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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。
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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:
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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?
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1701098798 乙:以梃叩垣墙则不鸣声,叩钟则鸣。是声在铜。
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1701098800 甲:以梃叩积钱则不鸣,果在铜乎?
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1701098802 乙:钱积实,钟虚中。是声在虚器中。
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1701098804 甲:以木若泥为钟,则无声。声果在虚器之中乎?
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1701098806 今天,有中学物理水平的人,不难代乙回答甲的疑难。
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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。
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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。
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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。
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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”。
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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。
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1701098818 二、共振与混响
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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:
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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。
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1701098824 这就是在厅堂和在室内分别置相同瑟的共振实验。后一句说的是泛音共振现象。《庄子》最早记下了弦线共振现象,并解释了共振成因:“音律同矣。”
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1701098826 唐代韦询在《刘宾客嘉话录》中记述了一个消除共振的故事:洛阳某僧因房中磬日夜自鸣,惧而成疾。他求术士解除而不得。某日,宫内太乐令曹绍夔得悉此事,笑对僧人说:“明日设盛馔,余当为除之。”次日酒足饭饱之后,曹从怀中出利锉,锉磬边数处而去,自此鸣声遂绝。僧喜并问曹所以然。曹答:“此磬与寺内钟律合,故击彼应此。”僧疾因而愈。这个故事被许多典籍辗转传抄。
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1701098828 固体(如地表面)传声过程中,如遇有空穴,即在穴内产生混响。利用这种固体传声的空穴效应,就可以造成“地听器”。例如在地面埋一陶瓮,人耳贴瓮而听,可探知远处敌军人马声。这个陶瓮成为最早的原始地听器。它是战国时期墨翟及其弟子最早发明并应用的军事装备。后来历代兵家也以此作为战场必需设备。行军中,将士们将空箭袋作枕,闻敌军动静,也是这个道理。蒙学课本《千家诗》中有宋张耒(1054~1114年)《夏日》诗:
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1701098830 长夏村墟风日清,檐牙燕雀已生成。
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1701098832 蝶衣晒粉花枝干,蛛网添丝屋角晴。
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1701098834 落落疏帘邀月影,嘈嘈虚枕纳溪声。
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1701098836 久判两鬓如霜雪,直欲樵渔过此生。
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1701098838 “嘈嘈虚枕纳溪声”就是对空穴效应的描述。沈括将这种效应正确地解释为“虚能纳声”。固体、液体传声比空气传声阻力小,而速度快。因此在湖泊中可以噪声捕鱼。几只船围成圈,同时以木棍敲打船舷(古人称此谓“鸣桹”),不久,鱼即翻漂水面。从汉迄清,渔人无不知晓此捕鱼法,历代文人亦和诗以颂。唐代皮日休(?~883年)《鸣桹》诗写道:
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1701098840 尽日平湖上,鸣桹乃动桨。
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