燦爛的中國古代聲學

中國古代在聲學方面的偉大成就，主要表現在樂器制造、樂理研究、建筑應用、聲學理論等幾個方面。將這些偉大成就恰當地融入到物理課堂教學中，對增進中學生的民族自豪感、激發他們愛國奮發的思想情操是十分有益的。

1.聲學與樂器制造

1.1編鐘

中國是制造和使用樂鐘最早的國家。編鐘是中國古代重要的打擊樂器，是鐘的一種。編鐘興起于西周，盛于春秋戰國直至秦漢。編鐘由若干個大小不同的鐘有次序地懸掛在木架上編成一組或幾組，每個鐘敲擊的音高各不相同。根據文獻記載和出土文物，發現我國在西周時期就有了編鐘，那時候的編鐘一般是由大小3枚組合起來的。春秋末期到戰國時期的編鐘數目就逐漸增多了，有9枚一組的和13枚一組的，等等。1957年，在我國河南信陽城陽城址出土的第一套編鐘13枚，音樂家隨即用此演奏歌頌當代領袖的頌歌《東方紅》。1978年，湖北隨州南郊擂鼓墩的一座戰國時代(約公元前433年)的曾侯乙墓出土的編鐘，是至今為止所發現的成套編鐘中最引人注目的一套，這套編鐘之大，足以占滿一個現代音樂廳的整個舞臺。由于年代不同，編鐘的形狀也不盡相同，但鐘身都繪有精美的圖案。編鐘的發聲原理大體是，編鐘的鐘體小，音調就高，音量也小;鐘體大，音調就低，音量也大，所以鑄造時的尺寸和形狀對編鐘有重要的影響。

1.2骨哨

骨哨是世界最古老的吹奏樂器，是河南舞陽的賈湖遺址出土的“賈湖骨笛”，其年代的上限為距今9000年左右。 浙江余姚河姆渡遺址中出土的骨哨上限距今7000年。“骨哨”是截取鳥禽類中段肢骨加工而成的，長度4至12厘米不等，直徑約為1厘米，中間鏤空，哨器略有弧度，器身略呈弧曲。其中有一件骨哨，出土時腔內插有一肢骨，將有孔的一段放入嘴里輕吹，同時抽動腔內肢骨，可以用來調節音調。

1.3箜篌

箜篌是十分古老的彈弦樂器，最初稱“坎侯”或“空侯”。據考證，箜篌流傳至今已有兩千多年的歷史了。箜篌在古代除宮廷樂隊使用外，在民間也廣泛流傳。在中國盛唐(618-907)時期，隨著經濟文化的飛速發展，箜篌演奏藝術也達到了相當高的水平，也就是在這個時期，中國古代的箜篌先后傳入日本、朝鮮等鄰國。在日本奈良東大寺的寺院中，至今還保存著兩架唐代箜篌殘品。箜篌在古代有臥箜篌、豎箜篌、鳳首箜篌三種形制《史記·封神書》：“于是塞南越，禱祠太一，后土，始用樂舞，益召歌兒，作二十五 彈奏箜篌弦及空侯琴瑟自此起。”唐代杜佑《通典》：“漢武帝使樂人侯調所作……今按其形，似瑟而小，七弦，用撥彈之如琵琶也。”此屬琴瑟類的臥箜篌。從甘肅省嘉峪關魏晉墓磚書看，其面板上沒有品柱。豎箜篌，漢代自西域傳入，后被稱為“胡箜篌”。《隋書音樂志》記載：“今曲項琵琶、豎頭箜篌之徒，并出自西域，非華夏之樂器。”

2.聲學與建筑

2.1天壇回音壁

是供奉圜丘壇祭祀神位的場所，存放祭祀神牌的處所。始建于明嘉靖九年(1530年)，初名泰神殿，嘉靖十七年(1538年)改稱皇穹宇。為重檐圓攢尖頂建筑。清乾隆十七年(1752年)重建，改為鎏金寶頂單檐藍瓦圓攢尖頂。有東西配廡各5間。其正殿及東西廡共圍于一平整光滑的圓墻之內，天壇回音壁是皇穹宇的圍墻。墻高3.72米，厚0.9米，直徑61.5米，周長193.2米。墻壁是用磨磚對縫砌成的，墻頭覆著藍色琉璃瓦。圍墻的弧度十分規則，墻面極其光滑整齊，對聲波的折射是十分規則的。只要兩個人分別站在東、西配殿后，貼墻而立，一個人靠墻向北說話，聲波就會沿著墻壁連續折射前進，傳到一、二百米的另一端，無論說話聲音多小，也可以使對方聽得清清楚楚，而且聲音悠長，堪稱奇趣，給人造成一種“天人感應”的神秘氣氛。所以稱之為“回音壁”。回音壁圍墻表面比較光滑，非常有利于聲音的反射，而且在回音壁圓心處有一塊鋪在地上的石塊,站在上面喊一聲,可以聽到三次回聲，因此稱它為三音石。

2.2鶯鶯塔

鶯鶯塔位于山西省永濟市蒲州古城東3公里的峨嵋塬頭上的普救寺內。全塔十三層，高三十六點七六米。七層以上突然收縮，使整個塔顯得更為靈巧。塔內各層之間有甬道相通，一般人可上至九層。但六、七層不能直接相通，必須從六層下到五層后才能上得去。更為引人注目的是，鶯鶯塔具有奇特的回聲效應。在塔的附近以石相擊，人們在一定位置便可聽到“咯哇、咯哇”的回聲，類似青蛙鳴叫。鶯鶯塔回廊西側外有一個擊蛙臺，這是擊石的最佳位置;臺下不遠的山坡上有一座小亭，名叫蛙鳴亭，這里是聽類似青蛙鳴叫回音的最好去處。鶯鶯塔還具有收音機、竊聽器和擴大器的效能。在鶯鶯塔下，人們可以聽到從塔內傳來的2.5公里以外蒲州鎮上的唱戲聲、鑼鼓聲，附近村鎮上的汽車聲、拖拉機聲，人們在家里的說話聲、嬉笑聲，以及雞鳴狗叫聲。另外，塔下的鳥叫聲，通過鶯鶯塔的“擴音”之后，聲音變大，可以傳播到很遠的地方。其回聲機制主要在三方面：首先，塔內是中空的，站在塔的中層聽上面人說話，由于聲學反射效應，聲音好像從下面傳來;其次是塔檐上的復雜結構有反射作用;三是墻壁反射。在塔的四周擊石拍手，通過墻壁反射均可聽到清晰的回聲;隨著位置的變換，這回聲也可以發生從空中或地面傳來的變化。

2.3大佛寺石琴

石琴位于重慶市潼南縣大佛寺大佛閣右側的一條上山石道中，從下半部的主洞口自下而上的第四級石階，直到第十九級石階，凡步履所觸，會發出悠揚婉轉，音色頗似古琴的聲音。其中以兩側巖壁最高處的七級石階發聲最響。古人稱為“七步彈琴”，并題“石蹬琴聲”四個大字于主洞石壁之上。明代朱孔陽有詩贊之：“琴到無弦，聽者自稀，上古遺音，造化玄機。”建于明宣德年間(1426年)，比北京天壇回音壁還早104年。原理是腳踏石階產生強迫振動，在空氣中形成聲波。

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