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。
后夔曲乐图
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。
