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汉代京房提出“竹声不可度调”。他已察觉到管弦同长不同音的问题。而且对后世乐律学的发展产生了极大影响。晋代荀勖造笛,已发明了笛上开孔的经验校正公式。宋代阮逸、胡瑗(993~1059年)以缩小管子直径的办法对三分损益律管作校正,取得了极好的效果。历史上成绩最卓越者乃朱载堉,他提出了一个系统的等程律管的校正方法。
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朱载堉作了这样的管律实验。他说:“以竹或笔管制黄钟之律一样两枚,截其一枚作两段,全律、半律各令一人吹之,声必不合矣。此昭然可验也。”实验结果使他得到在同径管乐器中“黄钟正律与大吕半律合”的结论。这就是说,同径管乐器的黄钟正律与黄钟半律为约略大七度。他的这个实验与结论影响了清代几百年的音乐家,以致康熙帝定14律时也抄袭他的成果。
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朱载堉以缩小管径的方法校正管乐器。他令管长与等程律的弦长一致,倍黄钟音的管径定为5分(约合1.78cm),每支管都有相同豁口(吹口),其面积为长×宽=一分七厘六毫(约合0.4506cm)。从倍黄钟开始,36支管径缩小的公比数为。这样,他创制了世界上最早的等程律管,将它们编排吹奏,就是等程律的排箫。
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19世纪,英国物理学家丁铎尔(John Tyndall,1820~1893年)在其《声学》中说:“半长管为全长管的八度”。此时,徐寿(1818~1884年)也在研究管乐器。他从朱载堉的律管试验中受到启发,发现了对于弦线“正半相应”;对于管“正半不相应”,相应者其管长之比为4/9。在徐寿读到《声学》中译本后,他对这个大物理学家的结论感到茫然。于是,他请英国教士傅兰雅(John Fryer,1839~1928年)将其结果译成英文,致信丁铎尔求教。傅兰雅又将此信寄一份副本给英国《自然》(Nature)杂志。不料,此信在英国声学和音乐学界引起惊叹。1881年3月10出版的《自然》杂志以《中国声学》为题刊载了这封信。这是中国人在国外刊物上最早发表的一篇科学文章。该杂志还写了“编者按”。其中说:“发现对旧定律(即弦管同长同音——本篇笔者注)的真正有科学意义的现代修正却来自中国”。文末还附上声学家斯通博士(Dr. W. H. Stone)对该文的评论。其中说:“很有意思的是,证实这个鲜为人知的事实(即管乐器末端效应——本篇笔者注)却是来自遥远的东方,而且是以如此简单的实验方法得到的。”
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厚积薄发的中国传统声学,由此可见一斑。
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十二、笙簧
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笙竽,在甲骨文中写为龠等字形都类似编管的乐器形状。《诗·小雅·鹿鸣》:“吹笙鼓簧。”可见笙竽是簧管类乐器。古代统称其为匏,匏笙。曾侯乙墓出土一件匏笙,其簧片的安装方式:板孔略大于簧片,簧片在气流作用下做一端固定的自由振动(如图3.14所示)。这种安装簧片的方法称为“活簧”。18世纪起,笙竽、匏笙被欧洲人称为“中国管风琴”或“口吹管风琴”(mouth organ)。
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欧洲也自古有簧类乐器,如管风琴者。但它的簧片略大于板孔,簧片不能自由振动,而是拍打孔边。后人称其为“死簧”,其声极难听。
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据《元史·礼乐志》载,西方管风琴曾在元代经阿拉伯国家传入中国,时称其为“兴隆笙”。由于是“死簧”,文献记载其“有声无律”。后经元朝玉宸院大乐家郑秀“改作”,可能是将其死簧改成活簧,声律乃合。后又增制了十具。不过兴隆笙随元朝灭亡而消失,未曾在华夏地区流传下来。
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中国活簧装法,在历史上本也有众多机会西传,如公元前138年张骞通西域;盛唐中外使节往来频繁;蒙古军铁骑横扫欧洲等。然而,迄今有据可查,为中西共识的是中国活簧装法在18世纪经俄罗斯而传遍欧洲大陆,且笙竽不止一次被带到西方。更确切的是,闻名的按指小提琴(nail violin)发明人、音乐家怀尔兹(Johann Wilds)在圣彼得堡买中国笙,学习它的演奏方法;哥本哈根的物理学家克拉特森斯廷(Kratzanstein)曾建议,仿中国笙簧改造管风琴。因此,英国物理学家丁铎尔在他1865年出版的《声学》中写道:“旧法之簧,大于板孔,故动时每次击孔边而生浊音;继加软皮于孔边受簧击,生音稍清;近时作板孔稍大于簧,使簧动时不相击,则所生之音甚佳矣。”丁铎尔对欧洲管风琴装簧史作了极好的记述。
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由于笙在欧洲的传播,1800年起,遂引起欧洲簧管乐器的革命,很快就设计并制造了诸如手风琴、簧风琴、六角手风琴、口琴等等。它们又先后传遍世界各国,并为音乐爱好者喜用。
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乐律、乐器中声学或物理学的历史知识,今日难予讲尽。例如,古琴与纯律等,未曾述及。下面再讲一点物理声学,即隔声建筑。它的创造及文化背景极为有趣。
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十三、隔声建筑
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古代人曾屡屡幻想将声音隔断在某一空间,不任其传出。因为,纵使“窃窃私语”,还往往“隔墙有耳”。
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第一个建造隔声建筑的人,是明初僧人姚广孝(1335~1418年)。明末方以智(1611~1671年)在其《物理小识》中写道:“私铸者匿于湖中,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。”这段文字叙述了建造隔声房的方法、材料和原理(如图3-15所示)。并且指出:“广孝用此法造器械。”
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姚广孝何时、为何要造隔声房?
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姚广孝,长洲(今苏州)人,幼名天禧,本医家子,14岁入寺为僧,法名道衍。因助燕王朱棣夺其侄朱允炆(建文帝)帝位有功,永乐二年,已登基三年的成祖帝(朱棣)复其姓,赐名广孝。朱棣夺位前,居北平旧元宫内,广孝于后苑练兵,日夜铸造军器。为防泄露天机,他掘地数丈,筑厚垣,密砌瓶缶瓦器为墙,又在地面畜鹅鸭乱其声。旧元宫浩大,陆续征收几万士兵集后苑,建文帝嫡系将领及密探却未发现朱棣之燕王府内动静。起兵前,道衍献计朱棣装疯于街上,疏虞朝廷监控之势。起兵后,朱棣挥师南下,道衍驻守北平,多次击退建文帝嫡系军士,并密书朱棣进退攻略。当朱棣攻克济南三月不成之时,道衍又上计:“佯攻北上,疾趋京师(南京)。京师单弱,势必举。”此一计定下永乐帝江山。
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姚广孝建造隔声房事为《明史》等诸多典籍所载,“隔声”(sound insulation)一词最早为方以智所创。此后即广为众所知。清代尚有富人筑隔声房者。隔声墙所用大小陶瓮、瓶、缶,极为类似近代初建隔声墙所用的亥姆霍茨共鸣器。若在瓮口塞以棉花纸屑或诸如甘蔗渣等多孔物质,其吸声效果更加显著。
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〔1〕杨振宁.谈谈物理学研究和教学.杨振宁文集[M].上海:华东师范大学出版社,1998
:508.
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〔2〕笔者在《中国物理学史大系·光学史》、《中国物理学史·古代物理学史》和《中国科学技术史·物理学卷》等著作中,以邹伯奇一张自拍照后之题词,推测他成功玻板摄影术在1963~1866年间,似不确,因为不能肯定这张照片就是他拍照的第一张。
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