先秦的声学知识

中国古代人民已知某些物体受到振动的时候会发声，因此便根据这振动现象制造了各种乐器。原始时代的乐器有石磬、陶埙等;经过夏商的发展，到周代，乐器已有一定的规模。当时由于宫廷音乐的发展，已出现有“金、石、丝、竹、匏、土、革、木”八大类乐器，即为“八音”。其中有板振动的(如编钟、编磬、铃、鼓等)，气柱振动的(如箫、管、笙、埙等)、弦振动的(如琴、瑟)。在乐律方面，西周至春秋战国已出现五声音阶、七声音阶和十二律的一套完整的理论体系。五声音阶为宫、商、角、徵、羽，七声音阶增加变徵、变宫，十二律为黄钟、大吕、太簇、夹钟、姑洗、仲吕、蕤宾、林钟、夷则、南吕、无射、应钟。先秦时期是采用损益振动弦长的办法来确定各律的。《管子?地员篇》介绍了“三分损益法”，可以得到宫、徵、商、羽、角五律;《吕氏春秋?音律篇》又把三分损益法由五律增加到十二律，使调式范围扩大，可以在十二律上进行旋宫转调。1978年湖北随县发掘战国早期的曾侯乙墓，出土了大批乐器。其中编钟一套64件，每钟都有两个发音部位，敲击不同部位，能分别发出相隔三度的两个音，整套编钟共能发出128个音。音域宽广，达五个半八度，中间三个半八度，十二个半音齐备，可以旋宫转调，演奏多种乐曲。

这么大型编钟的制造，反映出中国古代人民丰富的声学知识，特别是板振动的知识。因为所铸造的钟，不论其形状、大小和各部位的厚薄，对钟的发音都有直接的影响，因此必须是铸造实践与声学理论探索相结合。先秦时期的《考工记》曾对钟和磬的制造要求作了总结，书中说：“钟已(太)厚则石(声不易发)，已薄则播(声散)，侈(腹小口大)则柞(声大而外扬)，?(腹大口小)则郁(声小而抑)，长甬(钟柄)则震。”还说：“钟大而短，则其声疾而短闻;钟小而长，则其声舒而远闻。”因此要求钟的厚、薄、侈、?、长、短恰当。《考工记》还指出，可以适当改变发声体的形状、厚薄、大小来进行调音，例如对于磬，如果发声太高，就摩去它的两旁;如果发声太低，就摩去其两端，这样，发声体就会正常发声。