科學原理一點通:國寶編鐘的聲學特性

鍾是一種中空的發聲器物,其材料一般採用銅合金或鐵合金。將不同尺寸的鐘按大小依次有序排列,懸掛於鍾架之上,可演奏出完整有序的音階,即稱為編鐘組。古代的編鐘多在宮廷中演奏,尤其每逢宮廷中有大型活動時都要演奏編鐘。

科學原理一點通:國寶編鐘的聲學特性

按照形狀結構,鍾可分為圓形鍾和合瓦形鍾。前者截面為正圓形,後者截面類似橢圓,如兩個瓦片合在一起,體型扁圓,我國的編鐘就屬於此類。中國編鐘分為上下兩部分,上部分為鉦,表面有花紋和外突圓乳,稱為鍾枚或鍾乳;下半部為鼓,為敲擊發音區。鍾內壁有許多磨銼,此為調音痕跡,更有甚會存在深溝槽。從縱剖面來看,歐洲圓形鐘的內壁是整齊劃一的聲弓結構,而我國編鐘的內壁是一道道條形的聲弓結構。編鐘與圓形鍾在懸掛方式上也有著明顯的差異,前者懸掛牢固,鍾肩是近似的橢圓平面;後者可隨意搖晃,鍾肩呈半圓球形。圓形鍾受形狀限制,只能作為鍾,而不能成為樂器。敲擊圓形鍾任何部位發出的聲音頻譜都一致,整個鍾部會形成一種共鳴的音腔,而且聲音衰減的速度較慢。具體來說,敲擊圓形鍾會立即產生響亮刺耳的鏗鏘聲,這是各種諧波分音的混合聲。而後隨著高次諧波的分音消失,只剩下深沉而模糊的嗡聲。倘若在敲擊聲弓的同時晃動鐘身,會額外產生另外一種叮叮聲與其他聲音混合在一起。哪怕鐘停止晃動後,混合的聲音仍會持續一段時間。

科學原理一點通:國寶編鐘的聲學特性

對於合瓦形鍾而言,在鐘的結合部有稜,稱作“銑”,從正鼓部到側鼓部音是逐漸衰減的。兩稜之間的鐘口向上拱起,鐘口邊稍上有兩個敲擊點,中心為“正鼓”,偏右約三分之二處為“側鼓”,正鼓點和側鼓點分別對應橢圓振動面的短軸和長軸,兩者在聲音模式上存在著差異,會發出不同音高的樂音。這種結構特色在節省材料的同時豐富了演奏功能,使得“一鍾雙音”的優點十分明顯。另外,合瓦形鐘的聲音衰減速度較快,這一點決定了它適合於演奏。其外表面上排列有序的鐘枚不僅賦予了鍾美觀,而且能夠過濾掉高頻,改善音質,調節音色。編鐘作為我國特色樂器之一,外觀奇特優美、聲音悠揚悅耳、氣勢磅礴恢宏,足見其深厚的藝術魅力。

本文由北京市第六十五中學一級教師胡曉豔進行科學性把關。

科學原理一點通:國寶編鐘的聲學特性

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