1701098773
1701098774
在古代科学史上，声学是物理学中最为发达、内容最为丰富、理论最为完备的学科。尤其在音乐声学方面，确定音高与振动体长度之间的数量关系，是人类在自然现象中最早发现的物理规律。古代中国人不仅确定了八度内各个音程的相对比值，而且总结出它们之间数量关系；明朝王子朱载堉在世界上首创十二等程律（Twelve-tone equal temperament）。在管口校正方面，也有众多非凡成就。
1701098775
1701098776
声学的发展是与下列文化背景相关的：
1701098777
1701098778
第一，丰富的音乐实践奠定了它的发展基础。例如，在河南舞阳县贾湖村发掘出早在公元前5000年以前的7孔骨笛多支，可吹奏六声或七声音阶（如图3.1所示）；在湖北随县出土曾侯乙钟65件，铸造于楚惠王十六年（公元前433年），其音域达五个八度以上，十二半音俱全，可旋宫转调（如图3.2所示）。
1701098779
1701098780
1701098781
1701098782
1701098783
1701098784
1701098785
1701098786
第二，音乐文化的交流促进了声学的发展。公元前10世纪，周穆王率乐队西游，抵达今阿富汗东北、里海近处黑湖畔（Karakul）（《穆天子传》）。边远地区白狄族流入中原，靠歌舞谋生（《史记·货殖列传》）。汉武帝以宗室女远嫁乌孙国王，携乐队随嫁，乌孙族又于公元前161年西迁至伊塞克湖畔（今哈萨克共和国）。而公元2世纪，西亚、印度乐器传入中国。今日舞台上所见竖空篌，原是汉初由印度传入的巴比伦文化的产物。
1701098787
1701098788
第三，乐律为国家行政和法定教育的组成部分。国家设立“太司乐”、“太常寺”掌管以歌舞宴飨祭祀、宫中喜庆。其中“太常丞”、“太常卿”相当于今日文化部长，其下属一个八九品的“协律郎”（相当于今日游街走巷的钢琴调律工）都可以参与朝政。这在西方简直是难以想像的事。不仅如此，有关乐律的历史也是历代正史中不可或缺的篇章。至于教育，如周朝有“六艺”：礼、乐、射、御、书、数；孔子订“六经”：《礼》、《乐》、《诗》、《书》、《易》、《春秋》。“乐”成为仕宦知识含量的判定标准之一。值得注意的是，历代有许多帝王将相不仅酷爱音乐，其本人也是个音乐家。如唐玄宗李隆基有一对灵敏的耳朵，政务之暇，指挥太常乐工几百人歌唱，“有一声误，玄宗必觉而正之”（《旧唐书·音乐志》）。他若不步入金銮为帝，必定是唐代伟大的音乐指挥家。若如是，抑或无“开元盛世”和“天宝之乱”。
1701098789
1701098790
一、振动和波的概念由来
1701098791
1701098792
“振动”一词源自《考工记·凫氏》。在记述青铜编钟的设计、铸造和调音时，它说：“薄厚之所振动，清浊之所由出。”它道出钟壁厚薄与振动、发声高低三者的关系。
1701098793
1701098794
宋代文学家欧阳修（1007～1072年）在《六一笔说》中记述了一个类似今日相声艺术的“发声诘难”，颇有趣味。他写道：
1701098795
1701098796
甲：铸铜为钟，削木为梃，叩钟则铿然而鸣。然声在木乎，在铜乎？
1701098797
1701098798
乙：以梃叩垣墙则不鸣声，叩钟则鸣。是声在铜。
1701098799
1701098800
甲：以梃叩积钱则不鸣，果在铜乎？
1701098801
1701098802
乙：钱积实，钟虚中。是声在虚器中。
1701098803
1701098804
甲：以木若泥为钟，则无声。声果在虚器之中乎？
1701098805
1701098806
今天，有中学物理水平的人，不难代乙回答甲的疑难。
1701098807
1701098808
唐代一些音乐著作不仅述及振动，还述及“声源”、“气振”等与声音传播有关的术语。波或声波一词早见之于汉代。西汉以占卜闻名的灾变家最早提出空气波与水波相类似。他们认为，人的行动会感悟上天，是因为有气波传达。东汉王充批判他们的言论，肯定水波与空气波类似，但“不能至天”，范围有限（《论衡·变虚篇》）。明代宋应（1587～？年）在《论气·气声》中又一次说：“以石投水，水面迎石之位一拳而止，而其文浪以次展开，至纵横寻丈而犹未歇。其荡气也，亦犹是焉，特微妙而不得闻也。”然而，声波是纵波（疏密波），水波是横波。古代人对此不能分辨，当可理解。
1701098809
1701098810
古代人将“声”与“音”是分开的。声，广义词，一般声音；音，是声音之一，专指音乐，或语言学上声韵。初，声学繁体“聲”，从耳。耳朵听见者为声。另一声字“謦”，从言，口中说出为声。“謦”字未流存下来。耳所听者，除出于口喉之声外，余则为“響”，有声则有响。东汉许慎《说文解字》中，将口说“宫商”为声，将乐器演奏“宫商”为“音”。《礼记·乐记》则以为“声生变，变成方，谓之音”，即高低节奏有变化的声，才谓“音”。此乃音乐之音了。
1701098811
1701098812
乐音与噪声的区别，古人也有定义。从汉代始，人们将噪声定义为“群呼烦扰耳也”（《玉篇》）。这定义是科学的。近几十年，才有以声压定义（如多少分贝为扰民之声）的噪声概念。
1701098813
1701098814
“声学”一词初见之沈括《梦溪笔谈》。他在记述共振、音调、和声等现象时，指出：“此声学至要妙处也。今人不知此理，故不能极天地至和之声。”在西方，18世纪初，法国物理学家索维尔（J. Sauveur, 1653～1716年）建议设立一门新学科，将音乐包括在内，名之曰acoustigue（英文acoustics），中译“声学”，今音乐界常译为“音响学”。
1701098815
1701098816
谈到“声波”与“振动”概念史时必须澄清一个重要观念，即：无论东西方，在伽利略之前，没有“频率”（单位时间内振动次数）的概念。古代人衡量乐音的高低是以振动体（弦线）的长度为标准的。古希腊人曾以铁锤的大小衡量它也是错误的。频率概念的引出，要精密到有“秒”的计时器，且振动体的振动可以计数。伽利略是以血脉的跳动作为时间单位，以单摆摆动为计算对象，这才引出“频率”的概念。近半个世纪来，某些科学史家不明就里，以为古希腊以频率定乐音高低，比中国人以弦长定乐音高明。如此断论者，多非物理学出身者也。
1701098817
1701098818
二、共振与混响
1701098819
1701098820
古代人发现并记载了大量的共振现象：弦共振、弦管共振、钟磬共振等等。《庄子·杂篇·徐无鬼》曰：
1701098821
1701098822
为之调瑟，废（置）于一堂，废于一室。鼓宫宫动，鼓角角动，音律同矣。夫改调一弦，于五音无当也，鼓之，二十五弦皆动。