第二节 声 学 对声的认识及应用

　　宋应星在《论气》中写道：“气本浑沦之物，……及夫冲之有声焉，飞矢是也；界之有声焉，跃鞭是也；振之有声焉，弹弦是也；辟之有声焉，裂缯是也；合之有声焉，鼓掌是也；持物击物，气随所持之物而逼及于所击之物有声焉，挥椎是也。”②说明一切声现象都离不开气的因素，声音的产生是因为物体的振动或急速运动对空气的冲击。他还写道：“物之冲气也，如其激水然。气与水，同一易动之物。以石投水，水面迎石之位，一拳而止，而其文（纹）浪以次而开，至纵横寻丈而犹未歇。其荡气也，亦犹是焉，特微渺而不得闻耳。”①在此宋应星明确地用水波与声波相比较，认为声音传播过程中空气的振动与水波的振动类似。当然他那个时代还不可能知道声波是纵波而水波是横波的差别。

　　方以智曾进行声波共鸣现象的观察和实验，他说：“《梦溪笔谈》曰：今有琵琶，以管色奏双调，则琵琶有声应之，以为异物。殊不知乃常理。二十八调，但有声同者即应，若遍二十八调而不应，则是逸调也。古法一律七音，共八十四调，更细分之，逸调至多，偶见其应，便以为奇耳。智（方以智）按洛钟西应，即此理也。今和琴瑟者，分门内外，外弹仙翁，则内弦亦动，如定三弦子为梅花调，以小纸每弦帖之，旁吹笛中梅花调一字，此弦之纸亦动。曹师夔鑢磬不应钟，犹之茂先（张华）知铜山崩也。声音之和足感异类。岂诬也哉！”②他还记述了一种原始的隔声技术：“私铸者匿于湖（地洞）中，人犹闻其锯锉之声，乃以瓮为甃，累而墙之，其口向内，则外过者不闻其声。何也？声为瓮所收也。”③与隔音消声相反，在音乐演奏中常常为了增强效果而需要共鸣装置。文震亨写道：“古人有于平屋中埋一缸，缸悬铜钟以发琴声者然。不如层楼之下，盖上有楼板，则声不散；其下空旷清幽，则声透彻；或于乔木、修竹、岩洞、石室之下，地境清绝，更为雅称耳。”④ 具有声学特性的建筑

　　驰名中外的北京明代建筑物天坛，其中的回音壁、三音石和圜丘具有奇妙的声学效果。“回音壁”是一道圆形的围墙，高约6米，半径约32.5米。围墙内有三座建筑物，北面一座皇穹宇距离围墙最近处约2.5米。整个围墙整齐光滑，是良好的声反射体。围墙的弧形使得当入射角小于22°时，声波可被围墙连续反射而不受皇穹宇的散射。因此，如果一人贴近围墙讲话，而相距较远的另一人如也贴近墙壁，则可听得很清楚。“三音石”是位于回音壁中心的一块石板，人若站在此处击掌，可听到三次甚至多达五六次回响。这是因为声音等距离地传到围墙后，被反射回到中心，于是听到第一次回声；然后声波再次传到围墙，再次被反射回来，又听到第二次回声；如此往返，直到声波能量衰耗殆尽。“圜丘”是一座由青石和大理石砌成的圆形平台，高出地面约5米，半径约11.5米。平台中心略高，向四周略有倾斜。除东南西北四个出入口外，四周全部围有青石栏杆。人若在圜丘中央大叫一声，听到的声音比平时要响亮。这是由于声波被栏杆反射到稍有倾斜的台面上，再从台面上反射到人耳，与原来的声音混合在一起的缘故。

　　朱载堉创建十二平均律

　　朱载堉创建的“新法密率”，是我国古代最杰出的科学发现之一。这也是世界上首次提出的十二平均律的数理理论，为现代键盘乐器（如钢琴等）的创制奠定了基础。

　　朱载堉的“新法密率”理论及其计算方法在他的《律历融通》、《律学新说》和《律吕精义》等书中均有阐述。“新法密率”的主要科学贡献：一是创造了以弦律为主的十二平均律；二是采用“异径管律”的方法，提出了解决管口校正的新途径。

　　朱载堉把八度分成十二个半音，运用等比生律，使得任何相邻两律间的频率比都相等，从而获得各律音高间隔的等程性，成功地解决了旋宫转调的

　　

　　

　　

　　朱载堉在发明十二平均律的同时，还提出“异径管律”。这就是以管定律时，各律管的内径须随律管长度而异。他利用这种不同管径的特点来达到缩小空气柱与管长不一致的问题。他研究得出，在一个八度音程中按音高次

　　

　　

　　

　　②《论气》气声二。

　　①《论气》气声七。

　　②《物理小识》卷一《天类·同声相应之征》。

　　③《物理小识》卷一《天类·隔声》。