论古代音乐中的声学应用

中国古代对声音现象做出了自发性研究，对声学知识以及发音原理掌握了较为全面的认识。在漫长的古代历史中，中国古人不仅能够做到将声音的认识应用于各种消除共鸣、吸收声波这样的日常活动之上，而且能够将声学知识应用于乐律以及乐器制造这样的具有较高乐理基础的实践活动之中。翻看遗留至今的各类古文献时，当我们查找一些史料记载时，以及考证各类出土文化器乐时，我们不得不为前人的聪明才智叹为观止和感到骄傲。本文将主要论述古代音乐中的声学应用，从而分析和论证声学这一古老学科在中国历史中的发展脉络。

1、乐器制造中的声学应用

“声学”一词最早出现在宋代沈括的著作《梦溪笔谈》中，在这本堪称古代中国技术史宏大典籍的著作中，沈括提出声学的概念并将数学知识与律学相结合，从而形成一部中国传统音乐中的乐律学，也就是今天我们所说的“律吕之学”。很显然，中国古人至少从宋代开始就掌握了最基础的声学的理论知识，但是我们这里需要指出的是对声学理论知识的实践应用则要比宋代早的多。中国古代的乐器种类的划分很精细，表演乐器和形式各不相同，演奏水平也超乎了当代人的想象。据《国语·周语》记载,在我国历史早期的奴隶社会周朝就出现了“金、石、土、木、丝、竹、匏、革”的八音分类。通过对这“八音”进行考证,其分类主要来源于乐器制作的材质，不仅在于不同的乐器具有相对固定的音高，诸如磬与钟，而且在于相关乐器的制作方法就与声学紧密相关起来。

（1）磬的声学应用

磬，是中国古代重要的演奏乐器。从众多出土古文物的考证来看，古磬多为石头磨制。可以认为这来源于古人在辛苦劳作的过程中无意发现击打形状大小不同的石块会产生不一样的声音，故以玉石作为材料制作磬。但是以为玉石材质的磬如何能发出固定的音高？磬的制作过程中工匠如何对其进行加工呢？通过《考工记·磬氏》一文的“已上则磨其旁，已下则磨其端”，就可以看出磬的制作不仅仅在于其外形，更重要的是需要对磬的音高做出精细的调整。文中的“上”“下”指音高，即磬发音的频率高低。很显然，史料的记载已经指出了古人完全掌握了磬的发声原理：当感觉到磬的发音过高时，就磨损磬体的两面，使其变薄，这就能将音调降低；当感觉磬发声过低时，就磨损其两端，使磬体变的相对较厚，以使音调升高。对《考工记》这样的史料的研读可以看出，古人已经掌握了通过调整磬的外形，制作出发音符合律制的有效方法了。

对比现代声学原理，磬的发音方式类似于板振动方式，板振动的频率与其厚度成正比。所以若磬发音“已上”，即频率过高，就表明其体过厚，就需要“磨其旁”；“已下”，即频率过低，就需要增加厚度，需要“磨其端”。显而易见这样的方法完全符合现代声学原理。因为古人缺乏频率概念，因此能够总结出“凡乐器，厚则声清，薄则声浊”的规律实属不易。这也充分说明了古代工匠完全掌握了声学理论知识，特别是板振动的本质特征。

（2）钟的声学应用

钟，是中国独有的一种演奏乐器，素有“众乐之首”的称号。钟是古代大型演奏乐器的灵魂，也是古代朝聘、祭祀等仪式活动的必备乐器，因此对钟的研究更有助于分析声学应用与古代乐器制造的关系。

据考证，钟源于手拿敲击的铙，由于演奏时铙的体积呈现放大趋势而不便手执，人们便将其倒挂于木上，口部朝下形成了钟。钟的特殊之处在于具有独特的声号结构，能够奏出具有固定频率的声音。敲击演奏低音时音色深沉浑厚；奏高音时音色清脆激扬，其效果极为出色。我们今天熟知的编钟就是具有众多的频率的各类钟所组成的，编钟的出现应证了钟逐渐由固定的节奏乐器发展成为演奏的旋律乐器。以湖北曾侯乙墓编钟为例，其演奏出的各类乐曲音律和谐音色优美，音响效果令人赞叹。但是古人如何保证钟的音响效果呢？如何认识钟的声学知识呢？

从出土文物乐器来看钟的材质为青铜。据《考工记》的“金有六齐，六分其金而锡居一，谓之钟鼎之齐…”来看，古人已经意识到需要将铜与锡熔合，构成青铜合金，同时在配量比例上是六份铜配一份锡，由此含锡量在14.3%。这与现代化学分析不谋而合。现代化学分析已经证明，当锡的含量在14%左右时，音色强度都较好，过高则脆不耐敲击。通过类似史料分析，我们可以发现古代乐器工匠已经深入掌握了编钟合金成分与铸造性能、声学特性、钟体强度的关系。理论知识的较深认识结合工匠的实践经验，创造出了中国古代乐器演奏中富有特色的钟这一形式。通过对钟体上影响音频变化的敏感区域分析以及对编钟的精细调试，古代乐师取得理想的演奏效果。

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