永樂大鐘（聲學篇）

央視國際 2004年03月29日 16:45

　　除夕之夜，一陣陣鐘聲在北京西北郊的上空回蕩。在這座象徵天圓地方的大鐘樓，人們通過隆重的敲鐘活動，抒發惟願國泰民安樂的美好心願。108響代表“吉祥、崇高”的鐘聲從古延承至今，記錄了歲月的變遷，也引發了我們對古代科技的無限遐想。

　　據明人蔣一葵《長安客話》記述，昔日的永樂大鐘，日供六僧擊之，“晝夜撞擊，聲聞數十里，其聲宏宏，時遠時近，有異他鐘”。如今我們請聲學專家對永樂大鐘進行測音，來探尋這美妙鐘聲的奧秘。

　　這是一套大鐘鐘聲的測量記錄系統。這裡面是聲級計，聲級計這上面是麥克風。把聲音接到這裡，第三聲，然後從表針的擺動可以看到聲級的大小。通過導線把聲信號傳到錄音機上，這個錄音機是數字錄音機。記錄下大鐘的聲音信號後，回去用頻譜分析的方法可以把大鐘聲音的頻率特性計算出來，比如説這個大鐘含有什麼頻率成分？它的大小是多少？它的基頻是什麼？哪些是大鐘鐘聲中主要的可聽聲音等等。在進行FFT分析以後，我們得到了鐘聲所包含的頻率，最低16赫茲，22赫茲，這就是頻率的基頻了。因為一個鐘，一個發聲體它都有一個最基本的振動模式。也就是它在可聽聲部分非常豐富，從50多赫茲到200多赫茲，其中到200多赫茲中間頻率非常豐富，而且這些頻率與音樂中的音名相對應，所以聽起來很好聽，很和諧。聲音還有拍頻現象，就是讓我們聽起來時遠時近，時大時小，時高時低。

　　比如129赫茲時發出的聲音和C3，即“哆來咪”的“哆”一樣。164赫茲時就和E3即“哆來咪”的“咪”相同。真是令人驚嘆不已。

　　永樂大鐘的鐘聲輕擊時圓潤、深沉、古雅，重擊時渾厚、洪亮、莊嚴，如此美妙絕倫的鐘聲是怎麼形成的呢？

　　從外表上，我們可以明顯看出，這口大鐘的鐘壁上下不一樣厚，鐘腰部位的厚度是94毫米，而鐘口部位的壁厚竟是185毫米。測音表明，不同厚度的各個部位，各會産生相應的頻率振動，發出不同的聲音。而這眾多分音的匯集就是一首雄偉的交響曲。

　　加上永樂大鐘的合理的合金比率成分，幽雅鐘聲的出現就不是偶然的了。明永樂大鐘的成分是含銅80.5%，錫16.4%，鉛1.12%及少量其他元素，當含錫量在16%左右就使鐘體強度、韌度適度，可以保持鐘聲振動的持續性，若含錫量過多或太少都會使鐘聲的餘音減短，那麼就無法欣賞到永樂大鐘聲聞數十里的悠長鐘聲了。

　　同時，我們發現，永樂大鐘的正下方，有一個直徑4米、深0.7米的八角型地坑，它不單給人們仰視大鐘內壁提供了方便，更有為鐘聲散音的功能，與現代舞臺前樂池的聲學作用異曲同工。

　　三管齊下方才造就了永樂大鐘舉世無雙的完美音質。那麼，明朝的能工巧匠如何能攻下一道道難關，設計出這令人叫絕的聲場。

　　首先，中國古鐘千百年來的發展脈絡有其自成一派的風格樣式。中國鐘的基本形狀是鐘身高度與口徑之比在1:0.7左右，西洋鐘則在1:1左右。做一天和尚撞一天鐘的成語道出了中國鐘用鐘杵從外壁敲擊的方式，而西洋鐘用鐘舌從內部敲擊，因而發出的聲音比中國鐘更加急促、高昂。中國的歷代古鐘都遵循這一特徵而量身定做。永樂大鐘也不例外。

　　通過物理分析，鐘聲産生於撞鐘引起的振動，而鐘聲的強弱、高低、音色主要取決於鐘體的形狀和材質。早在《周禮考工記》中就有記載：“鐘厚則石，巳薄則播”，“鍾大而短，則其聲疾而短聞，鍾小而長，則其聲舒而遠聞”。由此可見我國春秋戰國時代就已指出了鐘壁厚則鐘聲沉悶，反之清脆。鐘體短而口徑大則鐘聲消失得比較快，反之悠長的道理。

　　永樂大鐘上端閉塞下端鐘口開放，形成鐘頂小、鐘腰細、鐘身長、鐘口外張似喇叭。當撞擊時，引起鐘聲振動，使各分音的頻率恰當，産生拍頻現象，也是這一歷史法則沿襲的結果。

　　《周禮考工記》“六齊” 還明確指出合金配比 “六分其金而錫居一，謂之鐘鼎之齊”，意思説鑄造鐘鼎的銅和錫之比可以解釋為5:1或6:1，其含錫量佔14~16.7%。成分分析的結果告訴我們，永樂大鐘的合金比率成分與“六齊”所述大致相符。可見古人對錫量的運用及其冶煉技術已達到了相當高的水平。

　　從舉世矚目的戰國曾侯乙編鐘到獨一無二的永樂大鐘，時光走過了兩千載，而鑄鐘工藝更是達到了爐火純青的地步。這些聲學上的成就，不禁使人聯想起我國歷史上的又一聲學佳作——天壇的回音壁，永樂大鐘正是與它同時代的産物，我國不僅是四大發明的故鄉，在歷史上，聲學也早就居於世界領先地位。

　　今天，在高樓林立的京城深處，永樂大鐘靜靜佇立於大鐘寺古鐘博物館。人們很難在城市的喧囂中聽到那曾經聲聞數十里的美妙鐘聲，這又是什麼原因呢？

　　每逢國之盛典、重大節慶、時代更新，那雄渾的鐘聲仍會定時迴響在喧鬧的城市上空，給現代人類送去悠遠的歷史祝福。（作者/範文含）