中國古代的聲學成就

1、 中國古代的中國古代的聲學聲學成就成就 在中國古代物理學中，聲學的成就可以說是在中國古代物理學中，聲學的成就可以說是一技獨秀，有特別加以記述的必要。一技獨秀，有特別加以記述的必要。1 1、聲的傳播與發(fā)聲原理的探討聲的傳播與發(fā)聲原理的探討 據(jù)北魏酈道元據(jù)北魏酈道元水經(jīng)注水經(jīng)注卷三十四卷三十四江水江水記載：陳遵在記載：陳遵在造江陵金堤（公元造江陵金堤（公元512512518518）時，曾利用鼓聲推算高地的高度，）時，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。可能是利用鼓聲的傳播速度推算的。這一記載很有意義。 對于發(fā)聲原理，東漢王充在對于發(fā)聲原理，東漢王充在論衡論衡

2、論死篇論死篇中先說明人中先說明人的語言是由于的語言是由于“氣括口喉之中，動搖其舌，張合其口氣括口喉之中，動搖其舌，張合其口”而生的，而生的，然后推廣到然后推廣到“簫笙之管，猶人之口喉也，手弄其孔，猶人之動簫笙之管，猶人之口喉也，手弄其孔，猶人之動舌也舌也”。 明宋應(yīng)星具體考察了聲的發(fā)生的幾種情況：明宋應(yīng)星具體考察了聲的發(fā)生的幾種情況：“沖沖”（“飛飛矢矢”），），“界界”（“躍鞭躍鞭”），），“振振”（“彈弦彈弦”），），“辟辟”（“裂繒裂繒”，即撕絲織品），即撕絲織品），“合合”（鼓掌），（鼓掌），“擊擊”（揮（揮椎）。他認為發(fā)聲第一必須有氣：椎）。他認為發(fā)聲第一必須有氣：“氣而后有聲氣而后

3、有聲”，“氣本渾氣本渾淪之物，分寸之間，亦具生聲之理，然而不能自生淪之物，分寸之間，亦具生聲之理，然而不能自生”；第二必；第二必須是須是“以形破氣以形破氣”，“氣之一動氣之一動”，“急沖急破，其聲方起急沖急破，其聲方起”，例如例如“擊物擊物”就是就是“氣隨所持之物而逼及于所擊之物有聲焉氣隨所持之物而逼及于所擊之物有聲焉”（論氣論氣氣聲氣聲）。）。 借水波比喻空氣中的聲波借水波比喻空氣中的聲波：v 東漢東漢王充王充在論衡在論衡變虛篇變虛篇“魚長一尺，魚長一尺，動于水中，振動于水中，振旁側(cè)之水旁側(cè)之水，不過數(shù)尺，大若不過與人同，所振蕩者不過百步，不過數(shù)尺，大若不過與人同，所振蕩者不過百步，而一里之

4、外澹然澄清，離之遠也。今人操行變氣遠近，宜于魚而一里之外澹然澄清，離之遠也。今人操行變氣遠近，宜于魚等，氣應(yīng)而變，宜與水均。等，氣應(yīng)而變，宜與水均?！弊钤缣岢雎晱婋S傳播距離的增大最早提出聲強隨傳播距離的增大而衰減。而衰減。v 明明宋應(yīng)星宋應(yīng)星論氣論氣氣聲七則明確提出氣聲七則明確提出“物之沖氣也，如物之沖氣也，如其激水然。氣與水，同一易動之物。以石投水，水面迎石之位，其激水然。氣與水，同一易動之物。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。也亦猶是焉，特微渺而不得聞耳?！闭J為敲

5、擊物體使空氣產(chǎn)生認為敲擊物體使空氣產(chǎn)生的波動如同用石塊投擊水面產(chǎn)生的水波一樣的波動如同用石塊投擊水面產(chǎn)生的水波一樣v時代局限，沒區(qū)分聲波是縱波，水波是橫波時代局限，沒區(qū)分聲波是縱波，水波是橫波1.1.共振共振 莊子莊子徐無鬼：徐無鬼：“為之調(diào)瑟，廢于一堂，廢于一室。鼓為之調(diào)瑟，廢于一堂，廢于一室。鼓宮宮動，鼓角角動，音律同矣。夫改調(diào)一弦，于五音無當也，宮宮動，鼓角角動，音律同矣。夫改調(diào)一弦，于五音無當也，鼓之，二十五弦皆動。鼓之，二十五弦皆動?！边@段記錄不僅指出基音的共振現(xiàn)象，也發(fā)現(xiàn)了基音和泛音的共這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。振現(xiàn)象。這在聲學史上是一個很大的貢

6、獻。這在聲學史上是一個很大的貢獻。 2.2.共鳴及其消除共鳴及其消除 （1）張華銼盆）張華銼盆：南北朝時期劉敬南北朝時期劉敬叔異苑：叔異苑：“晉中朝有人蓄銅澡晉中朝有人蓄銅澡盆，晨夕恒鳴如人扣，乃問張華。盆，晨夕恒鳴如人扣，乃問張華。華曰：華曰：此盆與洛鐘宮商相應(yīng)，宮此盆與洛鐘宮商相應(yīng)，宮中朝暮撞鐘，故聲應(yīng)爾?？慑e中朝暮撞鐘，故聲應(yīng)爾?？慑e（挫）令輕，則韻乖。鳴自止（挫）令輕，則韻乖。鳴自止也。也。依其言，后不復(fù)鳴。依其言，后不復(fù)鳴。” （2）曹紹曹紹夔夔“治病治病”唐代韋絢唐代韋絢劉賓客嘉話錄記載：劉賓客嘉話錄記載：一一僧人僧人因僧房內(nèi)一磬無故自鳴，而驚恐因僧房內(nèi)一磬無故自鳴，而驚恐成疾。成

7、疾。后來被后來被當時的太樂令曹紹當時的太樂令曹紹夔夔“治好治好”。 （3）沈括紙人共振）沈括紙人共振夢溪筆夢溪筆談?wù)劊骸扒偕医杂袘?yīng)聲，宮琴瑟弦皆有應(yīng)聲，宮弦則應(yīng)少宮，商弦則應(yīng)少商，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，音，須依此用之。欲知其應(yīng)者，先調(diào)諸弦令聲和，乃剪紙人加先調(diào)諸弦令聲和，乃剪紙人加弦上，鼓其應(yīng)弦，弦上，鼓其應(yīng)弦，則紙人躍，則紙人躍，他弦則不動。聲律高下茍同，他弦則不動。聲律高下茍同，雖在他琴鼓之，應(yīng)弦亦震，此雖在他琴鼓之，應(yīng)弦亦震，此謂之正聲。謂之正聲?！?（4 4）軍事應(yīng)用：偵察敵情）軍事應(yīng)用：偵察敵情 墨

8、子墨子. .備穴篇挖穴埋壇識破備穴篇挖穴埋壇識破敵人挖洞工程的陰謀。敵人挖洞工程的陰謀。 唐宋唐宋“空胡鹿空胡鹿”隨軍枕隨軍枕 沈括夢溪筆談沈括夢溪筆談“附地枕之，附地枕之，數(shù)里內(nèi)有人馬聲，則皆聞之。數(shù)里內(nèi)有人馬聲，則皆聞之?！?宋代竹筒聽地聲宋代竹筒聽地聲近代醫(yī)用近代醫(yī)用聽診器的始祖聽診器的始祖 （5）音樂共鳴箱）音樂共鳴箱 晉代大畫家顧愷之的斲晉代大畫家顧愷之的斲zhuo琴圖琴圖 明明長物志長物志：如圖如圖 （6 6）消聲除音）消聲除音 隔音室隔音室 戰(zhàn)國時期空心磚墓室戰(zhàn)國時期空心磚墓室 編編鐘鐘3 3. .古代樂器古代樂器 新石器時代：新石器時代：陶塤（陶塤（xnxn）和骨哨。和骨哨。

9、詩經(jīng)記載：詩經(jīng)記載：有有2929種之種之多，包括各種彈琴、吹奏、多，包括各種彈琴、吹奏、打擊等樂器。打擊等樂器。 戰(zhàn)國曾侯乙墓：戰(zhàn)國曾侯乙墓：出土的有：出土的有：編鐘、磬、笙、排蕭等。編鐘、磬、笙、排蕭等。三字經(jīng)三字經(jīng)匏土革，木石金，匏土革，木石金，絲與竹，乃八音。絲與竹，乃八音。 “金”指用金屬制作的樂器，如編鐘。 “石”指用石頭或玉石制作的樂器，如磬。 “土”指用陶土制作的樂器，如“塤”、缶(fou) “革”用動物皮革制作的樂器，如鼓。 “絲”指用絲弦制成的樂器，如琴、瑟等。 “竹”指用竹子制成的樂器，篳篥、篪（音chi,二聲。古代兩端封閉的笛子） “匏”指用葫蘆制成的樂器，如笙、竽。 “

10、木”指木制的樂器，如（木兄）音zhu四聲、（吾攵）音yu二聲（1 1）打擊）打擊樂器樂器 鑼、鼓鑼、鼓： 虎座木鼓： 戰(zhàn)國 信陽長臺關(guān)出土 此鼓根據(jù)長臺關(guān)一號墓出土木鼓復(fù)制。鼓座為兩只對尾的伏虎，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。傳說黃帝在與蚩尤作戰(zhàn)時，80面夔鼓齊鳴，聲震千里，使蚩尤聞聲喪膽。 磬磬：八音中的八音中的“石石”。春秋時期有。春秋時期有“磬氏磬氏”。“已上則磨其已上則磨其旁，已下則磨其端旁，已下則磨其端”編鐘、編磬編鐘、編磬：鐘和磬按大小排成隊，掛在虡（：鐘和磬按大小排成隊，掛在虡（juju架子）上。架

11、子）上。戰(zhàn)國曾侯乙墓戰(zhàn)國曾侯乙墓編鐘編鐘：敲擊鐘敲擊鐘上兩個不同的上兩個不同的標音位置，每標音位置，每一口鐘都會發(fā)一口鐘都會發(fā)出兩個不同的出兩個不同的樂音。樂音。中層鐘發(fā)音清中層鐘發(fā)音清脆嘹亮，給人脆嘹亮，給人明快之感。明快之感。下層鐘深沉寬下層鐘深沉寬宏，渾厚樸實。宏，渾厚樸實。鐘鐘：古人摸索出了銅錫的配比為：古人摸索出了銅錫的配比為6:16:1最佳。最佳。 考工記：考工記：“鐘大而短，則其聲疾而短聞，鐘小而長，鐘大而短，則其聲疾而短聞，鐘小而長，則其聲舒而遠聞。則其聲舒而遠聞。”記述了鐘的型體與傳播距離的關(guān)系。記述了鐘的型體與傳播距離的關(guān)系。 主張主張“古樂鐘皆扁如盒（合）瓦古樂鐘皆扁如盒

12、（合）瓦”。沈括認為圓鐘。沈括認為圓鐘“急急叩之晃晃然不成音律叩之晃晃然不成音律”。 （2 2）吹奏）吹奏樂器樂器 骨哨骨哨：70007000多年前河姆渡人，打獵多年前河姆渡人，打獵 陶哨陶哨：60006000多年前西多年前西安半坡遺址。安半坡遺址。陶塤的雛陶塤的雛形形鹿笛：鹿笛：吸鹿笛，發(fā)出公吸鹿笛，發(fā)出公鹿的叫聲；吹鹿笛，發(fā)鹿的叫聲；吹鹿笛，發(fā)出母鹿的叫聲。出母鹿的叫聲。塤塤排簫排簫：殷代就有。風俗通：殷代就有。風俗通：“舜作簫（排簫），其形舜作簫（排簫），其形參差，以象鳳翼參差，以象鳳翼”。唐宋以來改為單管，稱簫或洞簫。唐宋以來改為單管，稱簫或洞簫。簫是豎吹的，笛是橫吹的。簫是豎吹的，笛

13、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，于是他制定了一個在管律中求算管長及內(nèi)徑了管的內(nèi)徑，于是他制定了一個在管律中求算管長及內(nèi)徑的公式。這種計算方法傳到歐洲并得到極力推崇。的公式。這種計算方法傳到歐洲并得到極力推崇。骨笛：骨笛：80008000年前年前賈湖文化遺址。賈湖文化遺址。用鶴類動物的尺骨做成的骨笛用鶴類動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年前制笛人為確定孔距刻畫的印記（3 3）彈弦）彈弦樂器樂器 琴琴：彈弦樂器出現(xiàn)最晚，但到春秋時期，琴的彈奏技術(shù)已經(jīng)彈弦樂器出現(xiàn)最晚，但到春秋時期，琴

14、的彈奏技術(shù)已經(jīng)達到相當?shù)乃?。達到相當?shù)乃健Ｈ藗円讯ㄐ缘刂懒巳藗円讯ㄐ缘刂懒恕靶∠掖舐?，大弦小小弦大聲，大弦小聲聲”，即音調(diào)隨弦線粗細密度變化的規(guī)律。，即音調(diào)隨弦線粗細密度變化的規(guī)律。王充論衡：王充論衡：“天將雨，琴弦緩天將雨，琴弦緩”宋代沈括宋代沈括，對古琴的傳聲性能作了很深的研究。，對古琴的傳聲性能作了很深的研究?！耙郧傺灾?，以琴言之，雖皆清實，其間有聲重者，有聲輕者，材中自有五音。雖皆清實，其間有聲重者，有聲輕者，材中自有五音。”“”“不不獨五音也，又應(yīng)諸調(diào)。獨五音也，又應(yīng)諸調(diào)。古法一律七音，十二律共八十四調(diào)，古法一律七音，十二律共八十四調(diào)，更細分之，尚不止八十四。更細分之，尚不止

15、八十四。”他揭示了物質(zhì)本身除了能發(fā)出和他揭示了物質(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限多傳播合于它的固有頻率的音以外，還能夠傳播任意的和無限多的受迫振動的音。的受迫振動的音。4 4. .聲音的反射聲音的反射 北京天壇：北京天壇：回音壁、三音石、對話石回音壁、三音石、對話石 山西永濟山西永濟“鶯鶯塔鶯鶯塔”：普救寺舍利塔，因普救寺舍利塔，因“西廂記西廂記”而稱而稱“鶯鶯塔鶯鶯塔”，是一座空心磚塔，初建于唐武則天，后重建于，是一座空心磚塔，初建于唐武則天，后重建于明嘉靖明嘉靖4242年（年（15641564），因其），因其 可產(chǎn)生蛙鳴般的回聲，而列河可產(chǎn)生蛙鳴般的回

16、聲，而列河東東“清八景清八景”之一。（之一。（ 普救蟾聲）普救蟾聲） 河南三門峽河南三門峽“蛤蟆塔蛤蟆塔”：建于金大定十六年，在塔外十余建于金大定十六年，在塔外十余米處擊石拍掌，有蛙鳴回音。米處擊石拍掌，有蛙鳴回音。 四川潼南四川潼南“石琴石琴”：實為登山石階，鑿于江邊完整無縫凹實為登山石階，鑿于江邊完整無縫凹處，沿石階拾級而上，自第四級到第十九級，凡步履所觸，處，沿石階拾級而上，自第四級到第十九級，凡步履所觸，便會發(fā)出悠揚婉轉(zhuǎn)的古琴聲在洞內(nèi)回蕩。其中有七級石蹬的便會發(fā)出悠揚婉轉(zhuǎn)的古琴聲在洞內(nèi)回蕩。其中有七級石蹬的發(fā)音特別洪亮，稱為七步彈琴。題為石蹬琴聲。發(fā)音特別洪亮，稱為七步彈琴。題為石蹬琴

17、聲。天天 壇壇 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)，娓娓動聽；如放聲喚之，則回聲四起，洪亮粗獷，縈繞耳畔，蕩人心懷。皇穹宇回音壁回音壁傳聲示意圖傳聲示意圖三音石 三音石三音石和和對話石對話石回回聲示意圖聲示意圖鶯鶯塔 地處永濟縣城西北12公里的西廂村，始建于唐代武則天時(公元689-704年)著名的西廂記故事就發(fā)生在這里。普濟寺內(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。西廂記問世后，人們把這座古塔叫做“鶯鶯塔”。該

18、塔系古人根據(jù)回音聲學原理建造，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話，由于聲學反射效應(yīng)，聲音好像從下面?zhèn)鱽恚?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)鱽淼淖兓?。鶯鶯塔鶯鶯塔回聲示意圖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)特點和結(jié)構(gòu)方法，是比較特殊的塔形。 寶輪寺塔風格典雅，結(jié)構(gòu)堅實，雖然歷經(jīng)16次地震，其中4次破壞性地震，塔身仍基

19、本完好。 游人立于塔四周數(shù)丈，叩石、擊掌，會聽到“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，有三十六級石梯，似一把巨大的石琴，每個階梯，猶如一根琴弦，只要把腳踏上石磴，拾級而上，腳下便會響起美妙悅耳的琴聲，故又稱“石磴琴聲”。http:/ 商代商代：已有五聲音階：宮、商、角、徵（：已有五聲音階：宮、商、角、徵（zhzh）、羽（）、羽（1 1、2 2、3 3、5 5、6 6）。后又增加了兩個半音：變徵（近）。后又增加了兩個半音：變徵（近4 4）、變宮（）、變宮（7 7），），成

20、為七聲音階。成為七聲音階。 西周：西周：已發(fā)展為十二律：黃鐘、大呂、太簇、夾鐘、姑洗、已發(fā)展為十二律：黃鐘、大呂、太簇、夾鐘、姑洗、仲呂、蕤仲呂、蕤ruru賓、林鐘、夷則、南呂、無射（賓、林鐘、夷則、南呂、無射（yy）、應(yīng)鐘。）、應(yīng)鐘。樂律的計算：樂律的計算： 三分損益法：三分損益法：最早見于最早見于管子管子地員地員（公元前公元前4世紀），世紀），是世界上最早的樂律計算方法。是世界上最早的樂律計算方法。 具體操作是：將一空弦依次乘以具體操作是：將一空弦依次乘以2/3或或4/3，即縮短，即縮短1/3(損一損一)或加長或加長1/3(益一益一)，分割成不同的長度，這就產(chǎn)生出不同頻率的，分割成不同的長

21、度，這就產(chǎn)生出不同頻率的樂音。具體的推算是：設(shè)黃種宮音的弦長為樂音。具體的推算是：設(shè)黃種宮音的弦長為34=81，徵音的弦，徵音的弦長為長為814/3=108，商音的弦長為，商音的弦長為1082/3=72，羽音的弦長為，羽音的弦長為724/3=96，角音的弦長為，角音的弦長為962/3=64，依次類推。，依次類推。(清史稿清史稿樂志二樂志二)十二平均律：十二平均律： 發(fā)明者：朱載育（發(fā)明者：朱載育（1536-16101536-1610？）朱元璋的九世孫，成于？）朱元璋的九世孫，成于15811581年左右，在年左右，在律學新說律學新說和和律呂精義律呂精義有記載。和十有記載。和十二律的產(chǎn)生已相距二律的產(chǎn)生已相距20002000余年。是一種相臨律間音程差數(shù)相等余年。是一種相臨律間音程差數(shù)相等的律制。的律制。方法：方法：以公比以公比 的等比級數(shù)分配音律，也就是在八的等比級數(shù)分配音律，也就是在八度音之間，分成十二個等音程的半音，兩相臨音律間的頻率度音之間，分成十二個等音程的半音，兩相臨音律間的頻率比都是比都是 ，這樣可以使十二律自，這樣可以使十二律自“黃鐘為始，應(yīng)鐘為鐘，黃鐘為始，應(yīng)鐘為鐘，終而復(fù)始，循環(huán)無窮