg=.html魚洗實(shí)驗(yàn)5.律學(xué)

商代：已有五聲音階：宮、商、角、徵（zh?）、羽（1、2、3、5、6）。后又增加了兩個(gè)半音：變徵（近4）、變宮（7），成為七聲音階。

西周：已發(fā)展為十二律：黃鐘、大呂、太簇、夾鐘、姑洗、仲呂、蕤ruí賓、林鐘、夷則、南呂、無(wú)射（yì）、應(yīng)鐘。樂(lè)律的計(jì)算：三分損益法：最早見于《管子?地員》（公元前4世紀(jì)），是世界上最早的樂(lè)律計(jì)算方法。具體操作是：將一空弦依次乘以2/3或4/3，即縮短1/3(損一)或加長(zhǎng)1/3(益一)，分割成不同的長(zhǎng)度，這就產(chǎn)生出不同頻率的樂(lè)音。具體的推算是：設(shè)黃種宮音的弦長(zhǎng)為34=81，徵音的弦長(zhǎng)為81×4/3=108，商音的弦長(zhǎng)為108×2/3=72，羽音的弦長(zhǎng)為72×4/3=96，角音的弦長(zhǎng)為96×2/3=64，依次類推。(《清史稿?樂(lè)志二》)十二平均律：發(fā)明者：朱載育（1536-1610？）朱元璋的九世孫，成于1581年左右，在《律學(xué)新說(shuō)》和《律呂精義》有記載。和十二律的產(chǎn)生已相距2000余年。是一種相臨律間音程差數(shù)相等的律制。方法：以公比的等比級(jí)數(shù)分配音律，也就是在八度音之間，分成十二個(gè)等音程的半音，兩相臨音律間的頻率比都是，這樣可以使十二律自“黃鐘為始，應(yīng)鐘為鐘，終而復(fù)始，循環(huán)無(wú)窮。”

具體做法：

當(dāng)把2開到12次方得到頻率的倍律1.059463后，再把1.059463自乘12次，就得到十二律的平均倍數(shù)，具體數(shù)字是（單位為尺）：黃鐘（正律）為1.000000，應(yīng)鐘（倍律）為1.059463，無(wú)射（倍律）為