中国古代物理史-在声学上的贡献

中国古代物理学史(对声学的贡献)

在中国古代物理学中，声学的成就可以说是独一无二的，需要特别的描述。

(1)乐器制作与音乐法学理论

中国古代音乐是世界文明的宝库。河南省舞阳县嘉湖村的骨笛是公元前5000年至6000年新石器时代的遗物。这是迄今发现的世界上最早的乐器。西周时期，《诗经》中记载了29种乐器。其中，固定频率的打击乐器有鼓、铙钹、钟、钟、摇摆鼓等。调频弹拨乐器包括竖琴和农奴，管乐器包括箫、关、成、笙等。《韩曙李露志》根据材料将当时的乐器分为八种类型:土岳城、宝(木瓜)岳盛、皮日古、关、石日新、钟、木日柱、司在众多出土的古代乐器中，最引人注目的是编结乐和编钟。茉莉花是一种由特殊的石头(如玉石)和几根固定的线制成的复合茉莉花。1950年安阳武官村出土的殷代大理石为82厘米×42厘米× 2.5厘米，色调丰富，似铜。1970年，湖北江陵出土了25个楚织工。它们的形状非常规则，有三个八度音域。编钟是挂在木制框架上的一系列铜钟的组合。1978年，陕西扶风出土了西周时期的青铜编钟。1979年，湖北省睢县战国曾侯乙墓出土了一套公元前443年的65只钟。这套乐器的总音域超过2500斤，有12个半音，跨越五个八度音域。其优美的音色和出色的效果充分展示了中国古代音乐、冶金和乐器的高超水平。

由于强调“礼、乐、艺、数”，中国古代研究乐音数学规律的学科相当发达，《二十四史》中有许多记载。最晚，殷商时期已经产生了宫、商、角、符和羽的五音。西周编钟已刻有十二律铭文(由于乐音群的知识，产生了十二律，它们的名字是:黄钟、鲁大、太祖、贾钟、古曦、钟录、季斌、林忠、易泽、南路、五色和仲英，黄钟是十二律的第一个制服)。以黄钟为标准音高的头部，以半音逐渐递减，形成十二音节奏。最早的音乐律计算方法可以在《关圆篇》中的“三分盈亏法”中找到，这种方法起源于公元前7至3世纪，即把主旋律的和弦(或管)长度分成三部分，取两部分(总管长的2/3，即亏损1)或加一部分(总管长的4/3，即盈利1)来依次确定十二律中的其他律。这种基于弦长的方法是当时欧洲基于频率的“五度相位法”的倒数。16世纪末，朱载堉提出了十二平均律的理论和算法。十二平均律是对中国音乐声学的一大贡献。

(2)声音的传播和声音产生原理的讨论

根据北魏李道元《水经注》卷三十四《河水》，陈遵在建造江陵金堤时用鼓计算高地的高度(公元512-518年)，这可能是通过鼓的速度来计算的。这个记录非常有意义。

至于发声的原理，东汉王充在《论平衡与死亡》中解释说，人类的语言是从“口与喉之气，舌之振，口之开”中产生的。然后延伸到“萧声的烟斗，犹大人的嘴和喉咙，手的洞，犹大人的舌头”。宋代的张载(1020 ~ 1077)和明代的王夫之(1619 ~ 1692)进一步形成了“形”(物)与“气”相冲突而发声的观点:“造声者由形与气相滚动而成”。可“两气”碰撞，如“谷雷”、“两形”碰撞、“爵鼓击”、“形滚气”、“羽扇敲矢”(指羽扇风、飞矢镝)等...气滚滚状，声音萧声等等”(张子正注)。专门考察了声音在几种情况下的发生情况:“冲”(飞箭)、“捷”(跳鞭)、“振”(弹弦)、“毕”(扯丝)、“贺”(击掌)、“砰”(荡椎)。他认为发声的第一件事必须是气:"气而后声"，"气是一种浊物，在测量值之间也有发声的原理，但它不能自己产生"；第二个必须是“破形之气”，“以气逐动”，“急而破，其声必出”。例如，“击打物体”是指“气迫使它击打的物体和它所握持的物体发出声音”(论气和气的声音)。

王充和宋对声音的发生和传播提出了更深刻的见解。王冲把鱼“在水中游动，在旁边振动水”与“平衡变虚”中人的“行为”引起的“气的变化”作了比较。宋·明确表示“东西齐冲，如激之水。气体和水是相同的运动物体。当石头被抛入水中时，水面只需一击就能碰到石头。然而，写作的浪潮时不时地中断，直到它到达十英尺的深度而不停下来。它仍然非常模糊。它太小了，听不见。”(论气、气、圣气七)。他们明确指出“气”是“冲”的，正如“水”是“激”的一样，“荡气”与水的“温郎”相似。它可以从“一拳”到“纵横搜索”依次“打开”(古代为8英尺)。然而,“荡气”太小，听不见。这就是“气之声”。对声波的产生和传播的物理分析是如此深刻，以至于它在我国古代物理学中非常突出。

关于共振现象的有趣消息，庄子在调乐器时发现了共振现象，沈括在弦乐共振时做了纸人测试，研究用水洗鱼等。有相当多的文献记录。

(3)古建筑中的声学效应

在我国已经发现了许多使用声学效果的建筑物。经典著作(墨子《制孔篇》)中关于腔声传播的记载，也有与建筑相关的“听”和“墙听”。用陶罐向内筑墙可以隔音，在钢琴室和舞台下面埋一个大圆筒可以增加混响效果。北京著名天坛的回音墙、三阴石和圆山都巧妙地运用了声音的反射效果。河南省佳县还有蛤蟆塔，四川省潼南县大佛寺有秦时。

近年来，对山西省永济县普救寺迎迎塔蛙音进行了深入研究。在《西厢记》的故事里，“下午塔满了”，指的就是这座塔。这座塔最早建于隋唐时期。现存的塔是在明朝嘉靖年间于1564年重建的。这是一座13层的方形空心圆柱形砖塔，屋檐密集。它有36.7米高。它建在陡峭的斜坡上，周围空无一人。整个塔身和屋檐都是用釉面砖砌成的。这些青砖的声音反射系数为0.95 ~ 0.98，是很好的声音反射器。塔体呈空圆柱形，充当声波的共振腔。由于13层塔檐每层砌砖所形成的曲线的巧妙配合，在大约24米的距离内，它对来自塔前的撞击石头的声音产生良好的反射和会聚，因此“在地面上撞击石头就像叫的青蛙”。同样，被13层的塔檐反射的远处的声音会聚集在屋檐的前面，大大增加了人耳接收到的声波能量。五英里外的周浦城的歌声就像塔中的舞台。

中国古代建筑是一个利用声学效果的科学宝库，它仍然需要进一步探索。上述成就体现了声学与音乐、声学与哲学、声学与建筑、军事等的结合。，这也是我国古代物理学发展的基本特征之一。