這一篇我們接著上面的內容,繼續談古琴中的數理原理。首先還是把波動方程的解析解列出來:
公式里的f就是振動的頻率,單位是赫茲(Hz),即每秒鐘振動的次數,頻率越高,音調就越高。L是弦的長度,T是弦中的張力,μ是線密度也稱為纖度,是指一物體單位長度下的質量。
徽位:
古琴上有十三個徽,代表了一年十二個月加一個閏月,想必每個彈琴的人都是這么學的。可是這十三個徽的位置是怎么定出來的呢?就算你不是斫琴人,通過簡單的測量,甚至是估計,都不難找出每個徽位的相對位置的。讓我們假設總有效弦長為1,那么從右邊的岳山算起,每個徽的對應的弦上的位置就可以用下面的表格寫出來:
根據公式我們可以知道,弦長成整數倍關系的時候,頻率也成整數倍。如果兩個頻率成整數倍,聲音會比較和諧。這個規律早在古希臘時期的畢達格斯家就曾經發現過。我們還可以算出來,按在七徽的時候,弦長正好是空弦的一半,所以振動頻率高一倍,在音樂上講,就是高了一個八度。而按在四徽的時候,則高了兩個八度,按在一徽的時候,高了三個八度。
九十徽:
九徽和十徽是兩個最常用的徽,古人彈琴的口訣說:凡彈操縵者,皆按十徽音,十徽尋不見,方去九徽尋。從上面的比例中,我們可以算出,九徽的音和空弦音是純五度的關系,十徽的音和空弦音是純四度的關系。而從音律上講,純四度和純五度都是比較和諧的音程,所以這兩個徽才會這么常用。在古代音律中,五音是和五行生克相對應的。我們把和一個音成純四度的音成為這個音的母音,而成純五度的音稱為這個音的子音。
廢徽:
琴上有四個徽被稱為廢徽:三徽、六徽、八徽、十一徽。為什么這四個徽被稱為廢徽,乍一看摸不著頭腦,但是,仔細看看上面的表,我們就會發現,這是符合數學規律的,因為這些徽位都在五分之幾的地方。所以查阜西先生在《中國聲律之調停與琴之聲律》一文中說:“三徽為琴弦全弦1/5,六徽為2/5,八徽為3/5,十一徽為4/5,按之聲數,無論如何,皆不能中律。故此四徽,實廢徽也。”其實在四個徽位在琴譜上還是常見的,只不過它們在五分之幾的位置,不容易形成和諧音,所以用的較少而已。
幾個常用的徽位:
除了整數的徽位之外,琴譜上還經常出現一些徽和徽之間的位置,最常見的包括:徽外(卜),十徽八分(十八),八徽半(八半),七徽九分(七九),七徽六分(七六),六徽四分(六四),六徽二分(六二),五徽六分(五六)。這些位置又是怎么來的呢?為什么這些位置比較常見呢?顯而易見的答案是這些位置對應了一些全音或者半音。比如我們按空弦音為C計算,那么上述的徽位分別對應了:D,E,G#,A,A#,D,D#,F這幾個音。空弦為其他音的時候可以類推,在這里就不贅述了。
那么,現在的問題是,這些幾徽幾分的標注,準確性如何呢?我們繼續用數學的方法來找答案:
首先,按照上表,我們計算出了這些徽位的位置。還是假設總弦長為1。計算方法也很簡單,比如:
我們保留四位有效數字,再分別和兩種律制,即三分損益律和十二平均律,進行對比:
首先,關于徽外的位置,從十三徽到琴尾,其實有很大一段長度,而一般琴譜上籠統的記為徽外。而上表中我們把徽外的位置按8/9來計算,因為這個位置對應了D音。根據數據對比,這個位置還是相當合理的。所以徽外的按弦位置應該在8/9處,也就是距離十三徽0.倍弦長的位置,即大約在十三徽一分處。
根據表上的數據可以看出來,琴譜上標注的位置還是相當精確的。我們在上一篇文章中談到過,按音的實際位置和琴譜上標注的位置是有差距的,差距大概是“一分”的長度。如果古人是按照實際按弦的位置記譜的,那么計算出來的結果不會像上表那么精確。所以,我們可以做出這樣的推測:這些徽位的位置是經過古人計算的。
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