八度音和十二等程律
明代萬曆十二年(1584年)朱載堉提出「新法密率」,將Do~八度Do之間十二等分成12個半音,相鄰的半音頻率成固定倍率,這種定音律的方法稱作十二等程律或十二平均律。而朱載堉計算這個倍率的工具可不是現代的計算機而是大算盤,這大算盤有雙排八十一檔7珠共567子(附圖)。他能以珠算計算平方根和立方根,並計算$\sqrt[12]{2}$到小數24位,$\sqrt[12]{2}$近似於1.059463094359295264561825。朱載堉據此製作十二平均律律準和律管,影響西方的鋼琴鍵盤一組八度音有7個白鍵和5個黑鍵。
依照朱載堉的想法,Re的頻率是Do的$\sqrt[12]{2}$倍,Mi的頻率是Re的$\sqrt[12]{2}$倍,Fa的頻率是Mi的$\sqrt[12]{2}$倍,....,Si的頻率是La的$\sqrt[12]{2}$倍,而八度Do的頻率是Si的$\sqrt[12]{2}$倍,十二個半音的頻率成等比數列。
如果Do的頻率是1,則八度Do的頻率是2,將Do~八度Do的頻率列成13項的等比數列,公比是$\sqrt[12]{2}$。
因為等比數列的
第一項是1,第13項是2,且公比是r,則1×r12=2,因此r=$\sqrt[12]{2}$。
頻率的單位是赫茲(Hz),表示每秒幾次週期。如果振動週期是$\frac{1}{10}$秒,則振動頻率是每秒10赫茲,A(La)的頻率是400赫茲。
音名 | C | C# | D | D# | E | F | F# | G | G# | A | A# | B | C |
頻率(Hz) | 262 | 277 | 294 | 313 | 330 | 349 | 370 | 392 | 415 | 440 | 466 | 494 | 524 |
$\sqrt[12]{2}$≒1.06,A#的頻率是A頻率的1.06倍,400×1.06=466(Hz)。
G#的頻率是A頻率的$\frac{1}{1.06}$倍,400×$\frac{1}{1.06}$=415(Hz)。