灿烂的中国古代声学

中国古代在声学方面的伟大成就，主要表现在乐器制造、乐理研究、建筑应用、声学理论等几个方面。将这些伟大成就恰当地融入到物理课堂教学中，对增进中学生的民族自豪感、激发他们爱国奋发的思想情操是十分有益的。

1.声学与乐器制造

1.1编钟

中国是制造和使用乐钟最早的国家。编钟是中国古代重要的打击乐器，是钟的一种。编钟兴起于西周，盛于春秋战国直至秦汉。编钟由若干个大小不同的钟有次序地悬挂在木架上编成一组或几组，每个钟敲击的音高各不相同。根据文献记载和出土文物，发现我国在西周时期就有了编钟，那时候的编钟一般是由大小3枚组合起来的。春秋末期到战国时期的编钟数目就逐渐增多了，有9枚一组的和13枚一组的，等等。1957年，在我国河南信阳城阳城址出土的第一套编钟13枚，音乐家随即用此演奏歌颂当代领袖的颂歌《东方红》。1978年，湖北随州南郊擂鼓墩的一座战国时代(约公元前433年)的曾侯乙墓出土的编钟，是至今为止所发现的成套编钟中最引人注目的一套，这套编钟之大，足以占满一个现代音乐厅的整个舞台。由于年代不同，编钟的形状也不尽相同，但钟身都绘有精美的图案。编钟的发声原理大体是，编钟的钟体小，音调就高，音量也小;钟体大，音调就低，音量也大，所以铸造时的尺寸和形状对编钟有重要的影响。

1.2骨哨

骨哨是世界最古老的吹奏乐器，是河南舞阳的贾湖遗址出土的“贾湖骨笛”，其年代的上限为距今9000年左右。 浙江余姚河姆渡遗址中出土的骨哨上限距今7000年。“骨哨”是截取鸟禽类中段肢骨加工而成的，长度4至12厘米不等，直径约为1厘米，中间镂空，哨器略有弧度，器身略呈弧曲。其中有一件骨哨，出土时腔内插有一肢骨，将有孔的一段放入嘴里轻吹，同时抽动腔内肢骨，可以用来调节音调。

1.3箜篌

箜篌是十分古老的弹弦乐器，最初称“坎侯”或“空侯”。据考证，箜篌流传至今已有两千多年的历史了。箜篌在古代除宫廷乐队使用外，在民间也广泛流传。在中国盛唐(618-907)时期，随着经济文化的飞速发展，箜篌演奏艺术也达到了相当高的水平，也就是在这个时期，中国古代的箜篌先后传入日本、朝鲜等邻国。在日本奈良东大寺的寺院中，至今还保存着两架唐代箜篌残品。箜篌在古代有卧箜篌、竖箜篌、凤首箜篌三种形制《史记·封神书》：“于是塞南越，祷祠太一，后土，始用乐舞，益召歌儿，作二十五 弹奏箜篌弦及空侯琴瑟自此起。”唐代杜佑《通典》：“汉武帝使乐人侯调所作……今按其形，似瑟而小，七弦，用拨弹之如琵琶也。”此属琴瑟类的卧箜篌。从甘肃省嘉峪关魏晋墓砖书看，其面板上没有品柱。竖箜篌，汉代自西域传入，后被称为“胡箜篌”。《隋书音乐志》记载：“今曲项琵琶、竖头箜篌之徒，并出自西域，非华夏之乐器。”

2.声学与建筑

2.1天坛回音壁

是供奉圜丘坛祭祀神位的场所，存放祭祀神牌的处所。始建于明嘉靖九年(1530年)，初名泰神殿，嘉靖十七年(1538年)改称皇穹宇。为重檐圆攒尖顶建筑。清乾隆十七年(1752年)重建，改为鎏金宝顶单檐蓝瓦圆攒尖顶。有东西配庑各5间。其正殿及东西庑共围于一平整光滑的圆墙之内，天坛回音壁是皇穹宇的围墙。墙高3.72米，厚0.9米，直径61.5米，周长193.2米。墙壁是用磨砖对缝砌成的，墙头覆着蓝色琉璃瓦。围墙的弧度十分规则，墙面极其光滑整齐，对声波的折射是十分规则的。只要两个人分别站在东、西配殿后，贴墙而立，一个人靠墙向北说话，声波就会沿着墙壁连续折射前进，传到一、二百米的另一端，无论说话声音多小，也可以使对方听得清清楚楚，而且声音悠长，堪称奇趣，给人造成一种“天人感应”的神秘气氛。所以称之为“回音壁”。回音壁围墙表面比较光滑，非常有利于声音的反射，而且在回音壁圆心处有一块铺在地上的石块,站在上面喊一声,可以听到三次回声，因此称它为三音石。

2.2莺莺塔

莺莺塔位于山西省永济市蒲州古城东3公里的峨嵋塬头上的普救寺内。全塔十三层，高三十六点七六米。七层以上突然收缩，使整个塔显得更为灵巧。塔内各层之间有甬道相通，一般人可上至九层。但六、七层不能直接相通，必须从六层下到五层后才能上得去。更为引人注目的是，莺莺塔具有奇特的回声效应。在塔的附近以石相击，人们在一定位置便可听到“咯哇、咯哇”的回声，类似青蛙鸣叫。莺莺塔回廊西侧外有一个击蛙台，这是击石的最佳位置;台下不远的山坡上有一座小亭，名叫蛙鸣亭，这里是听类似青蛙鸣叫回音的最好去处。莺莺塔还具有收音机、窃听器和扩大器的效能。在莺莺塔下，人们可以听到从塔内传来的2.5公里以外蒲州镇上的唱戏声、锣鼓声，附近村镇上的汽车声、拖拉机声，人们在家里的说话声、嬉笑声，以及鸡鸣狗叫声。另外，塔下的鸟叫声，通过莺莺塔的“扩音”之后，声音变大，可以传播到很远的地方。其回声机制主要在三方面：首先，塔内是中空的，站在塔的中层听上面人说话，由于声学反射效应，声音好像从下面传来;其次是塔檐上的复杂结构有反射作用;三是墙壁反射。在塔的四周击石拍手，通过墙壁反射均可听到清晰的回声;随着位置的变换，这回声也可以发生从空中或地面传来的变化。

2.3大佛寺石琴

石琴位于重庆市潼南县大佛寺大佛阁右侧的一条上山石道中，从下半部的主洞口自下而上的第四级石阶，直到第十九级石阶，凡步履所触，会发出悠扬婉转，音色颇似古琴的声音。其中以两侧岩壁最高处的七级石阶发声最响。古人称为“七步弹琴”，并题“石蹬琴声”四个大字于主洞石壁之上。明代朱孔阳有诗赞之：“琴到无弦，听者自稀，上古遗音，造化玄机。”建于明宣德年间(1426年)，比北京天坛回音壁还早104年。原理是脚踏石阶产生强迫振动，在空气中形成声波。

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