作者：邢春如
出版社：辽海出版社
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古代物理世界（下）试读：
前言
中国的科学技术有着自己的发展道路，成就辉煌，举世瞩目，对人类文明产生过巨大的影响。
一、石器时代的科技萌芽
工具的制造是原始技术启始的标志。原始社会时期，人类征服自然界的物质基础十分薄弱，因而，这一时期科学技术的萌芽和发展非常缓慢。工具的制造与火的使用，农业、畜牧业、手工业的起源，原始医药水平的提高，交通工具和居所的建造等都是科学知识与技术萌芽的表现，都给自然界打上了越来越多的人为烙印。这是人类理性曙光的初现，它昭示了那大放异彩的科技发展的未来。
二、青铜时代的科技幼苗
这一时期的科学技术在原始社会的基础上有了巨大进步，在世界文明史上占有重要的地位。青铜器是这一时期最具代表性的标志物。夏、商、西周的科技进步，促进了中国早期国家的形成和发展，成就了青铜文化的辉煌，为此后科学技术的发展开辟了道路。
三、铁器时代的科技奠基
春秋战国是中国科技知识进一步积累与奠基的重要时期。这一时期所取得的科技成果在中国科技史上占有重要地位，为秦汉及其后的科技发展奠定了坚实的基础。
四、壮大成型中的秦汉科技
秦汉科技最显著的特点是科学建制完整、技术体系统一。在这一时期，传统的农、医、天、算四大学科体系框架已基本形成，冶炼、纺织、土木建筑、造纸、船舶制造等主要技术体系及风格也大体确立，从而为此后近两千年的中国科技发展确定了大方向。
五、魏晋南北朝的科学技术
这一时期战乱频仍，政局动荡，科学技术以其强大的生命力在曲折中进步着，有些学科甚至获得了突破性进展，主要体现在农业、机械、数学、天文历法、地理、化学等领域所取得的成就。
六、隋唐科技
综观随唐科技，可谓是全面推进，重点突出。这一时期既是对先前的诸多科技领域的成就进行了继承与发展，又开创了多方面的世界之最。中国科技在随唐时期获得了蓬勃发展，而且随着中外交流的增强，科技成就不仅促进了中国社会的进步，对世界文明的进展也产生了极大影响。
七、鼎盛的宋元科技
这一时期虽说一直战火纷飞，社会也动荡不安，但中国科学技术的发展却进入了一个前所未有的黄金时代。这一时期，可谓人才辈出，硕果累累，取得了一系列极其辉煌的成就，其中包括许多堪称是划时代的创造发明，这些都使宋元科技在世界文明史中占有重要地位。
八、传统科技的成熟和集成
明清时期是中国科学技术发展历史上一个重要的转折时期。在明代，中国传统科学技术趋于成熟，中国在大部分科技领域仍居于世界领先地位，各方面的成果得到总结，出现了一批集大成式的著作。
明末清初，中国的科学技术却裹足不前，开始落伍于世界科学技术发展的滚滚洪流。
九、西学东渐与国人回应
自明末万历年间开始，西方科技知识开始源源不断地传入中国，这股“西学东渐”的潮流前后持续了上百年的时间，成为推动中国科学技术发展的重要因素。这是一个复杂的过程，其中充满了矛盾和斗争。在这个过程中，国人逐渐由被动到主动地走进了西方人的认识视野，开始接触新的科学知识。
十、近代科技的引进和传播
近代中国的落后与贫弱促使许多有识之士开始积极探索中华民族的富强之路，开眼看世界一时间成为时代的潮流。而这股看世界的风气则肇始于林则徐和魏源二人。随之而来的洋务运动的开展则展开了向西方学习的热潮，开启了中国的近代化。
十一、中国现代科技事业的开创
辛亥革命的爆发，使中国社会发生了重大转折，现代科技教育体制开始建立。继来之而来的新文化运动，极大地推动了科学精神在中国的启蒙。同时，大批从国外留学归来的新一代科学家纷纷在中国建立科学社团，以及设立高等院校中的理、工、农、医等学科和院系，使现代科学技术得以在中国生根发芽。
十二、新中国的科技事业
中华人民共和国的成立，揭开了中国历史新的一页，也开始书写科学技术的新篇章。经过五十多年的风风雨雨的拍打锻炼，如今中国的科技事业蒸蒸日上，一日千里。更多的科技新成就，必将汇聚成一盏盏明灯，发出更加耀眼的光！《中国科技史话》以全景式眼光，生动地勾画出了中国科技成长壮大和发展演变的轨迹，描绘出科学家探索自然奥秘、造福华夏的奋斗经历，以及在西学东渐背景下所作出的回应和为追赶世界科技潮流所进行的不懈追求过程。《中国科技史话》全书共分48册，它简明扼要，通俗易懂，生动有趣，图文并茂，体系完整，有助于读者开阔视野，深化对于中华文明的了解和认识；有助于优化知识结构，激发创造激情；也有助于培养博大的学术胸怀，树立积极向上的人生观，从而更好地适应新世纪对人才全面发展的要求。
因时间和水平所限，尽管我们作了很大努力，书中的疏漏、错误和不妥之处在所难免，恳请广大读者批评指正。本书编委会2007年5月
五、声学
乐器的制作与使用
乐器的起源自然界的发声是随机的，风啸雷鸣、鸟啼蛙噪，都是人类无意也无法控制的声响。但是，一旦人们试图驾驭声响，并以此怡情悦性、鼓奋兴致，就随之产生了乐器。
音乐界通常认为：乐器，就是作为娱乐或特殊用途的专用鸣声器。按照这样的观点，乐器的起源可远溯到大约中石器时代之初。（日·田之尚雄：《中国音乐史》，上海书店，1984年）茹毛饮血的远古人类，在食用动物的骨髓时无意之中吹吸出声响，进而学会了制作骨哨。这是狩猎的信号源，同时，又是最为原始的娱乐发声器，也许，它可称为乐器的鼻祖。新石器时期的河姆渡遗址中发现的骨哨达160件之多，吹出的音响近似于鸟鸣，可作诱捕鸟群之用。最早用陶制作的吹声器具是陕西西安半坡遗址出土的陶哨，形似橄榄。骨哨、陶哨的出现，确立了吹奏乐器在我国乐坛上的重要地位，为发展笛、箫等管乐器奠立了基础。
击物发声，是人们生活中较为普遍的现象。石器时代的古人，每天以石为工具，进行田耕、狩猎等劳动，也经常“以石击石”，制作更多更好的石器工具。击石生产的音响固然是一种杂声，一开始，并没有任何音乐的价值。但是，这种撞击进发的响声，却能驱除冷寂感觉，因而这样的石器在漫长的岁月中渐渐从劳动工具中分化出来，演变为专供击声娱乐的乐器。《吕氏春秋》记载：“尧命夔拊石击石，以象上帝玉磬之音，以舞百兽。”这样的传说生动地描述了原始社会的先民们作为万物灵长向大自然鸣声示威的浩大声势。在这里，古代的击石乐器有了一个固定的名称——磬。关于磬的传说，在《尚书》、《山海经》中都有详细记载，从历史演化的过程来看，击石乐器的出现不会很晚，因为碰撞发声的机会远远多于其他发声方式，磨石为磬的发明，肯定在新石器时代就已产生。
与吹奏乐器、击打乐器相似，弹弦乐器的雏形也是在劳动实践中产生的。为了捕猎，古人发明了弓箭。这种有效武器的结构是在弓上安弦，而使用方式则是拉弦射箭，在箭头离弦飞出的同时，弦的自身也发生了振动，引起了“弦外之音”。对于一个射箭猎手来说，这样的响声也是一种特殊的信息反射，因为弦音的高低可以说明弓的张弛程度。这种反应的不断重复，便使古人逐渐将弦移至专设的架上，作为一种弹击发声的乐器。事实上，商朝的甲骨文出现的“”字为“乐”，其含义是木架上设着丝弦，所以作为专门的弦乐器的出现应不迟于殷商时代。当然，神话传说中往往会出现更早的丝弦乐器的记载，如“伏羲氏作二十五弦之琴，神农氏作五弦之琴”（《续史记·三皇本纪》），“泰帝使素女鼓十五弦瑟，悲，帝禁不止，故破其瑟为二十五弦”（《史记·孝武帝本纪第十二》）。但这些在缺乏实物考证的情况下是难以作为定论的。
这样，由于生产劳动的实践，乐器的始祖在石器时代已基本形成。
与纯粹研究音乐史相比，物理学史的研究应当更重视乐器在产生过程中声响的物理特性的改善。可以肯定，最早的乐器尽管也能用于娱乐，却缺乏对于“音高”的认识，也就是说，它们的振动并没有较为确定的主音频率，所以也无法成为音乐旋律中的某个单音。这种过渡，是在古人千百万次的偶遇与探索后实现的。这是因为能奏出较为单纯音高的乐器必须有一定的结构特点及材料构成，无论是吹奏乐器的气柱振动、击打乐器的体振动或弹弦乐器的弦振动，要发生较为悦耳的单频乐音，都要经过长期的摸索和总结，而决不会雷同于神话传说中的发明那样不费吹灰之力。
再者，我们今天所说的音乐都离不开旋律构成，而旋律不过是许多单音在时间尺度上的组合与排列。但远古时代的乐器，并不是一开始便专供演奏旋律性音乐的，从无规则的发声到产生有音高的乐音是声律认识史上的第一个飞跃，而从单音高乐音的独奏到多个单音高乐音的组合构成旋律则是第二个飞跃。仰韶文化时期出现的陶埙，是新石器时代中期石埙的类形体，但是，它们都具有两个音孔，据现代测音设备测定，其双音音程是以小三度为间隔的。氏族社会解体、奴隶社会萌生的交替时期，出现了甘肃火烧沟的三音孔陶埙。而在长江下游的浙江河姆渡文化遗址中出土有骨哨，最多达到6个音孔，其发展之早，制作之精，都胜于前例，更令人惊叹。现代著名笛子演奏家赵松庭曾用这根六音骨哨运用一定的指法演奏出优美的音乐旋律。在这个特例中我们也许可以窥见到我国古代旋律性音乐发展的最早历程，虽然我们对于古人吹奏的方式和效果已无法重现。
第二个飞跃其实已经孕育了我国古代律学的萌芽，因为一种旋律的演奏，总是要求其演奏者培养良好的音乐和谐感，而和谐感不足又将促进古代乐器制作者作进一步改进。这种改进如果建立在算术计算运用于乐器的度量衡制度的基础上，那就意味着声律认识过程中的第三个飞跃——律学体系成为乐器制作的基础和指导。这时，我国的乐器制作便进入了初步的成熟时期。乐器制作的初步成熟期
商周时期，我国的乐器制作相当繁荣，基本框定了我国古代乐器的类型。仅《诗经》一书就已提及29种乐器。各类乐器形成了颇具规模的“大家族”，如打击乐器有钟、磬、鼓、缶、铃、簧等等，总共21种；吹奏乐器则有箫、管、籥、埙、篪、笙6种；弹弦乐器较少，有琴、瑟两种。及《诗经》以外，乐器种类的总和达六七十种，可谓琳琅满目。在制作材料的选择上，也是应有尽有，《汉书·律历志》以“八音”论之，谓土、匏、革、竹、石、金、木、丝，它们的代表分别是埙、笙、鼓、管、磬、钟、柷、瑟等乐器。
古人的演奏乐器名目之繁多，演奏规模之大，无不令今人叹为观止。
作为打击乐器的石磬，在春秋时期具有相当精巧的制作工艺。《考工记》中将造磬的专职工匠称为“磬氏”。这些专职工匠在实践中逐渐认识了磬的发音频率与磬的外形之间的关系。他们认为“凡乐器，厚则声清，薄则声浊”。从形制上看，磬振动近似地可视为板振动，而板振动的频率是正比于厚度的，所以，《考工记》对于体振动乐器发音规律的定性总结，完全符合于现代声学。应用这一原理，“磬氏”在校音时也订立了一个标准的规范，那就是“已上则磨其后夔曲乐图旁，已下则磨其端”。“上”、“下”的含义当指音高或频率的高低，与“清”、“浊”相近，但后者可能带有音色的衡量成分。当感到石磬的发音频率太高时，可磨损磬体的两面，使其变薄，以降低振动频率；当磬体发声的频率过低时，又可磨损两端，使磬体相对变厚，从而提高了振动频率。春秋战国时期我国古代的早期律学已经初步形成，调整磬的外形目的就在于调节磬的音高使其符合律制，以满足音乐演奏的实践需要。1978年发掘的湖北省随县战国曾侯乙墓曾出土了32件石磬，因演奏时须编列在磬架上，所以称为编磬。磬上还镌有相应的律名。因此，无论从数量或律制上看，编磬当是先秦时期得到较大发展的一种乐器。
钟在打击乐器中占有最为重要的地位。这种由铃和铙演化而成的乐器，由于有独特的声号结构和共鸣腔，一般都奏出确定频率的音；兼以青铜铸成，奏低音时，音色深沉宏厚，奏高音时则音色清脆洪亮，其演奏效果相当出色。我国已出土的先秦编钟地区分布很广，实物数量也很多，而陕西、湖北和河南的出土编钟则无论从数量或工艺上看都显得最为突出。如陕西省扶风县出土的柞钟，总数有8个；河南省信阳战国楚墓出土的编钟数目为13个；而湖北省随县曾侯乙墓则出土了多达64件大型编钟，这些编钟的铸造技术高超精妙，在当时的生产水平下堪称奇迹之作。
但更令人叹服之处在于编钟具有特殊的发声功能，那就是某些编钟可以发出两个不同音高的音响，或者说，具有独特的双音结构。这在上述几套编钟的发音效果中普遍存在。钟体在鼓体的中部标有一个敲击点，被称为隧部，在鼓体的旁侧部有时标有另一个敲击点，被称为鼓旁音。上品的编钟，不但这两个音位标志明确，而且两个音的频率比也趋于一致，大约为1:1.2，相当于音程间隔上的三度关系。另外，在钟体上，磨、锉的痕迹依稀可辨，说明古人在制作编钟时曾作过细致的调音。
对于钟这种打击乐器，《考工记》中也有论述，专职制作钟的工匠被称为“凫氏”。“凫氏为钟，……厚薄之所振荡，清浊之所由出。”表明人们对于钟的厚薄与起振时发音的高低之间的关系已完全掌握。《考工记》又谈到：“钟已厚则石，已薄则播。”与论“清浊”不同，这两句话主要是说明钟的音色受厚薄因素的影响。钟太厚则声音太闷，缺乏明快感；太薄则声音太单调，不够浑实。这样的论述旨在提醒工匠们在钟的制作中多加注意钟体的厚薄适度。另外，《考工记》还认为：“钟大而短，则其声疾而短闻，钟小而长，则其声舒而远闻。”这可看成是古人对于响度和传播距离相互关系的经验性认识，无疑是符合现代声学原理的。钟在奏乐时要具备优美的音色，是与铸造的配方紧密相关的。《考工记》的配方规范是：“金有六齐，六分其金而锡居一，谓之钟鼎之齐。”也就是说，青铜中的含锡量占六分之一，约17%。这种配方铸成的青铜，呈橙黄色，色泽美观，音色集浑沉与清亮于一身，经现代冶金学和音乐学界的合作测试，近乎是制造青铜乐器的最佳配方。
先秦时代的吹奏乐器与弹弦乐器虽然也见载于《诗经》等著作，但金、石、土、革、丝、木、匏、竹8类乐器的后5类都极易腐坏，所以实物遗存远不如打击乐器的数量。长沙曾发掘出土的“楚瑟”，被认为是我国现存最早的弦乐器（现存南京大学图书馆）。直至曾侯乙墓见诸于世，其中的出土乐器才提供了本来深感匮乏的实物对证。其中有箫（今之排箫）2件、簧笙5件、疑是篪的横吹管乐器2件、十弦乐器1件。不知名的五弦乐器1件，其中2只横吹竹管乐器与汉马王堆三号墓出土的“笛”形制有异而无膜，疑为“有底之笛”的篪，但音乐界也有人认为正是笛的先声。而墓中的5件笙，有十二管、十四管、十八管3种，它们以竹簧、匏斗构成，而笙管透底恰如西南少数民族中的葫芦笙与芦笙。至于十弦与五弦的琴属乐器，前者有琴轸，无微位，能以部分准位弹奏按音，后者则连轸也无处可施，尚与文献难相印合，有待于考证。乐器的进一步发展与工艺的改进
箫是竖吹的。与今天的箫形制相同而名为“竖篷”的乐器，曾与汉魏六朝时代风行乐坛，唐宋以来，才逐渐改称为箫或洞箫。与篴并见于世的还有籥，也是管状纵吹的方式，两者之间的区别在于：篴长，古曾有四个指孔，经汉代京房加一孔后成为五孔；籥短，有三孔。这两种管乐器都是《诗经》曾经记载过的，应当肯定是汉民族的文瑰宝。但古时称作“横吹”的笛却有由西北羌族地区传入中原一说，但从曾侯乙墓出土的管乐器水平来，由汉民族依赖本身的智慧创造出贴有笛膜的竹笛，也有完全可能的。当然，汉武帝时张骞通西域后“横吹”风靡一时，却不能不说与西羌民族的提倡有关。
晋朝荀勖（？～289）在管乐器上所作的研究改进使管乐器较好地解决了定律问题；下文还要论及的荀氏的“管口校正”法为后世的管乐器制造提供了依据。荀勖制作的十二支发音精确的笛管（洞箫）也成了管乐器仿效的楷模。
箫、笛的制作，同样离不开材料的选择。音质的优美必然要求材美工巧。我国使用竹管作乐器，一方面的原因固然在于竹子取材方便，但更重要的原因，是竹的空腔和竹节构成了天然的空气振腔，竹的质地细密坚硬，不易变形，可保证箫笛的使用寿命，总之，是由竹材本身的特点决定的。但各地的竹材并不尽相同。明代的音乐理论家朱载堉认为“竹虽天生，择之在人”，据他的经验，“旧用河南宜阳县的门山竹，不如浙江余杭县南笔管竹为佳”。
弦乐器的选材也是不容忽视的。《慎子·逸文》中说：“公输子巧用材也，不能以檀为瑟。”古人制作琴、瑟，一般采用桐木，而在选择桐木时也很有讲究。宋代赵希鹄认为：“桐木不宜太松，桐木太松而理疏，琴声多泛而虚。宜择坚实而纹理条条如丝线密达不邪曲者，此十分良材。亦以掐不入者为奇，其掐得入者，粗疏柔脆，多是花桐，乃今用作漆器胎素者，非梧桐也，今人多误用之。”（《洞天清禄集·古琴辩》）因木材太松容易吸取声能，所以木材紧密者制作的琴瑟音色洪亮，适于演奏。与这个道理相近，赵希鹄还发现：“古瑟有阴阳材者，盖桐木面阳日照者为阳，背阴不面日者为阴也。谓如不信，但取新旧桐木，置之水上，阳面浮而阴必沉，虽反复之再三，不易也。更有一验，古今琴士所未尝言，阳材琴旦浊和暮清，晴浊而雨清；阴材琴旦清而暮浊，晴清而雨浊，此乃灵物与造化同机缄，非他物比也。”琴木由于材性不同，对于水分的吸收能力与产生的变声效果是不同的，赵希鹄说明了阳材琴与阴材琴在发声效果上的差异，其辨别音色与分析洞察的能力令人叹服。
战国时史籍曾记载“大弦小声”，小弦大声”，定性说明了音调随弦线粗细密度变化的规律。至东汉时，王充在《论衡》中又总结出“天将雨，琴弦缓”的规律，已知道气候变化会引起弦线密度的变化，从而引起音调失常。这在音乐实践中都具有相当重要的意义。
在秦朝到唐朝之间，由于汉文化不断汲取和融化外民族在文化艺术方面的精华，乐器的发展也日趋繁荣。汉朝出现的乐器，值得注意的有笛、阮和箜篌（一种拨弦乐器）。其中阮已带有圆形的音箱以产生共鸣，表明了乐器制作在科学性上的提高。隋唐时，琵琶类乐器盛行起来，唐时出现了今日胡琴的前身——奚琴。由于这种少数民族乐器具有优渥的音色，因而在我国民族乐器中受到格外的青睐，时至今日，已成为民族乐器中的主角之一。
沈括对于古琴的发声与材料的关系也作过研究，《梦溪笔谈》中就有这样一段论述：“以琴言之，虽皆清实，其间有声重者，有声轻者，材中自有五音。”这里所谈的是发声强度对于琴材的固有依赖性。沈括对于音乐的研究在《梦溪笔谈》中有50多条，占有较大的比重。得到记载而佚失的音乐著作还有《乐论》、《乐器图》、《三乐谱》和《乐律》等，可见这位著名的科学家对于音乐的造诣也是相当高深的。
沈括对于古钟的外形与性能特点之间的关系亦有颇为精辟的论述。《梦溪笔谈·补笔谈》卷一“乐律”曾写道：“古乐钟皆扁如盒（合）瓦，盖钟圆则声长，扁则声短。声短则节，声长则曲，节短处皆相乱，不成音律。后人不知此意，悉为圆，急叩之多晃晃尔，清浊不复可辨。”我国古代的青铜钟，有圆钟、扁钟之分，其外形差别是比较大的。前者的横截面为圆形，在佛寺用得最多，其起源，则尚未完全考明，佛家方面相传发韧于印度，但考古学家亦有倾向于我国的（日·林谦三：《东亚乐器考》，音乐出版社，1962年），至今仍莫衷一是；而扁钟的外形恰如两片对合的瓦片，这在先秦时期是最流行的乐器之一。沈括在这里的论述，着重说明了钟形对于延长音的影响。据现在声学理论，钟的振动是一种复杂的板振动，圆钟的振动方式使钟口处的空气涡流发生迂回，产生较长时间的纵声波，因此如果演奏快旋律则易发生声干扰；而扁钟的振动有较快的衰减速度，较适于音乐的实践演奏。沈括将“节”与“曲”两种延长音效果作了分析，指出了当时以圆钟为乐器的弊病。
沈括还总结了作为定音器的“方响”降调的物理原因。在《梦溪笔谈·补卷一》中，沈括这样写道：“本朝燕部乐，经五代离乱，声律差舛，……铁性易缩，时加磨莹，铁愈薄而声愈下。乐器须以金石为准，若准方响，则声自当渐变。古人制器，用石与铜，取其不为风雨燥湿所移。未尝用铁者，盖有深意焉。”沈括判断“方响”变调的原因就在于年长日久后器形受到磨损，从而引起发声变调。这当然是十分正确的。
声本性
由于声现象是一种常见的自然现象，古人在探讨自然界的普遍规律、阐发自己的声学见解时，也就会自然而然地论及声的本性；另外，注重实用的古代中国，在战争、建筑与艺术上也往往从声的物理特性出发，制作巧妙的声学装置，建造具有声学效果的建筑物，为我国的物理学添上了光辉的一页。固体传声和气腔共振
战国时期，墨家曾在战争侦察中运用声的共振效应。《墨子》一书中，记载了两种稍有不同的埋坛入地以判断地下声源的方法，用来识别敌人挖洞攻城的阴谋：“令陶者为罂，……置井中，使聪耳者伏罂而听之，审知穴之所在。”（《墨子·备穴篇》）第一种方法是当敌军挖坑道攻城时，守军在城中挖井，沿城墙每隔五步（约6米）挖井一口，紧挨墙根以增大声的传播能。遇高地挖到当时的丈五尺（约3米）；低地则挖到地下水位之下三尺（约60厘米）为止。让陶工烧制坛子，每个容积在四十五斗（约78升）以上。坛口紧绷生革一层，放置井中。听觉灵敏者伏于坛口旁听坛中的响声，便可确定敌方是否在挖坑行动，以及判断出挖坑的方位，便于迎击。这样的设置，是固体传声原理的应用。当挖坑声经地面传来时，其传播的声能远远大于以空气为媒介传播的声能。声波传到坛子，由于坛口蒙皮的坛腔形成一个共振腔，可以产生“交混回响”，引起坛口蒙皮的振动，易为人察觉。与此同时，还可以根据三四个相邻坛子的响度差，提高确定声源方位的准确性。值得注意的是，遇高地时所挖的深度（丈五尺）要大于低地所挖的深度（三尺），这是考虑到高地缺少水分，传声介质太疏，而低地较润较密，传声性能相对要强一些的缘故。
第二种方法是在城墙根的同一个深坑内埋设两个稍有距离的坛子，根据它们的响度差来判断敌人所在的方向。用这样的方法，在同一口井内就可大致判断出声源的偏向方位，然后再与邻井的坛声作比较，就有较大的把握了。根据类似的思想，现代声学中有所谓的“双耳效应”，可见古人的智慧确实不可低估。
类似的声学装置在后世的战争中得到了应用。宋代曾公亮（999～1078）撰述的兵家法典《武经总要》中，图文并茂地描写了“瓮听”与“地听”两种战争设施，书中卷十二《守城篇》说：“瓮听，用七石瓮，覆于地道中，择耳聪人坐听于瓮下，以防城中凿地道迎我……”；“地听于城中八方，穴地如井，各深二丈，勿及泉，令听事聪审者，以新瓮自覆于井处，则凿地迎之，用熏灼法”。这两种方法与墨家所记载的方法相差无几。
在《武经总要》卷六《警备篇》中还记载有另一种利用固体传声和共鸣进行战争侦察的方法：“选聪耳少睡者，令卧枕空胡鹿，其胡鹿必以野猪皮为之，凡人马行在三十里外，东西南北皆响闻。其中每营置一二所，营中阔者置三四所，若孤镇铺栅各置一所，听子必频改易四，勿常定处所，仍以子将一人斡当，每日一替。”这种方式的实质是以空胡鹿制的枕子代替瓮，不过更加实用和方便而已。固体共鸣现象及其应用
共鸣在生活中时常可遇，是声学中的共振现象。由于某一个固体的振动能通过空气引起另一具有一定固有频率的固体器物的鸣响，在古人看来、似乎有一种不可理喻的神秘感。但是，一些善于思考的古代学者，却不仅了解了共鸣的机制，而且还利用共鸣进行音乐实践，并消除那些纯粹由于巧合而产生的共鸣声的干扰。
关于共鸣的最早记载当推公元前三四世纪时《庄子·杂篇·徐无鬼》中的一段文字：“为之调瑟，废于一堂，废一于室，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，二十五弦皆动。”这段引文中的前一句话说的是基音与基音之间的共振，这是比较容易被发现的。而后一句话说的是基音与泛音之间的共振现象，这一点，一般情况下较难以察觉到，说明当时在乐器制成后作过很细致的共振实验。
改变器物的固有频率以消除共鸣，这是我国历史上屡有记载的现象，南北朝宋人刘敬叔（390～470）在其著作《异苑》中记述了张华（232～300）对共鸣的正确解释和消除共鸣的方法：“中朝时，蜀中有人蓄铜澡盘，晨夕恒鸣如人叩。以问张华，华曰：‘此盘与洛阳钟宫商相谐，宫中朝暮撞钟，故声相应，可令轻，则韵乖，鸣自止也。’依其言，即不复鸣。”“”即以锉刀挫去固体，这样做的效果是改变共鸣体的固有频率，从而达到消除共鸣的目的。
唐代也有类似的事迹，被记载于笔记小说中。韦绚撰的《刘宾客嘉话录》就描述了开元年间任管理朝廷音乐的“太乐令”曹绍夔消除共鸣的故事：洛阳某僧房中一磬经常不击自鸣，该僧惶恐不安，惧怕成疾。曹绍夔是他的友人，听说此事后便前来作慰，他发觉斋钟叩鸣时磬便嗡嗡作声起来。于是，他告诉僧此患他有办法消除并要僧次日设宴款待他。
次日，曹“出怀中错（锉），磬数处而去，其声遂绝。僧问其所以，绍夔曰：‘此磐与钟律合，故击彼应此。’僧大喜，其疾便愈。”
汉代董仲舒对共鸣现象也有研究。他认为乐器的弦之间产生共鸣的原因是五个音调“比而自鸣”。他认为，弹宫调时，属于宫调的琴弦共鸣了，这出自于无形的声音的推动，人眼看不到，就以为是“自鸣”，其实这种说法并不确切，董仲舒的见解，已经触及到振动传播的本质，是相当难能可贵的。
对于乐器的共鸣现象，沈括在《梦溪笔谈》中也有记录和研究。他曾谈到：“予友人家有一琵琶，置之虚室，以笛管奏双调，琵瑟弦辄有声应之，奏他调则不应，宝之以为异物，殊不知此乃常理。”不但同调之间可以产生共鸣，而且还有泛音共鸣：“琴瑟弦皆有应声，宫弦则应少宫，商弦则应少商，其余皆隔四相应。今曲中有声者，须依次用之。”为了在实践中掌握和调整弦调的声律关系，沈括还设计了一个纸人实验：“欲知其应者，先调其弦令声和，乃剪纸人加弦上，鼓其应弦，则纸人跃，他弦即不动。声律高低苟同，虽然他琴鼓之，应弦亦振，此之谓正声。”沈括设计的纸人演示共振实验，在世界上同类实验中，乃是最早的一个。
宋朝的周密也对琴弦的共振现象作过研究，在他的著作《癸辛杂识》续集上写有：“琴间指以一与四，二与五，六、四与七相应。今只动第一弦，则第四弦自然而动，试以羽毛轻纤之物，果然，此气之自然相感之妙。”
沈括与周密分别发现了共振可以发生在振数比为（宫与少宫、商与少商）、（隔四相生）等处，而且共研究沈括的纸人共振实验方法，也在世界上遥遥领先。在西方，直到1677年，牛津的诺布尔和皮戈特才首次使用纸马演示弦线的共振。扩音技术与消声技术
声学技术的两大应用——扩音与消声，在我国历史上都有其例。
上文已论及的墨家用于战争侦察的“瓮听”与“地听”设备，就其瓮的内腔结构而言就是一个扩音器。气腔得到来自于地表的振动能，集中在绷于瓮盖的革皮上释放出来，使监听者容易察觉敌军的动静。
对于空腔扩音技术，沈括的研究是值得重视的。在《梦溪笔谈》中记有：“古法以牛革为矢服，卧则以为枕，取其中虚，附地枕之，数里内有人马声，则皆闻之，盖虚能纳声也。”这里，牛革制的空心枕起到了与“瓮听”类似的作用，也不过是起气腔共振的作用。这类扩音技术在现代生活中也并不乏见，如医学上用的听诊器，其原理与此并无二致。
气腔扩音的应用最多的仍在音乐上。钟的空腔可以造成空气的往复迂回振动，二胡的琴筒也不过是气腔扩音的设施。但还有更为直接的气腔扩音装置。晋代大画家顾恺之在其《琴图》中就画有共鸣箱之类的设备。明代《长物志》记载，有的古琴家为了增强演奏效果，在琴室的地下埋一只大缸，缸内还挂上一口铜钟，简直是特大号的共鸣箱。在我国古代的戏院，也往往在舞台下埋有几只大缸，这样，就能使台上演员和乐器发出的音响更加洪亮，造成“余音绕梁”的效果。
消音技术的历史也并不年轻。河北省易县燕下都44号战国墓葬中，发现有空心砖。这种空心砖的制作一方面可能出于节省材料，但更为重要的是：用这样的砖建造的建筑物具有良好的隔音性能，因而是一种声学技术的运用。
古代人还有更为原始的隔音法。据明代方以智记载，有些私铸金钱的人，为了避免被人发现，“匿于湖（地洞）中，人犹闻其锯锉之声，乃以瓮为甃，累而墙之，其口向内，则外过者不闻其声。何也？声为瓮所收也”。清代郑光祖也曾记载：“人家墙壁以空瓮横砌而成，使口尽向内，则室中所作之声尽收入瓮，而贴邻不闻。”由于叠砌的瓮墙相当于一种多孔物质，其气腔可以吸收声能，达到消声的目的。声学知识在其他方面的运用
中国古代的某些玩具，也涉及到声学知识的应用。例如鼓珰或响葫芦便是这种声学玩具的典型。据《秇苑日涉》记载：“响葫芦，琉璃匠所制。一名鼓珰，又名倒掖气。小儿口衔嘘吸，其声翻缤，故名翻缤，……《颜山杂记》曰：‘为鼓珰，先得葫芦，旋烧其底而四流之，以均其薄，欲平而不平，使微杠焉；以随气之动，乃得鸣。”这种口气吸的鼓珰既然能发出独特的“翻缤”声，主要取决于其底部微拱的发声腔结构，其中也必然渗入了乐器制作中发声特性和规律的应用，其历史价值并不可因之俗见街市而低估。类似的发声器具还可见于清末的《燕京岁时记》：“儿童玩好，亦有关于时令，京师十月以后，则有风筝、鞬儿等物……琉璃剌叭者，口如酒盏，柄长二三尺。噔者，形如壶卢而长，柄大小不一，皆琉璃厂所制，儿童呼吸之，足以导引清气。”“咘咘噔”也许正是鼓珰的别名，但不能肯定，然而它肯定是一种呼吸发声器具。经清代商舶载运，鼓珰曾东流日本，并在18世纪的日本京都风靡一时。对于声的本性的认识
声的物理实质是一种波动，这对于现代人来说并不新奇，因为现代科学为我们提供了足够精密的测试设备。在古代，声既摸不着，也看不见，探讨声的物理本性，一是靠观察和经验积累，二是靠思考和科学推断。
东汉王充在《论衡》中写道：“生人所以言语吁呼者，气括口喉之中，动摇其舌，张歙其口，故能成言。譬犹吹箫笙，箫笙折破，气越不括，手无所弄，则不成音，夫箫笙之管，犹人之口喉也；手弄其孔，犹人之动舌也。”王充在论述中，着重讨论了“气”在声现象发生中的重要性，要发出某种特定的音响，产生共振的气腔必定要有一定的结构要求，一旦这种条件遭到破坏，发声也就失常。《论衡·变虚篇》中还写道：“人坐楼台之上，察地之蝼蚁，尚不见其体，安能闻其声。何则？蝼蚁之体细，不若人形大，声音孔气不能达也。……鱼长一尺，动于水中，振旁侧之水，不过数尺，大若不过与人同，所振荡者不过百步，而一里之外淡然澄静，离之远也。今人操行变气远近，宜于鱼等；气应而变，宜与水均。”这里，王充首先涉及到了发声体的振动能量与接收者的辨察力的关系问题。蝼蚁身体太小，其发出的声音振动能量相对于人体而言很小，因而人耳极难察觉得到；其次，王充将空气的振动与鱼使水发生的振动相类比，说明了他对声的波动性的初步认识，并同时阐发了气与水作为波动媒质在物理性质上的相似性；另外，王充还认识到鱼的能量造成的水波的传播也只能限于百步之内，隐隐约约地觉察到了声强随传播距离增大而衰减的关系。
对声的波动性质的认识，是建立在对振动现象的认识和掌握的基础上的。这方面的实物例子，是我国古代的喷水鱼洗。
喷水鱼洗在杭州、大连、重庆等地的博物馆里都可见到，外形类于现今脸盆，盆内刻有四条鱼。摩擦其双耳，盆内便能喷射出美丽的水柱，在水面形成缤纷的浪花（戴念祖：喷水鱼洗的起源初探，《自然科学史研究》，1983年第1期）。这种颇富神奇色彩的古代玩器，妙在对物理振动规律的应用。
洗一类具有喷水现象的器物大约起源于北宋时期。宋代何薳的《春渚纪闻》转引《虏庭杂记》中的一段故事生动地描写了鱼洗水泉涌动，宛若鱼跃盆中的情形。但所用的鱼洗是用木制成的。不过何薳最后谈到“至今句容人铸铜为洗，名双鱼者，用其遗制也”，分明告诉人们铜鱼洗的出现已确凿无疑。另外，宋代王明清的《挥尘后录》中，记载了玛瑙所制的喷水鱼洗。
洗的喷水原理实际上就是振动产生的四节线振波引起了水的激荡，这种振动过程类似于圆钟的空气振动。试图使鱼洗喷水，应使手掌和两弦进行摩擦，作为洗发生振动的激励源。手掌所处的位置可视为振动波节的位置，这样，由于洗的对称性，其振动只能产生偶然节线，而振动的拍击波使洗内的水发生相应的谐和振动，于是在洗的振动波腹处，水的振动最为强烈；而在洗的振动波节处，水不发生振动。鱼洗的发现在我国科技史上添上了令人惊叹的一页。
对编钟上钟枚作用的认识也说明了古人掌握振动知识的水平。据王黼《博古图》记载：“宋李照号为知乐，其论枚乳同以为节余声。盖声无以节，则锽锽成韵而隆杀杂乱，其理然也。”李照已认识到：作为钟体上的部件，枚主是加速钟音衰减的一种振动负载，它具有消耗振动能量、节制钟声的功能。
明末科学家宋应星对于声现象的思考，也已经深入到声的本性。在《论气·气声篇》中他写道：“气本浑沦之物，……及夫冲之有声焉，飞矢是也；界（连接）之有声焉，跃鞭是也；振之有声焉，弹弦是也；辟之有声焉，裂缯是也；合之有声也，鼓掌是也；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。”说明了一切声现象都离不开气的因素，声音的产生不过是因为物体振动或急速运动产生对空气的冲击，所以，产生声的方式还可以有“两气相轧而成声”、“人气轧气而成声”，这些观点，已经完全表达出了气是声的载体，在产生声的全过程中是不可缺少的。
对于声的传播过程，宋应星也有形象的描述：“物之冲气也，如其激水然。……以石投水，水面迎石之位，一拳而止，而其文（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。”这里，宋应星已明确地将声波比拟为水波，认为在声的传播过程中，空气的振动形式与水波的振动方式相类似，这就表达出了声的物理本质是一种波动的思想。宋应星的观点，实际上是王充《论衡》中曾经论述过的思想的补充和发展，但表达更明确、更形象了。当然，宋应星在当时的历史条件下，不可能认识到声波是一种纵波，而水波是一种复杂的合成波，有物理形态上的差别。对于声速的认识和测定
古人对声速的感性认识，想必早已有之。空旷的峡谷荡起回声，乐器的共鸣亦有时差，声的传播需要时间，这似乎较易被察觉，但要对这种现象本质的认识提高到作为物理概念的“速度”，即距离与时间的比值，则并非一蹴而就之功。判断这种认识有否产生，我们只需考察一下古人是否察觉到声传播之快慢正比于距离的短长。在北魏中晚期郦道元所著的《水经注》中记载有：“江陵城地东南倾，故缘以金堤，自灵溪始，桓温令陈遵造。遵善于方攻，使人打鼓远听之，知地势高下。依傍则筑，略无差矣。”陈遵，曾任汉代官吏，《汉书》记载：“陈遵，字孟公，杜陵人也。……遵少孤，与张竦、伯松俱为京兆史。”至于他“善于方攻”却只有为郦道元所记录。古代建筑对于地势有很高的要求，陈遵派人打鼓，在远处听声（可能是指回声）并以此知地势的高低，并达到“略无差矣”的测量结果，必然是以音速的已知值为依据的。他不但已认识到声速与距离、时间的关系，而且反过来以声速、时间测量距离，这在物理学理论匮乏的古代至为宝贵。具有声学特性的建筑
声在具有特殊的传声结构的建筑中，会产生特别的效果。这是因为某种建筑系统可以造成反射、共振等声学效应。中国古代具有声学效果的建筑，史录、实物两方面都有典例。在明代建成的北京天坛公园中，保存着我国古代建筑声学里光彩夺目的丰碑——回音壁、三音石和圜丘。
天坛公园造于15世纪初年。回音壁是一道圆形的围墙，高约6米，半径约32.5米。围墙内有三座建筑物，靠北边围墙2.5米处的一座叫“皇穹宇”，此外还有两座长方形建筑物。整个围墙砌得整齐光滑，非常适合于声的反射。奇妙的是，如果某乙把耳朵贴近围墙，甲在相距45米左右处紧贴围墙向北对乙说话，乙听起来十分清楚，好像说话的人就在身边一样。如果乙也贴着围墙向北对甲讲话，甲同样能听得很真切。产生这种声学效果的原因，就在于围墙的弧形使得甲或乙发出的声音只要入射角小于22°时，就能够满足所谓的“全反射”条件。连续反射的声音就可以一条折线以较小的能量衰减传到对方的耳中，而受“皇穹宇”其他建筑的散射很小。
三音石是位于围墙正中的一块石头。它在皇穹宇通往围墙南大门的石路上，是从皇穹宇的石阶上下来往南数的第三块。据说站在三音石上鼓掌一次，听到的回响可达三次，甚至多达五六次。这是因为三音石的位置正好处在围墙的中心，掌声等距离地传到围墙，又等距离地被反射回来，于是站在中心的人便听到第一声回响；这个声波再在对面方向传播，碰到围墙后又“弹回来”，在中心就能听到第二响。如此往返不停，便能听到第三响、第四响，直到五六响之后，声波的能量也会衰耗殆尽，这时人就难以察觉出来了。
圜丘是一青石和大理石砌成的圆形平台，具有良好的反射性能，平台最高层离地约5米，半径约11.5米。除了东、南、西、北四个出入口处，四周全用青石栏杆围住。事实上，平台实际并不平，台面的中心略高，四周则微呈向后倾斜的坡度。如果有人站在台的中央叫喊一声，他听到的本人的声音就会比平时响亮；如果是两个人对谈，也有相同的感觉。这也是因建筑的方式产生了奇妙的反射效果。由台中心发出的声音，遇到了石栏杆，一部分被反射到栏杆附近稍有倾斜的台面上，再由台面反射到台中心。因为时间短促，回声和原来的声音混合在一起。耳朵分辨不出，就觉得比平时要响得多。圜丘声音反射示意图
回音壁、三音石和圜丘集中出现在天坛，而且同进具有奇妙的声
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