青铜编钟的科技考古初探

老子说:“大声音是听得见的。”但是，这只是一个哲学范畴中的意境。如果所有从最伟大到最美的声音都是建立在寂静的基础上，那么世界上的“音乐”这个词是什么？在中国古代，“黄陆”是音乐的追求！

？说到《黄仲达录》，自然要提到演奏音乐的媒介——乐器。

说到中国古代乐器，就不得不说青铜乐器，其中青铜编钟尤为吸引人。

青铜编钟发展历史概述

(1)起源时期(西周以前)

现在普遍认为，原始时代就有了钟的雏形，是用竹子和木头做的。考古发现证明，最原始的钟是由陶器制成的，其最重要的特点是有空腔截面，呈非圆形。青铜编钟的真正起源是二里头遗址出土的青铜钟(约公元前2100年)。[2]因其“瓦形”结构，符合中国编钟的基本特征。真正意义上的青铜编钟是江西新干大洋洲商人墓中发现的最早的编钟[3]但当时并不流行。

？

图一。二里头出土的两只铜钟。

盛世(西周至战国)

作为青铜编钟的三种形式之一(另外两种是雍钟和钮钟)，是春秋战国时期。[4]考古发现，陕西眉县出土的三件属于西周中期，而[5]是一套较为完整的出土件。最早的永中起源于陕西宝鸡文保墓。学术界有“南来”、“北来”、“南北交流”等几种说法，其中“南来”最有说服力。由于其特殊的结构，模制钟通常被悬挂、侧挂或直接悬挂。这有利于《永中》的编纂和使用。[6]晋侯编钟制作于周厉王时期，反映了雍钟在西周时期的发展演变。[7]最早的纽扣钟是河南单县郭王墓出土的一组九个，属于西方周末至春秋早期。[8]

图二。江西新干大洋州商墓出土的土钟。

最壮观的一套青铜编钟是1978年湖北随县曾侯乙墓出土的战国早期编钟。编钟共65套，其中雍钟45件，钮钟19件，楚王赠编钟1件。【9】是迄今为止旋律最完整、铸造最精良的青铜编钟。每个时钟可以发出两种音调。[10]

图3。湖北睢县出土的曾侯乙编钟。

这个时期是编钟从成熟到流行的黄金时期，是名副其实的盛世。

衰落期(秦汉至清代)

曾云，孔子:“克己复礼”。这在一定程度上说明，到了春秋时期，周礼已经有所破坏。到了战国末期，礼真的破了。这一时期贵族对礼乐制度的逾越，不仅使青铜编钟有了很大的发展，也为其兴衰奠定了基础。[11]

秦汉时期，周朝以来的礼乐制度彻底崩溃，编钟发展的鼎盛时期结束，双音钟的生产失传。[12]

虽然后来的朝代试图恢复周礼的古老制度，例如为优雅的音乐制作钟和钹，但它们不能与先秦时代的青铜编钟相提并论。比如清朝制造的编钟，没有一个是符合法律的。[13]由此可见青铜编钟是如何衰落的！

青铜编钟的声学原理

几年前，上海的电视台举办家庭歌唱比赛，获得冠军的家庭最终采用了一种独特的伴奏形式——碗琴。碗琴的音高与加水量有关。当碗中加入不同量的水时，碗中剩余的空气量是不同的。【14】这样就可以敲击出不同的声音，音阶变化，产生美妙的音乐。同理，编钟也是利用类似的声学原理，只是材料和制作工艺不同。

青铜编钟的声学原理无疑比碗琴复杂得多。总结起来主要有三点:1，钟形结构的特殊性。

由于编钟为瓦形结构，其发音机理是弯曲板的振动，可以产生两种模式的基频振动，使得一个钟有两个音成为可能。[15]沈松·阔·曾云:“古乐铃圆如瓦。圆铃长，平铃短，短铃短，长铃曲。”可以认为是对编钟瓦特殊结构的肯定。[16]

图4。永中各部分名称描述。

2.钟体各部分几何刻度的特殊性。

？编钟主体的尺寸与声学特性密切相关。编钟的振动频率可以通过调节钟体的铣削长度和厚度来改变。【17】以曾侯乙编钟为例，测得其调音铃频为256.4Hz，接近当今钢琴上的中央C频。[18]

3.钟表合金成分的特殊性。

？编钟的合金成分在先秦《考公基》中略有记载:“其金六分(即铜)，锡占一分。”【19】以曾侯乙编钟为例，含锡量为12%-14.5%。铅含量为1%-3%，其余为铜和少量杂质。含锡量低于13%时，音色单调尖锐；含锡量在13%-16%时，音色饱满悦耳。加不加铅直接影响铃铛的传导。铅可以很好的起到阻尼作用，加速铃的衰减，有利于演奏而不影响音色。[20]

青铜编钟的铸造工艺

前面提到，青铜编钟的合金成分与发音有关。正确的合金比例是编钟铸造技术成功的关键之一。如前所述，《考公基》云:“金有六气，其金锡六分占一，谓之中鼎之气。”[21]含锡量为七分之一，即14.3%，说明当时的铸造技术是标准化的。另外，我国各地出土的青铜编钟，都是用分铸法铸造的。[22]现代科学鉴定表明，以曾侯乙墓出土的各种青铜器为例，其制造技术大致有泥铸、分铸、软焊、钎焊、雕刻、镶嵌、铆接、熔模铸造等铸造技术。[23]

青铜编钟的理化分析和年代测定方法

物理和化学分析

？根据陈铁梅《科学技术考古学》一书第五章《冶金考古概述》，研究铜钟等金属文物的方法主要有四种，简述如下:

化学成分测量；

？在20世纪中叶之前，传统的湿化学定量分析方法用于测量化学成分。随着分析仪器的发展，常用的仪器有:原子发射光谱仪(AES)；

原子吸收光谱仪(AAS)；

x射线荧光光谱仪；

电子探针(EPMA)；

电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)和中子活化分析(INAA)。[24]

微观结构观察；

？青铜制品的机械性能是由其合金的显微组织决定的。用于观察和研究的仪器主要包括:

固体显微镜；

图5，固体显微镜

光学金相显微镜；

？图6，光学金相显微镜

电子显微镜。[25]

图7，电子显微镜

相位分析；

？利用青铜制品表面产生的腐蚀产物进行矿物相分析，主要方法如下:

x射线衍射光谱仪；

红外吸收光谱仪(IRAS)和傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)；

激光拉曼光谱仪。[26]

铅同位素分析。

测量铅同位素比值的仪器主要是质谱仪。[27]

纪年法

由于青铜器的特殊性质，很难确定它们的年代。目前，青铜编钟的年代只能通过间接的方法来确定。例如，个别青铜编钟上可能残留有粘土或砂质铸造模具，因此热释光测年可以用来确定青铜的生产年代。[28]

目前很多研究所都在做青铜器直接断代的研究。我们有理由乐观地认为，在不久的将来，编钟等青铜制品将有可能实现直接断代。

计算机和数学在青铜编钟考古中的应用

如今，计算机的应用方兴未艾。以青铜编钟为例，在考古中应用广泛，有计算机模拟和发掘登记。制图中的计算机技术；问题的计算机模拟；信息的计算机管理等等。[29]如2007年湖北省博物馆在其馆藏编钟修复过程中，将编钟的原声采集到电脑中，恢复原声成为青铜编钟修复的新标准。[30]

此外，数学在考古学中的应用也很普遍，如:考古学中的数学模型；数理统计在考古学中的应用:模糊数学在考古学中的应用:系统论在考古学中的应用。[31]

？标签

？到2017，人类的新兴技术层出不穷。今天，人工智能已经打败了人类围棋高手。AR、VR等技术不断更新。随着3D技术的成熟，谁说青铜编钟以后不能用3D技术修复或复制？如上所述，越来越有可能实现编钟等青铜制品的直接断代。可以预见，各种新技术将被应用到青铜编钟的考古中，人类将合理应用各种新技术，解决我们祖先智慧的诸多谜题，造福今世后代。也许，这就是我以铜钟为例讨论科学考古意义的目的。

参考

[1]王欣，中国古代乐器[M]，北京:中国商务印书馆，2015，P6。

[2]蒋定穗，中国古代编钟概论[J]，中国音乐，1995，(1)P17。

[3]关小武，青铜编钟的发展[J]，中国科学技术史料，2001，(1)，P39。

[4]同[3]，第39页

[5]同[3]，第39页

[6]同[3]，第39页

[7]同[3]，第40页

[8]方建军，地下音乐文本解读——方建军音乐考古文集[M]，

上海:上海音乐学院出版社，2006，P259。

[9]许勤，中国古代物质文化-乐器[M]，北京:明凯出版社，2015，P125。

[10]同[3]，第40页

[11]同[3]，第40页

[12]与[2]相同，第20页

[13]与[2]相同，第20页

[14]清贝贝，新浪博客-妙碗秦[OL]

[15]刘玉堂，曾侯乙编钟与中国古代艺术和科技成就[J]，武汉大学学报(人文版)，59卷(5)，P597。

[16](宋)沈括著，笔谈-卜笔谈第1卷[M]，上海:上海古籍出版社(2013)，P278。

[17]与[15]相同，P597

[18]吴，音乐中的科学[M]，北京:高等教育出版社，(2012)，P64。

[19]文，考注[M]，上海:上海古籍出版社，(2008)，P41。

[20]同[15]，P597

[21]同[19]，P41。

[22]同[2]，P18。

[23]同[15]，P596。

[24]陈铁梅，科学技术考古学[M]，北京:北京大学出版社，(2008)，p 111-114。

[25]同[24]，P114-120。

[26]同[24]，P121-125。

[27]同[24]，P126-139。

[28]同[24]，P126。

[29]潘，科学技术在考古中的应用——文物理化分析PPT-5[EB]，P57

[30]胡嘉熙等，矫形定位装置及其在青铜编钟修复中的应用[J]，文物修复与研究，2009(00)，P1。

[31]与[29]相同，P58

文中图片均来自网络。