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        板與殼的振動【點擊數:


        在古代各種樂器中,有些是利用板振動發聲的,如古老的磬是石板,鑼、鈸是金屬板。將板彎成殼體,利用殼振動發聲的,如鐘、鈴等樂器。在中國傳統的音樂文化中,鐘磬之音、金石之聲,備受青睞,有關的聲學知識也就特別豐富。

        磬起源于石器時代人們打磨石器的勞動。將石塊作成一定的板式,并按照音高將它們成組地編掛在樂架上,就稱為編磬。它的出現不晚于殷商時期。在湖北江陵和隨縣發現的戰國時期的編磬分別為28具和32具,其音域都在三個八度內。從這些磬的大小、厚薄及發音高低看,春秋戰國時期人們已認識到,磬板越大、越薄,其振動發聲越低;磬板越小、越厚,其振動發聲越高。成書于春秋戰國之際的《考工記》科學地記下有關板振動的知識:如果磬板發聲太高,就磨銼板的兩個正面;如果磬板發聲太低,就磨銼板的端面。這個調音技術很符合板振動的發聲原理。在磬板的兩個正面磨銼,使它相對地變薄,其發聲就降低;如果在它的幾個端面磨銼,就使它相對地變厚,于是發聲升高。

        中國的鐘可能起源于原始社會晚期,這些原始鐘可能是竹制、木制或陶制的。銅鈴或銅鐘產生于商初。在春秋戰國時期,銅鐘的制造技術達到極高水平。將幾個、十幾個、甚至幾十個鐘按其大小和一定音調形式編掛在鐘架上,就稱為編鐘。1978年湖北隨縣曾侯乙墓中發掘保存完好的編鐘64件,總重量達2500多公斤,總音域跨五個八度之多。后來又在曾侯乙墓附近的擂鼓墩二號墓中發掘出編鐘36件。這兩個墓編鐘數量之多,藝術之精湛,所含科學文化內容之豐富,成為中華民族史上古老燦爛的“百鐘文明”,也成為世界文化史上的一大奇跡。

        如果將中國傳統的編鐘和西方以及印度傳統的教堂寺廟鐘(即圓形鐘)作一比較,(圖3-2)人們不難發現它們結構形狀各具特點:

        編鐘外形為橢球殼狀,其橫截面為橢圓;圓形鐘的外形為圓球殼狀,其橫截面為圓。

        編鐘外表有許多突起的乳頭和花飾;圓形鐘一般地外表光滑。


        圖3-2 編鐘及其各部分名稱示意圖(左);西方圓形鐘(右)。

        編鐘的鐘肩是橢圓平面;圓形鐘的鐘肩是半圓球形。

        編鐘的內表面經調音磨銼,現出一道道豎直的條形聲弓;圓形鐘的內表面呈現整齊劃一的聲弓結構。

        編鐘懸掛牢固,從不搖晃;圓形鐘懸掛不牢,容易晃動,不少鐘還帶有鐘舌。

        由于以上特點,編鐘和圓形鐘的發聲有巨大差別。圓形鐘在被擊之后,聲音悠揚長久,各種諧波分音很難衰減,特別是其嗡音不易消失,被連續敲擊之后,發音相互干擾,因此,不能作為樂器使用。而編鐘發聲短,容易衰減,據實驗測定,在敲擊之后0.5秒,全部高諧音消失,基音也開始衰減,一秒之后基音也消失大半,因此完全可以作為樂器使用,并適宜于慢速、中速以及較和緩的快速旋律的演奏。在歷代各種文獻中,對于編鐘的結構形狀以及它們對發聲的影響有許多記述,尤其是沈括曾對編鐘與圓鐘的發音特點作了極好的科學總結。

        在大量已發掘的編鐘中,人們發現其中不少編鐘有“一鐘雙音”現象,即在一個鐘體上敲擊其正中位置發出一個樂音,稱為中鼓音;敲擊其旁側又發出一個樂音,稱為側鼓音。中鼓音與側鼓音往往構成三度諧和關系。經過科學家們的研究分析,才揭開這個古老的雙音之謎。原來,這些鐘都經過樂師與樂工的磨銼調音,編鐘的條形聲弓就是調音時磨銼的結果。從聲學上看,這二個音的振動模式井然有序,互不干擾:中鼓音的振動波腹區是側鼓音的振動波節區,中鼓音的振動波節區是側鼓音的振動波腹區。反之亦然。這樣,在編鐘的兩個敲擊區分別敲擊時,它們的振動波節與波腹恰巧互相錯開了。因此,一個鐘體能發出二個“基音”。這是古代中國人對殼體振動的最偉大的創造性應用,以致我們今天還花費了眾多的科學勞動,應用了幾乎最先進的儀器設備才揭開古代人創制雙音鐘的聲學之謎。


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