除夕之夜，一阵阵钟声在北京西北郊的上空回荡。在这座象征天圆地方的大钟楼，人们通过隆重的敲钟活动，抒发惟愿国泰民安的美好心愿。108响代表“吉祥、崇高”的钟声从古延续至今，记录了岁月的变迁，也引发了人们对古代科技的无限遐想。
据明人蒋一葵《长安客话》记述，昔日的永乐大钟，日供六僧击之，“昼夜撞击，声闻数十里，其声宏宏，时远时近，有异他钟”。声学专家对永乐大钟进行了测音，来探寻这美妙钟声的奥秘。
一套大钟钟声的测量记录系统，里面是声级计，声级计上面是麦克风。把声音接到声级计然后从表针的摆动可以看到声级的大小。通过导线把声信号传到数字录音机。记录下大钟的声音信号后，回去用频谱分析的方法可以把大钟声音的频率特性计算出来，比如说这个大钟含有什么频率成分？它的大小是多少？它的基频是什么？哪些是大钟钟声中主要的可听声音等等。在进行FFT（频率—幅度关系）分析以后，声学专家得到了钟声所包含的频率，最低16～22赫兹，这就是频率的基频了。因为每个钟，每个发声体都有一个最基本的振动模式。也就是说永乐大钟在可听声部分非常丰富，从50多赫兹到200多赫兹，其中中间频率非常丰富，而且这些频率与音乐中的音名相对应，所以听起来很好听、很和谐。声音还有拍频现象，就是听起来时远时近、时大时小、时高时低。
比如129赫兹时发出的声音和C3即“哆来咪”的“哆”一样，164赫兹时就和E3即“哆来咪”的“咪”相同。真是令人惊叹不已。
永乐大钟的钟声轻击时圆润、深沉、古雅，重击时浑厚、洪亮、庄严，如此美妙绝伦的钟声是怎么形成的呢？
从外表上可以明显看出，这口大钟的钟壁上下不一样厚，钟腰部位的厚度是94毫米，而钟口部位的壁厚竟是185毫米。测音表明，不同厚度的各个部位，各会产生相应的频率振动，发出不同的声音，而这众多分音的汇集就是一首雄伟的交响曲。
加上永乐大钟合理的合金成分比率，幽雅钟声的出现就不是偶然的了。明永乐大钟的成分是含铜80.5%、锡16.4%、铜1.12%及少量其他元素，当含锡量在16%左右就使钟体强度、韧度适度，可以保持钟声振动的持续性，若含锡量过多或太少都会使钟声的余音减短，那么就无法欣赏到永乐大钟声闻数十里的悠长钟声了。
同时还发现，永乐大钟的正下方，有一个直径4米、深0.7米的八角型地坑，它不单给人们仰视大钟内壁提供了方便，更有为钟声散音的功能，与现代舞台前乐池的声学作用异曲同工。
三管齐下方才造就了永乐大钟举世无双的完美音质。那么，明朝的能工巧匠如何能攻下一道道难关，设计出这令人叫绝的声场的呢？
首先，中国古钟千百年来的发展脉络有其自成一派的风格样式。中国钟的基本形状是钟身高度与口径之比在1：0.7左右，西洋钟则在1：1左右。“做一天和尚撞一天钟”的成语道出了中国钟用钟杵从外壁敲击的方式，而西洋钟用钟舌从内部敲击，因而发出的声音比中国钟更加急促、高昂。中国的历代古钟都遵循这一特征而量身定做。永乐大钟也不例外。
通过物理分析，钟声产生于撞钟引起的振动，而钟声的强弱、高低、音色主要取决于钟体的形状和材质。早在《周礼·考工记》中就有记载，“钟已厚则石，已薄则播”，“钟大而短，则其声疾而短闻，钟小而长，则其声舒而远闻”。由此可见我国春秋战国时代就已指出了钟壁厚则钟声沉闷，反之清脆。钟体短而口径大则钟声消失得比较快，反之悠长。
永乐大钟上端闭塞、下端钟口开放，形成钟顶小、钟腰细、钟身长、钟口外张似喇叭。当撞击时，引起钟声振动，使各分音的频率恰当，产生拍频现象，也是这一历史法则沿袭的结果。
《周礼·考工记》“六齐”还明确指出合金配比“六分其金而锡居一，谓之钟鼎之齐”，意思说铸造钟鼎的铜和锡之比可以解释为5：1或6：1，其含锡量占16.7%～14%。成分分析的结果告诉我们，永乐大钟的合金成分比率与“六齐”所述大致相符。可见古人对锡量的运用以及冶炼技术已达到了相当高的水平。
从举世瞩目的战国曾侯乙编钟到独一无二的永乐大钟，时光走过了两千载，而铸钟工艺更是达到了炉火纯青的地步。这些声学上的成就，不禁使人联想起我国历史上的又一声学佳作——天坛的回音壁，永乐大钟正是与它同时代的产物，我国不仅是四大发明的故乡，在历史上，声学也早就居于世界领先地位。
今天，在高楼林立的京城深处，永乐大钟静静伫立于大钟寺古钟博物馆。人们已很难在城市的喧嚣中听到那曾经声闻数十里的美妙钟声。每逢国之盛典、重大节庆之时，那雄浑的钟声仍会定时回响在喧闹的城市上空，给现代人类送去悠远的历史祝福。
（范文含）