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第三章 声学 第五节 板与壳的振动

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在古代各种乐器中,有些是利用板振动发声的,如古老的磬是石板,锣、钹是金属板。将板弯曲成壳体,利用壳振动发声的,如钟、铃等乐器。在中国传统的音乐文化中,钟磬之音、金石之声,备受青睐,有关的声学知识也就特别丰富。

磬起源于石器时代人们打磨石器的劳动。将石块作成一定的板式,并按照音高将它们成组地编挂在乐架上,就称为编磬。它的出现不晚于殷商时期。在湖北江陵和随县发现的战国时期的编磬分别为28具和32具,其音域都在三个八度内。从这些磬的大小、厚薄及发音高低看,春秋战国时期人们已认识到,磬板越大、越薄,其振动发声越低;磬板越小、越厚,其振动发声越高。成书于春秋战国之际的《考工记》科学地记下有关板振动的知识:如果磬板发声太高,就磨锉板的两个正面;如果磬板发声太低,就磨锉板的端面。这个调音技术很符合板振动的发声原理。在磬板的两个正面磨锉,使它相对地变薄,其发声就降低;如果在它的几个端面磨锉,就使它相对地变厚,于是发声升高。

中国的钟可能起源于原始社会晚期,这些原始钟可能是竹制、木制或陶制的。铜铃或铜钟产生于商初。在春秋战国时期,铜钟的制造技术达到极高水平。将几个、十几个、甚至几十个钟按其大小和一定音调形式编挂在钟架上,就称为编钟。1978年湖北随县曾侯乙墓中发掘保存完好的编钟64件,总重量达2500多公斤,总音域跨五个八度之多。后来又在曾侯乙墓附近的擂鼓墩二号墓中发掘出编钟36件。这两个墓编钟数量之多,艺术之精湛,所含科学文化内容之丰富,成为中华民族史上古老灿烂的“百钟文明”,也成为世界文化史上的一大奇迹。

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