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古琴中的数理原理(二)徽位的数学

2025-05-02 01:571380

这一篇我们接着上面的内容,继续谈古琴中的数理原理。首先还是把波动方程的解析解列出来:

公式里的f就是振动的频率,单位是赫兹(Hz),即每秒钟振动的次数,频率越高,音调就越高。L是弦的长度,T是弦中的张力,μ是线密度也称为纤度,是指一物体单位长度下的质量。

徽位:

古琴上有十三个徽,代表了一年十二个月加一个闰月,想必每个弹琴的人都是这么学的。可是这十三个徽的位置是怎么定出来的呢?就算你不是斫琴人,通过简单的测量,甚至是估计,都不难找出每个徽位的相对位置的。让我们假设总有效弦长为1,那么从右边的岳山算起,每个徽的对应的弦上的位置就可以用下面的表格写出来:

根据公式我们可以知道,弦长成整数倍关系的时候,频率也成整数倍。如果两个频率成整数倍,声音会比较和谐。这个规律早在古希腊时期的毕达格斯家就曾经发现过。我们还可以算出来,按在七徽的时候,弦长正好是空弦的一半,所以振动频率高一倍,在音乐上讲,就是高了一个八度。而按在四徽的时候,则高了两个八度,按在一徽的时候,高了三个八度。

九十徽:

九徽和十徽是两个最常用的徽,古人弹琴的口诀说:凡弹操缦者,皆按十徽音,十徽寻不见,方去九徽寻。从上面的比例中,我们可以算出,九徽的音和空弦音是纯五度的关系,十徽的音和空弦音是纯四度的关系。而从音律上讲,纯四度和纯五度都是比较和谐的音程,所以这两个徽才会这么常用。在古代音律中,五音是和五行生克相对应的。我们把和一个音成纯四度的音成为这个音的母音,而成纯五度的音称为这个音的子音。

废徽:

琴上有四个徽被称为废徽:三徽、六徽、八徽、十一徽。为什么这四个徽被称为废徽,乍一看摸不着头脑,但是,仔细看看上面的表,我们就会发现,这是符合数学规律的,因为这些徽位都在五分之几的地方。所以查阜西先生在《中国声律之调停与琴之声律》一文中说:“三徽为琴弦全弦1/5,六徽为2/5,八徽为3/5,十一徽为4/5,按之声数,无论如何,皆不能中律。故此四徽,实废徽也。”其实在四个徽位在琴谱上还是常见的,只不过它们在五分之几的位置,不容易形成和谐音,所以用的较少而已。

几个常用的徽位:

除了整数的徽位之外,琴谱上还经常出现一些徽和徽之间的位置,最常见的包括: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)。这些位置又是怎么来的呢?为什么这些位置比较常见呢?显而易见的答案是这些位置对应了一些全音或者半音。比如我们按空弦音为C计算,那么上述的徽位分别对应了:D,E,G#,A,A#,D,D#,F这几个音。空弦为其他音的时候可以类推,在这里就不赘述了。

那么,现在的问题是,这些几徽几分的标注,准确性如何呢?我们继续用数学的方法来找答案:

首先,按照上表,我们计算出了这些徽位的位置。还是假设总弦长为1。计算方法也很简单,比如:

我们保留四位有效数字,再分别和两种律制,即三分损益律和十二平均律,进行对比:

首先,关于徽外的位置,从十三徽到琴尾,其实有很大一段长度,而一般琴谱上笼统的记为徽外。而上表中我们把徽外的位置按8/9来计算,因为这个位置对应了D音。根据数据对比,这个位置还是相当合理的。所以徽外的按弦位置应该在8/9处,也就是距离十三徽0.倍弦长的位置,即大约在十三徽一分处。

根据表上的数据可以看出来,琴谱上标注的位置还是相当精确的。我们在上一篇文章中谈到过,按音的实际位置和琴谱上标注的位置是有差距的,差距大概是“一分”的长度。如果古人是按照实际按弦的位置记谱的,那么计算出来的结果不会像上表那么精确。所以,我们可以做出这样的推测:这些徽位的位置是经过古人计算的。

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