十二平均律 (英語 :12 equal temperament),又稱十二等程律 ,音樂律式 的一種,也是當今最主流的律式。將一個八度 平均分成十二等份,每等分稱為半音 ,音高八度音指的是頻率乘上二倍。八度音的頻率分為十二等分,即是分為十二項的等比數列 ,也就是每個音的頻率為前一個音的2的12次方根 倍:
其近似值約為
2
12
=
2
1
12
≈
{\displaystyle \,{\sqrt[{12}]{2}}=2^{\frac {1}{12}}\approx \,}
1.0594630943593
{\displaystyle 1.0594630943593}
倍。
歷史
西蒙·斯特芬 作于 1605年左右的手稿 Van de Spiegheling der singconst
公元400年左右,中国南朝 数学家何承天 提出世界历史上最早有记载的十二平均律数列 900 849 802 758 715 677 638 601 570 536 509.5 479 450(原文:……黄钟长九寸,太簇长八寸二厘,林钟长六寸一厘,应钟长四寸七分九厘强)[ 1] 。
意大利的物理学家伽利略·伽利莱 的父亲溫琴佐·伽利萊 曾试图解决十二平均率问题,但他用的倍率是18:17,而不是
2
12
{\displaystyle {\sqrt[{12}]{2}}}
,因此自乘12次后只得1.98556,不是2,他的系统只可算近似十二音阶平均律[ 2] 。
1605年荷兰数学家西蒙·斯特芬 在一篇未完成的手稿“Van de Spiegheling der singconst”[ 3] 提出用
1
/
2
12
{\displaystyle {\sqrt[{12}]{1/2}}}
计算十二平均律,但因计算精度不够,他算出的弦长数字,有些偏离正确数字一至二单位之多[ 4] 。
西蒙·斯特芬的弦长表[ 5] :
音
弦 10000
比率
正确的弦长
半音
9438
1.0595465
9438.7
全音
8909
1.0593781
1.5 音
8404
1.0600904
8409
2 倍全音
7936
1.0594758
7937
2.5 音
7491
1.0594046
7491.5
3 音
7071
1.0593975
7071.1
3.5 音
6674
1.0594845
6674.2
4 音
6298
1.0597014
6299
4.5 音
5944
1.0595558
5946
5 音
5611
1.0593477
5612.3
5.5 音
5296
1.0594788
5297.2
八度
1.0592000
西蒙·斯特芬的频率比,每音一率,且各不相同,这是不正确的[ 6] 。
朱載堉发明十二平均律
中國明代音樂家朱載堉 於萬曆十二年(1584年)首次提出「新法密率 」(見《律呂精義 》、《樂律全書 》),推算出以比率
2
12
{\displaystyle {\sqrt[{12}]{2}}}
將八度音等分為十二等分的算法,並製造出十二平均律律管及律準,是世界上最早的十二平均律樂器。他用九九八十一位算盘计算出来准确到25位数字新法密率为:
律名
比率
正黄钟
1.000000000000000000000000
倍應鍾
1.059463094359295264561825
倍無射
1.122462048309372981433533
倍南呂
1.189207115002721066717500
倍夷則
1.259921049894873164767211
倍林鍾
1.334839854170034364830832
倍蕤賓
1.414213562373095048801689
倍仲呂
1.498307076876681498799281
倍姑洗
1.587401051968199474751706
倍夾鍾
1.681792830507429086062251
倍太蔟
1.781797436280678609480452
倍大呂
1.887748625363386993283826
倍黃鐘
2.000000000000000000000000
朱載堉首创十二平均律乐器
朱載堉 为了验证所创的十二平均律理论,计算出所需的长度和律管内径,特选用上等竹子,按数据截取所需的长度,按数据镟出内径,分别创制世界上最早的十二平均律律管36根,分别为新法密率倍率管12根、正律管12根和半律管12根[ 7] 。选上好竹子制造,金门竹、班竹或紫竹都可,而當時朱載堉採用的是江南出产的笔管竹。
倍率黄钟管的内径取为五寸,下一根竹管的内径为上根竹管的直径除以
2
24
{\displaystyle {\sqrt[{24}]{2}}}
:
樂器尺寸
十二平均律倍律管
十二平均律正律管
十二平均律半律管
律数
律名
长度
内径
1 倍律
黃鐘
2.0000 尺
0.500 尺
2 倍律
大呂
1.8877 尺
0.485 尺
3 倍律
太蔟
1.7818 尺
0.471 尺
4 倍律
夾鍾
1.6818 尺
0.458 尺
5 倍律
姑洗
1.5874 尺
0.445 尺
6 倍律
仲呂
1.4983 尺
0.432 尺
7 倍律
蕤賓
1.4142 尺
0.420 尺
8 倍律
林鍾
1.3348 尺
0.408 尺
9 倍律
夷則
1.2599 尺
0.396 尺
10 倍律
南呂
1.1892 尺
0.385 尺
11 倍律
無射
1.1224 尺
0.374 尺
12 倍律
應鍾
1.0594 尺
0.363 尺
1 正律
黄钟
1.0000 尺
0.353 尺
2 正律
大呂
0.9439 尺
0.343 尺
3 正律
太蔟
0.8909 尺
0.333 尺
4 正律
夾鍾
0.8409 尺
0.324 尺
5 正律
姑洗
0.7937 尺
0.314 尺
6 正律
仲呂
0.7491 尺
0.306 尺
7 正律
蕤賓
0.7071 尺
0.297 尺
8 正律
林鍾
0.6674 尺
0.288 尺
9 正律
夷則
0.6299 尺
0.280 尺
10 正律
南呂
0.5946 尺
0.272 尺
11 正律
無射
0.5612 尺
0.264 尺
12 正律
應鍾
0.5297 尺
0.257 尺
1 半律
黃鐘
0.5000 尺
0.250 尺
2 半律
大呂
0.4719 尺
0.242 尺
3 半律
太蔟
0.4454 尺
0.235 尺
4 半律
夾鍾
0.4204 尺
0.229 尺
5 半律
姑洗
0.3968 尺
0.222 尺
6 半律
仲呂
0.3745 尺
0.216 尺
7 半律
蕤賓
0.3535 尺
0.210 尺
8 半律
林鍾
0.3337 尺
0.204 尺
9 半律
夷則
0.3150 尺
0.198 尺
10 半律
南呂
0.2973 尺
0.192 尺
11 半律
無射
0.2806 尺
0.187 尺
12 半律
應鍾
0.2648 尺
0.181 尺
倍率黄钟管的内径取为五寸,下一根竹管的内径为上根竹管的直径除以
2
24
{\displaystyle {\sqrt[{24}]{2}}}
。
十二平均律准
朱載堉 依他對十二平均律所發明的新法密率理論,创制一種律准。用桐木制作,琴身厚四分,张琴弦12根,琴底藏一根黄钟律管,用来定黄钟[ 8] 。
朱載堉12弦十二平均律准
按第 1 弦为 黃鐘 与本弦 散声 应
按第 2 弦为 大呂 与本弦 散声 应
按第 3 弦为 太蔟 与本弦 散声 应
按第 4 弦为 夾鍾 与本弦 散声 应
按第 5 弦为 姑洗 与本弦 散声 应
按第 6 弦为 仲呂 与本弦 散声 应
按第 7 弦为 蕤賓 与本弦 散声 应
按第 8 弦为 林鍾 与本弦 散声 应
按第 9 弦为 夷則 与本弦 散声 应
按第 10 弦为 南呂 与本弦 散声 应
按第 11 弦为 無射 与本弦 散声 应
按第 12 弦为 應鍾 与本弦 散声 应
十二平均律准
十二平均律准
十二平均律准
十二平均律准
十二平均律准
十二平均律准
十二平均律准
十二平均律准
十二平均律准
十二平均律准
十二平均律准
十二平均律准
十二平均律准
十二平均律准
歐洲的十二平均律
16世纪末叶中外交通方兴未艾,1580年开始,明朝广东承宣布政使司 每两年在广州举办一次为时数周的交易会,届时东西商人和传教士會交流货物和思想;[ 9] 朱載堉刊行十二平均律学说之时,正值耶稣会意大利传教士利马窦 来华之时,利马窦在其私人日记里提到朱載堉的历法新理论,利马窦本人又是精通天文学和数学,很可能知道朱載堉用
2
12
{\displaystyle {\sqrt[{12}]{2}}}
来解决春分与夏至三个月之间的比率:无独有偶,利马窦还是法国位居高位的科学家马兰·梅森 (Pere Marin Mersenne)的朋友,他们有共同的学术兴趣,因此卓仁祥認為,在他们交往过程中,利马窦将朱載堉获得的
2
12
{\displaystyle {\sqrt[{12}]{2}}}
=1.059463094359295264561825 传达给梅森。1638年梅森出版《和谐音概论 》,书中在西方世界第一次出现1.059463 这个数字,在此之前西方无人知道这个数字[ 2] 。
十九世纪德国物理学家赫尔曼·冯·亥姆霍兹 在所著的论音感一书中写道:“中国有一位王子名叫載堉,力排众议,创导七声音阶。而将八度分成十二个半音的方法,也是这个富有天才和智巧的国家发明的”[ 10] 。1890年布鲁塞尔皇家音乐博物馆馆长 Victor Charles Mahillon 按朱載堉十二平均律律管数据,复制了一套律管,经过测试之后,他写道:“关于乐管的管径,我们毫无所知,中国人比我们知道的多得多。我们按王子載堉的数据复制了一套律管,测试结果表明他的理论的准确性”[ 11] 。
十二平均律流行世界
德国作曲家 巴赫 於1722年發表的《平均律键盘曲集 》(Das Wohltemperierten Klavier,中文意思是「完美調音的鍵盤樂器」),雖然現代中文翻譯為「平均律」,但可能並不是為使用十二平均律的鍵盤樂器而著。十二平均律的德文是Gleichschwebende Temperatur,而不是Wohltemprierte。平均律的英文是Equal Temperament,Temperament是Temper(調律)的動詞,因為百餘年來歐美各國的調律都採十二平均律,故現在習慣以Temperament表示十二平均律。
James Murray Barbour (1897, 3, 31 - 1970, 1, 04) 研究「調律技術演進史」,認為1842年由英國樂器製造廠Broadwood找到十二平均律的調律法,十二平均律才能普及。[ 12] 巴赫的鍵盤樂器则是使用他的学生,音乐理论家Johann Philipp Kirnberger 綜合中庸全音律 與五度相生律 的原理,所發明的調律法。
历史上各种十二平均律的音分
年份
人名
比率
音分
400
何承天
1.060070671
101.0
1580
伽利略·文森佐
18:17
99.0
1581
朱載堉
1.059463094
100.0
1585
西蒙·斯特芬
1.059546514
100.1
1630
马兰·梅森
1.059322034
99.8
1630
Johann Faulhaber
1.059490385
100.0
朱載堉显然是历史上最先获得准确的100音分 半音十二平均律的人;半世纪之后德国数学家Johann Faulhaber也获得了准确的100音分。
十二平均律表
將主音設為a1(440Hz),來計算所有音的頻率,結果如下 (为计算过程更清晰,分数不进行约分) :
音程名稱
間隔半音數
十二平均律的倍數
頻率
纯一度(A1 )
0
2
0
=
1
{\displaystyle 2^{0}=1\,}
440
×
1
=
440
{\displaystyle 440\times 1=440\,}
增一度/小二度(A♯1 /B♭1 )
1
2
12
=
2
1
12
≈
1.0594630943592952645618252949463
{\displaystyle {\sqrt[{12}]{2}}=2^{\frac {1}{12}}\approx 1.0594630943592952645618252949463}
440
×
2
1
12
≈
466.1637615180899164072031297762
{\displaystyle 440\times 2^{\frac {1}{12}}\approx 466.1637615180899164072031297762}
大二度(B1 )
2
2
6
=
2
2
12
≈
1.1224620483093729814335330496792
{\displaystyle {\sqrt[{6}]{2}}=2^{\frac {2}{12}}\approx 1.1224620483093729814335330496792}
440
×
2
2
12
≈
493.8833012561241118307545418586
{\displaystyle 440\times 2^{\frac {2}{12}}\approx 493.8833012561241118307545418586}
小三度(C )
3
2
4
=
2
3
12
≈
1.1892071150027210667174999705605
{\displaystyle {\sqrt[{4}]{2}}=2^{\frac {3}{12}}\approx 1.1892071150027210667174999705605}
440
×
2
3
12
≈
523.2511306011972693556999870466
{\displaystyle 440\times 2^{\frac {3}{12}}\approx 523.2511306011972693556999870466}
大三度(C♯ )
4
2
3
=
2
4
12
≈
1.2599210498948731647672106072782
{\displaystyle {\sqrt[{3}]{2}}=2^{\frac {4}{12}}\approx 1.2599210498948731647672106072782}
440
×
2
4
12
≈
554.3652619537441924975726672023
{\displaystyle 440\times 2^{\frac {4}{12}}\approx 554.3652619537441924975726672023}
纯四度(D )
5
32
12
=
2
5
12
≈
1.3348398541700343648308318811845
{\displaystyle {\sqrt[{12}]{32}}=2^{\frac {5}{12}}\approx 1.3348398541700343648308318811845}
440
×
2
5
12
≈
587.3295358348151205255660277209
{\displaystyle 440\times 2^{\frac {5}{12}}\approx 587.3295358348151205255660277209}
增四度/減五度(D# /E♭ )
6
2
=
2
6
12
≈
1.4142135623730950488016887242097
{\displaystyle {\sqrt {2}}=2^{\frac {6}{12}}\approx 1.4142135623730950488016887242097}
440
×
2
6
12
≈
622.2539674441618214727430386522
{\displaystyle 440\times 2^{\frac {6}{12}}\approx 622.2539674441618214727430386522}
纯五度(E )
7
128
12
=
2
7
12
≈
1.4983070768766814987992807320298
{\displaystyle {\sqrt[{12}]{128}}=2^{\frac {7}{12}}\approx 1.4983070768766814987992807320298}
440
×
2
7
12
≈
659.2551138257398594716835220930
{\displaystyle 440\times 2^{\frac {7}{12}}\approx 659.2551138257398594716835220930}
小六度(F )
8
4
3
=
2
8
12
≈
1.5874010519681994747517056392723
{\displaystyle {\sqrt[{3}]{4}}=2^{\frac {8}{12}}\approx 1.5874010519681994747517056392723}
440
×
2
8
12
≈
698.4564628660077688907504812795
{\displaystyle 440\times 2^{\frac {8}{12}}\approx 698.4564628660077688907504812795}
大六度(F# )
9
8
4
=
2
9
12
≈
1.6817928305074290860622509524664
{\displaystyle {\sqrt[{4}]{8}}=2^{\frac {9}{12}}\approx 1.6817928305074290860622509524664}
440
×
2
9
12
≈
739.9888454232687978673904190852
{\displaystyle 440\times 2^{\frac {9}{12}}\approx 739.9888454232687978673904190852}
小七度(G )
10
32
6
=
2
10
12
≈
1.781797436280678609480452411181
{\displaystyle {\sqrt[{6}]{32}}=2^{\frac {10}{12}}\approx 1.781797436280678609480452411181}
440
×
2
10
12
≈
783.9908719634985881713990609195
{\displaystyle 440\times 2^{\frac {10}{12}}\approx 783.9908719634985881713990609195}
大七度(G# )
11
2048
12
=
2
11
12
≈
1.8877486253633869932838263133351
{\displaystyle {\sqrt[{12}]{2048}}=2^{\frac {11}{12}}\approx 1.8877486253633869932838263133351}
440
×
2
11
12
≈
830.6093951598902770448835778670
{\displaystyle 440\times 2^{\frac {11}{12}}\approx 830.6093951598902770448835778670}
纯八度(A )
12
2
1
=
2
{\displaystyle 2^{1}=2\,}
440
×
2
=
880
{\displaystyle 440\times 2=880\,}
其中
2
12
=
2
1
12
≈
{\displaystyle \,{\sqrt[{12}]{2}}=2^{\frac {1}{12}}\approx \,}
1.0594630943593
{\displaystyle 1.0594630943593}
≈
18
17
=
1.05882
{\displaystyle \approx {\frac {18}{17}}=1.05882}
99 音分
≈
107
101
=
1.05941
{\displaystyle \approx {\frac {107}{101}}=1.05941}
99.9 音分
≈
11011
10393
=
1.05946310
{\displaystyle \approx {\frac {11011}{10393}}=1.05946310}
100 音分
參考文献
引用
^ J. Murray Barbour Tuning and Temperament p55-56, Michigan State University Press 1951
^ 2.0 2.1 美國北德克薩斯大學音樂學院教授 卓仁祥. 《從文化史角度看十二平均律的發現》 . 星海音樂學院學報. 2010年, (2期) [2019-11-12 ] . (原始内容存档 于2020-02-18).
^ Simon Stevin Van de Spiegheling der singconst (页面存档备份 ,存于互联网档案馆 ) 2009-6-30
^ Thomas S. Christensen, The Cambridge history of western music theory p205, Cambridge Univerity Press
^ 卓仁祥:《东西方文化视野中的朱載堉及其学术成就》,第十章,2009年,中央音乐学院出版社,151页。ISBN 978-7-81096-325-1
^ 卓仁祥:《东西方文化视野中的朱載堉及其学术成就》,第十章,2009年,中央音乐学院出版社,152页,ISBN 978-7-81096-325-1
^ 朱載堉 维基文库 中的相關文獻:《乐律全书》卷八 第五至第九页
^ 朱載堉《乐律全书》卷八 《律学新说》
^ Thomas Christensen. The Cambridge History of Western Music Theory . Cambridge University Press. 20 April 2006: 205 [2019-11-12 ] . ISBN 978-1-316-02548-2 . (原始内容存档 于2020-02-18).
^ Hermann Von Helmholtz, On the Sensations of Tone as a Physiological basis for the theory of music , p 258, 3rd edition, Longmans, Green, and Co., London, 1895
^ 劳汉生 《珠算與實用算術》,2010年,河北科學技術出版社,389页,ISBN 9787537518918
^ Barbour, James Murray, Tuning and temperament, a historical survey, East Lansing, Michigan State College Press, 1953
来源
李約瑟 :《中國科學技術史》第四卷第一分册
Robert Temple:The Genius of CHINA (李約瑟《中國科學技術史》的濃縮本)
戴念祖:《朱载堉———明代的科学和艺术巨星》
程貞一 著,王翼勳 譯:《黃鐘大呂:中國古代和十六世紀聲學成就》(上海:上海科技教育出版社,2007)。
Cho, Gene Jinsiong. (2003). The Discovery of Musical Equal Temperament in China and Europe in the Sixteenth Century. Lewiston, NY: The Edwin Mellen Press.
参见