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音律與數(shù)學(xué)·三分損益法

 臨觀山水 2021-03-03
關(guān)于五音(宮商角徵羽)對(duì)應(yīng)五行之說(shuō),中國(guó)很早就有表述,部分如下表所示。
東漢以前的典籍所記錄之五音

五音又稱五聲,是最古之音階,“五聲”一詞最早出現(xiàn)于《周禮·春官》:
皆文之以五聲,宮商角徵羽。
而“五音”最早見(jiàn)于《孟子·離婁上》:
不以六律,不能正五音。
《黃帝內(nèi)經(jīng)·靈樞·邪客第七十一客》中將宮、商、角、徵、羽五音,與五臟相配:脾應(yīng)宮,其聲漫而緩;肺應(yīng)商,其聲促以清;肝應(yīng)角,其聲呼以長(zhǎng);心應(yīng)徵,其聲雄以明;腎應(yīng)羽,其聲沉以細(xì),此為五臟正音。相傳是根據(jù)中國(guó)最早之樂(lè)器“塤”的五種發(fā)音而得名。
而在聲韻學(xué)上,宮、商、角、徵、羽,分別與喉、齒、牙、舌、唇之不同發(fā)音部位相匹配。(南朝·梁)顧野王之《玉篇》卷末附“沙門神珙四聲五音九弄反紐圖”以及北宋官修之《大宋重修廣韻》(陳彭年、丘雍等編撰)卷末所附之“辨音五字法”,都是這種分法。前者分為喉、舌、牙、齒、唇,所謂自內(nèi)向外;后者分為唇、舌、齒、牙、喉,所謂自外向內(nèi)。戲曲演員準(zhǔn)確地掌握了五音之部位,再配合“四呼”(開口呼、齊齒呼、合口呼、撮口呼)之運(yùn)用,即能做到吐字準(zhǔn)確,稱為五音俱全,否則為五音不全。
顯然,在樂(lè)器表達(dá)上,僅有五音是不夠的,因此古人用三分損益法將一個(gè)八度音分為十二個(gè)不完全相等之半音,這就是十二律,各律從低到高依次為:黃鐘、大呂、太簇、夾種、姑洗、仲呂、蕤賓、林鐘、夷則、南呂、無(wú)射、應(yīng)鐘。十二律又分為陰陽(yáng)兩類,凡處于奇數(shù)位之六律稱陽(yáng)律,處于偶數(shù)位之六律稱陰律。另外,奇數(shù)各律稱“律”,偶數(shù)各律稱“呂”,故十二律又被稱為“律呂”?!秴问洗呵铩ぶ傧募o(jì)第五·古樂(lè)》記載:
昔黃帝令伶?zhèn)愖鳛槁?。伶?zhèn)愖源笙闹?,乃之阮隃之陰,取竹于嶰溪之谷,以生空竅厚鈞者,斷兩節(jié)間,其長(zhǎng)三寸九分,而吹之,以為黃鐘之宮,吹曰舍少。次制十二筒,以之阮隃之下,聽鳳皇之鳴,以別十二律。其雄鳴為六,雌鳴亦六,以比黃鍾之宮,適合;黃鍾之宮皆可以生之。故曰:黃鍾之宮,律呂之本。黃帝又命伶?zhèn)惻c榮將鑄十二鐘,以和五音,以施英韶。
比《呂氏春秋》成書較早之《管子》,由稷下學(xué)派之弟子們?cè)诠八氖兰o(jì)編纂完成。此書因管仲(約前723或前716-前645年)而取名,一則因管仲曾是齊桓公時(shí)之名臣,二則因書中收錄了許多管仲時(shí)代之材料。
《管子·地員》總結(jié)了和聲規(guī)律,闡述了標(biāo)準(zhǔn)調(diào)音頻率,具體記載了三分損益法,但純粹是文字性描述,用現(xiàn)代代數(shù)語(yǔ)言翻譯出來(lái),可歸納如下(公式較多,還是貼圖吧)

如此,從宮音開始,可定出所有五音,中間兩次乘以4/3,兩次乘以2/3,為使每次乘積仍是整數(shù),就必須要求起始選定的數(shù)能被整除。顯然,能滿足該要求之最小整數(shù)為81,就這是音起始數(shù)選為81之原因。

其實(shí)81、108、72、96、64這些數(shù)本身不具有實(shí)際意義,但其比例關(guān)系則至關(guān)重要。將其統(tǒng)一在一張表中,與現(xiàn)代音律名稱配對(duì),則一目了然,如下表所示。

五音之對(duì)應(yīng)數(shù)與比例關(guān)列

可見(jiàn),宮與徵之比值為3:4,其現(xiàn)代意義為:宮音震動(dòng)頻率與徵音震動(dòng)頻率之比值為3:4,現(xiàn)代音律稱之為純四度,其他類推;而16:27≈3:5表示由《管子·地》中三分損益法所計(jì)算之比值16:27與現(xiàn)代定調(diào)法所規(guī)定之比值3:5稍有差異。簡(jiǎn)單計(jì)算可知

不難看出,這兩個(gè)比值之相對(duì)差異本身就是非常玄妙的,它是個(gè)無(wú)限循環(huán)小數(shù),而且從0到9按遞增順序循環(huán)。
為了對(duì)照,在此給出更完整之頻率比值,如下表所示。
音程頻率與最簡(jiǎn)整數(shù)比

其中基音a1的頻率為440Hz,表示a1是由琴弦每秒鐘振動(dòng)440次時(shí)產(chǎn)生之音高(于1834年在德國(guó)司徒嘉特的一次國(guó)際會(huì)議上所確定)。中國(guó)古人在數(shù)千年前采用弦長(zhǎng)之比值,西方人后來(lái)改為弦之振動(dòng)頻率比,兩者之間除了時(shí)間上有先后外,并無(wú)本質(zhì)性之差異。此外,若要徒手測(cè)量,把握弦長(zhǎng)顯然比把握弦之振動(dòng)頻率要容易得多。但由于現(xiàn)代科技發(fā)達(dá),測(cè)量頻率比測(cè)量長(zhǎng)度更為可靠。這是因?yàn)閷?duì)電子儀器而言,振動(dòng)頻率更容易捕捉,但弦由于無(wú)法擺脫重力作用,長(zhǎng)度便難以測(cè)得高精度值。
后來(lái),《呂氏春秋·音律》改進(jìn)了《管子·地》之方法,提出:
黃鐘生林鐘,林鐘生太簇,太簇生南呂,南呂生姑洗,姑洗生應(yīng)鐘,應(yīng)鐘生蕤賓,蕤賓生大呂,大呂生夷則,夷則生夾鐘,夾鐘生無(wú)射,無(wú)射生仲呂。三分所生益之一分以上生,三分所生去之一分以下生。
其中,“三分所生益之一分以上生”即表示加上原先之三分之一倍,即乘以三分之四;同理,“三分所生去之一分以下生”表示乘以三分之二。根據(jù)現(xiàn)代數(shù)學(xué)原理來(lái)解釋,即以作為起始數(shù),“三分所生益之一分以上生”產(chǎn)生81,得到第一律“黃鐘”;依次遞推,可得完整之十二律。之所以一開始采用,是為了在乘以三分之四后可得黃鐘率81,如此則可以與《管子·地員》保持一致。程貞一在其著作《黃鐘大呂——古代中國(guó)和十六世紀(jì)聲學(xué)成就》中將這一過(guò)程畫成一幅遞推圖,如下圖所示。
《呂氏春秋·音律》改進(jìn)之三分損益法
簡(jiǎn)單計(jì)算可知,起始數(shù)與終止數(shù)在經(jīng)歷了十二次“損益”后,仍相差不大。
約從16世紀(jì)至18世紀(jì),歐洲音律學(xué)界最主要的研究任務(wù)之一,就是如何處理最大音差

即怎樣將其均分到八度音律上。程貞一認(rèn)為,中國(guó)戰(zhàn)國(guó)時(shí)期之三分損益法不但利用了五度生律,也利用了八度生律,建立了上下(益損)之相生原理,允許生律途徑之選擇,操縱導(dǎo)生律音之八度范圍。由此可保證所得音階之各音律,最終定位在同一個(gè)八度內(nèi),成功地避免了在三分損益十二律中出現(xiàn)最大音差??梢?jiàn),三分損益法比同時(shí)代西方人之音樂(lè)理論不但豐富得多,且非常超前。
至于在古希臘,畢達(dá)哥拉斯及其學(xué)派并沒(méi)有給出生律公式,且根據(jù)古今中外某些學(xué)者之研究表明,畢達(dá)哥拉斯本人有可能是抄襲了古東方之成果并將之據(jù)為己有。柏拉圖(Plato,約前427-前347年)和亞里士多德(Aristotle,前384-前322年)等一些古希臘學(xué)者,都明文記載畢達(dá)哥拉斯曾游學(xué)東方。這里的東方雖然并不是指中國(guó),但很可能也有輾轉(zhuǎn)相傳之存在性。

另外,法國(guó)傳教士、漢學(xué)家德明(J.J.M.Amiot,1718-1793年)于1776年在巴黎發(fā)表《Mémoriesur la Musique des Chinis tant anciens que modernes》(《中國(guó)古今音樂(lè)考》,該書1780年被收入Mgmoires concernant lhistoire,lessciences, les arts, les moeus, les usages, etc. des Chi-nois, par lesmissionnaires de Pekin(《北京傳教士關(guān)于中國(guó)歷史、科學(xué)、藝術(shù)、風(fēng)俗、習(xí)慣的論文集》)第六卷。),其中記載:
I’Heptachorde des Grecs anciens, la lyre de pythagore, son inversiondes tétrachordes diatoniques, et la formation de songrand système, sont autant de larcins faits aux Chinoisdu premier ge.
譯文:古希臘畢達(dá)哥拉斯豎琴之七聲音階,它由四度音列轉(zhuǎn)換之完全音階,以及其整個(gè)音階體系,多半是從早期中國(guó)抄襲過(guò)去的。
顯然,這一說(shuō)法西方人難以接受,即便希臘人能接受,其他歐洲人也不會(huì)接受。因此,錢德明之論文一經(jīng)發(fā)表,便遭來(lái)歐洲人之反駁甚至謾罵。
在湖北隨州出土之曾侯乙墓中,陪葬的編鐘、瑟等樂(lè)器,充分說(shuō)明了中國(guó)在春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)期以前就形成了很完備的弦樂(lè)理論。相關(guān)專家們一致認(rèn)為,弦樂(lè)器從產(chǎn)生到形成完備之理論,至少需要三四百年之時(shí)間,這說(shuō)明,中國(guó)弦樂(lè)器理論之產(chǎn)生時(shí)間有可能早至西周之前。而此時(shí),畢達(dá)哥拉斯學(xué)派及其祖師爺畢達(dá)哥拉斯本人還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有出生。此外,一些正史、野史與小說(shuō)家言都有關(guān)于周文王(在公元前11世紀(jì))調(diào)理古琴之記載。但由于中國(guó)古代之文字系統(tǒng)極其發(fā)達(dá),而古人似乎也很喜歡采用意象手法來(lái)描述一些數(shù)學(xué)思想,這就使得古代之記載文字艱深難懂,故不易被后世理解。

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