中国古代的声学成就
中国古代在声学方面的伟大成就，至今仍值得我们引以为自豪。
东汉王允在《论衡》中记载了声音的产生机理及其传播与媒质的关系。“生人所以言语吁呼者，气括口喉之中，张翕(xí)其口，故能成言。譬如吹箫笙，萧笙折破，气越不括，手无所弄，则不成音，夫萧笙之管，犹人之口喉也；手弄其孔，犹人之动舌也。”是说人要发声就须“动摇其舌”，箫笙要发声则须“手弄其孔”，对于声的传播要有气，他提出声波犹如水波的见解：“今人操行变气远近，宜与鱼等；气应而变，宜与水均。”西方明确“空气是声音传播的一种媒质”，是17世纪由玻意耳提出以后的事了。
明代宋应星在《天工开物》的《论气·气声篇》中讨论了声的产生：“气本浑沦之物，分寸之间，亦具生声之理，然而不能自为生……冲之有声焉，飞矢是也；界之有声焉，跃鞭是也；振之有声焉，弹弦是也；……持物击物，气随所持之物而逼及于所击之物有声焉，挥椎是也……
凡以形破气而为占也，急则成，缓则否，劲则成，懦则否”。宋应星认为，声还空气的运动，由于有形之物冲击空气使其振动而发声，他分析声音的大小、强弱取决于形、气间冲击的强度，把这叫做“势”。说“气得势而声生焉。”他还讨论了声在空气中的传播，《论气·气声篇》写道：“物之冲气也，如其激水然，气与水，同一易动之物，以石投水，水面迎石之位，一拳而止，而其纹浪以次而开，至纵横寻丈而犹未歇，其荡气也亦犹是焉，特微渺而不得闻耳。”形象地说明了以物冲气而产生的声音，在空气中传播的情形很像以石击水形成的水波扩散。
二、对共鸣现象的研究
公元前3、4世纪成书的《庄子·徐元鬼》中，有关于弦线共鸣的记载：“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，二十五皆动。”《吕氏春秋》也有“声比则应，故鼓宫则宫应，鼓角而角应”弦共振的记载，这里的“宫、角”是指中国古代的音阶之二。
西汉董仲舒认为物体之所以“自鸣”，必有“使之然”的原因——“声比则应”以及“五音经而自鸣”，他已粗略地阐明了共鸣的物理过程。晋、唐又有了消除共鸣的方法记载：晋代的张华指
出，钟与铜盆共鸣时用工具改变其中之一的重量或形状，便可消除，唐代《刘宾客嘉话录》记有洛阳某僧房的磬无故自鸣，僧俱成疾，其友曹绍夔闻讯问候时发现斋钟有声磬也作声，次日取锉鑢磬数处其声遂绝。曹解释说：“此磬与钟律合，故击彼此应”。明白真相后僧人不治自愈了。
《梦溪笔谈》是北宋科学家沈括的著名著作。《笔谈》也记载了对共鸣的研究，沈括友人的琵琶置于空室，当管乐奏双调时琵琶不奏自鸣，友人视为至宝，沈括则指出：“殊不知此乃常理”，认为这是一种普遍的自然现象。沈还用实验揭示了共鸣的机理：“欲知应声者，先调其弦令声和，乃剪纸人加弦上，鼓其应弦，则纸人跃，它弦不动。”是说剪些小纸人放在琴弦上，拨动一根琴弦，可以看到与它频率相应的另一琴弦上的纸人跳动不止，而其它弦上的纸人则纹丝不动，沈括的实验要比意大利达·芬奇的同类实验早几个世纪。
明清之际的方以智看过《梦溪笔谈》后，重复了共鸣实验并扩大了认识范围，他在《物理小识》中写道：“今和琴瑟者，分门内外，外弹仙翁，内弦亦动，如定三弦子为梅花调，以小纸每弦帖之，旁吹笛中梅花调一字，此弦之纸亦动。”这是说，先将乐器分别置于门内外，外弹仙翁调时门内的琴弦也发生共鸣；若将三弦定成梅花调，再用同一调吹笛子时三弦也会振动，
中国古典乐器这是不同乐器上的共鸣，于是证明了发生共鸣的条件是频率相同，而与乐器的种类无关，这一点是沈括没有认识到的。
三、古乐器制造技术
中国古代制造乐器的历史可追溯到史前时期，在弓箭的使用中产生了简单的弦乐器，《琴操》中还有“伏羲作琴”的说法。在河姆渡文化遗址（距今7000年）发现有骨哨160件，在仰韶文化遗址（距今6000年）发现两个陶哨，形似橄榄；另外还有石磬、陶埙、土鼓等，据陶埙的发音判断，原始社会晚期可以已萌发了音阶概念。
春秋末年的《考工记》详细地记述了钟的制造及其音响分析，用编钟奏乐是我国古代的重要发明（1978年，湖北省随县一座战国时代的曾侯乙墓中出土了几组编钟达65件，总重量2500多千克，可用来演奏现代乐曲，同时出土的还有其它乐器如琴、瑟、编磬等59件）。《考工记》用254字指出钟体各部位的名称和尺寸比例，记述钟壁厚度、钟口形状对发音的影响，说明钟的大小、长短及其音响效果，还确定了为调音而锉钟壁的比例等，真是语言简练、层次分明、逻辑严谨。《考工记》是人类历史上的最早论述制钟技术的专著，比欧洲同样内容的论著几乎要早1500年。
四、朱载堉的十二平均律
明仁宗庶子的后人朱载堉在《乐律全书》中记述了他发明的十二平均律，受到世界科学界的高度赞扬。
春秋时代已开始用三分损益法来确定管、弦的长度与音调高低的关系，但计算出的十二律中相邻两律间的频率之比不完全相等，故称为十二不平均律，这在乐器的变调和演奏和声时十分不便，朱载堉在前人探索的基础上发明了十二平均律，用等比级数的方法平均分配倍频程的距离，取公比为2的十二次方根，使得十二律中相邻两律间的频率比完全相等：
设黄钟律长为1尺，倍黄钟则为2尺；倍黄钟律长开平方，
即十二平均律中任意两相邻律的比率（详见表1），这一发明比欧洲音乐理论家梅尔（生于1636年）发表的十二平均律要早52年，至今仍有很高的科学性和实用性。
表1 十二平均律计算
在研究方法上，朱载堉把声学研究与数学紧密结合起来，注重定量计算，这是对中国传统物理学方法的重大突破。
五、具有回声效应的奇妙建筑
建于1530年的明代天坛，其中回音壁、三音石、圜丘具有奇特的声学效应。
回音壁即环护皇穹宇的圆形围墙，高6米半径32.5米，墙壁光滑构成良好的声波反射体。若一人紧贴围墙甲处小声说话，在围墙对面乙处的人可以听得十分清楚，这是因为甲点发声的传播方向与甲点切线形成的角度小于22°时，声波就会被连续反射，一直保持着几乎等于原来的能量传到乙点，如图1所示。
三音石是皇穹宇南面路上的第三块石板。正好位于围墙的圆心，所以人站在石上击掌一次能听到三次回声，其实声波每被围墙反射一次经等距返回中心，人便能听到一次掌声，多次往返听到的也不止三次，只不过三次以后的声音过于微弱罢了。
圜丘是天坛南面用青石筑成的三层圆形高台，是明、清皇帝祭天之处，圜丘半径11米，圆形
光滑地面的四周环以青石栏杆，中心略高，形成稍有斜度的台面，人立于台中心说话时，自己听起来比平时声大，并感到声音是从地下传来的，这同样是声波的反射效果，如图2所示。
将我国古代的声学成就恰当地融入中学物理教学，对增进青年学生的民族自豪感、激发他们爱国奋发的思想情操，是十分有益的！
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