管乐器

管乐器发音原理

管乐器都是以管内或腔内空气振动来发声，但如何使空气振动起来，即所谓激励方式，不同的乐器之间有所区别。总体上可归纳为三大类：边棱音激励、簧片激励和唇激励振动。

所有管乐器的演奏，首先都是由不同的激励方式带动管乐器内的空气柱产生振动，然后通过各种调控机件改变空气长度、强度和持续时间，从而使管乐器有了音高、音强和音长的变化。埙的共振体比较特殊，他不是管，而是腔。它的音高变化主要是通过腔体的空气容积决定。此外，影响管乐器音色的因素较为复杂，最基本的因素来自于激励方式、乐器材料和开管闭管类型。

为了便于阐述下面一些问题，先解释一下耦和一词。

耦和

一般情况下，管乐器的激励声源的振动频率（如边棱音的频率、簧片的频率和嘴唇的频率）与管乐器内空气柱的振动频率并不一致，前者的频率受气的强度、喷射角度以及振动体的质量的影响，后者则取决于管体的长度或体积的大小。当激励声源的振动激发起空气柱振动时，二者在振动频率上会发生相互调制，这一调制过程就称为耦和。在耦和过程中，空气柱的振动频率起主导作用，这一点其它乐器有很大差异。对弦乐器或大部分打击乐器来说，激励声源的音高就是所发出的音高，例如小提琴来说，琴弦是激励声源，那么琴弦的振动频率就决定了这把小提琴的音高。琴箱只是起扩大音量的作用。同样，对定音鼓来说，鼓膜是振动源，那么鼓膜的振动频率也就是这架定音鼓的音高。而管乐器却不然，它的音高绝大多数情况不是由激励体来决定，而是由共振体--管子的长度来决定。激励体所起作用，主要是让共振体内的空气柱振动起来。

1、边棱音管乐器。以边棱音作激励声源的管乐器，称为边棱音管乐器。常见的边棱音管乐就是长笛、短笛、竹笛、箫、埙。

当一股气流以一定速度射向一个带有尖锐边缘的管子入口时，气流就会被分为两股，形成上下两个分离的气体涡漩，涡漩之间产生空吸，导致相互碰撞。如果气流不断，涡漩之间的碰撞也就会持续下去，涡漩碰撞发出的声音就称为边棱音。边棱音的作用在我们生活中屡见不鲜，例如体育老师的哨子，普通人吹口哨，笛子和箫的发声以及人的歌唱，都与边棱音发生紧密的联系。

边棱音的频率变化，关键取决于气流以边棱喷射角度。在边棱音产生的许可范围内（要根据边棱角的情况而定），角度越大，频率越高。这是因为射流的角度越大，边棱音处涡漩的碰撞次数就越多。频率就越高。

在一定条件下，流速越快，对边棱音施加的为越大，振幅越大。流速加快会引起超吹现象（即抑制了基频，突出了某一泛音）。如果流压过强，使管内气压大于气压力，就会失去边棱音效应而导致哑音。

在音色特点上，单纯的边棱音是一种很弱的、嘶嘶的声音，本身发出的声响很小，而且含有较多的高频噪声，只有通过共鸣腔体的的耦和，声音才会变大，音色变得圆润。我们平时很难听到纯粹的边棱音，是由于边棱音总是同空气柱（或腔）的振动耦和在一起。所以很难单独测定边棱音的音质特性。譬如，当们吹响一根管子，这时产生的声音已经是边棱音和管内空气柱混合发出的声音，边棱音已淹没在其中。

研究边棱音振动与空气柱振动耦合的过程是很有意思的，边棱音激发起共鸣管空气柱的振动，空气柱反过来使边棱音离开自己的固有频率，而以空气柱本身的基音或泛音来发声。只是在边棱音与空气柱频率相差无几时，才会使空气柱振动频率升高或隆低，这就是边棱音乐器的耦和过程。在耦和之前，边棱音比气柱音高1-10倍，在耦和过程中，空气柱不仅将边棱音频率拉低，而且掩盖和削弱了边棱音中不谐和的泛音，使音色富有美感。

所有边棱音管乐器（不包括腔体类），其共鸣管均属开管类，属于八度超吹乐器，也就

是说，在不改变按孔位置的情况下，只要改变射角的流速就可以抑制基音而奏出高八度的泛音。除了运用八度超吹奏法获得第一泛音外，还可用改变仰角轻吹的办法获得第二泛音（即上方八度加纯五度）。第二泛音通称为人工泛音，这种泛音音量很小，但音色纯净，接近纯音。

2、簧管乐器

以簧振动作为激励源的管乐器，称为簧乐器。常见簧乐器如单簧管、双簧管、唢呐、管子、笙，还有葫芦丝。

乐器上的簧，是指用金属或植物制成弹性薄片，一端被夹在共鸣腔体的封口处或簧室内，另一端不固定。当气流通过封口或簧室外时，簧片就会生振动而发声。同边棱音乐器相似，簧片振动产生的声音很小，且含有较多高频噪声，因而通过共鸣腔体的耦和来增大音量，改音色。

从音乐声学角度凌晨，演奏簧管乐器时，音高变化主要由共鸣腔体的长度或休积，以及簧体的体积和质量决定，音量变化主要由气流的速度决定，音色变化主要由演奏者吐气的方试决定。

从振动方式讲，管乐器的簧片有两种，一种是自由振动式簧，如笙、口琴和手风琴中的簧都属于些类。这种簧固定在共鸣管封口和中间，无论进气还是出气，都能激发簧片振动面发声。因此称为自由振动簧片。

另一种是拍打振动簧，如单簧管、双簧管、唢呐等乐器上的簧片均属于此类。这种簧片在管的封口上边。振动时经过平衡点作不等距振动，称为拍打振动。这种簧片只能在进气时激发簧片的振动面发声。

3、唇管乐器。以嘴唇振动作为激励源的乐器称为唇管乐器。常见的唇管乐器有小号、长号、圆号、筒钦（藏族、蒙古大型吹奏乐器）等。

唇管乐器的发声原理是：空气通过双唇间的缝隙喷入号咀时，双唇会产生振动而发声，唇的振动经过共鸣管的耦和得以增强，共鸣管长度的变化可以改变音高和音色，最后通过喇叭型的号口将声音传出。

从理论上讲，唇的振动与簧振动的原理一样，可以把双唇类比为肌肉制成的簧片。演奏管乐器时，音高变化主要由共鸣腔体的长度或休积，以及双唇的形态决定，音量变化主要由气休的速度决定，香色变化主要由演奏者吐气的方式、是否加弱音器等因素决定。

从总的结构讲，唇管乐器大致可分为三个部份，即激励部份（嘴唇），共鸣部份（管体）和控件部份（如按键、弱音器等）。

唇的振动激起号管内空气柱的振动，空气柱的振动频率又反过来调整唇的振动频率，进行耦合。唇振动和空气柱振动的耦合不是自然完成的，需要吹奏者对嘴唇的紧张度进行控制。吹奏低音时，嘴唇（包括整个口腔肌肉）要相对松驰，随着音的不断升高面逐渐绷紧。在这方面，唇振动和簧片有明显区别：唇如同可变张度和劲度的簧，面普通的簧片没有这种可能。

如同簧振动一样，唇的振动也是以横振动为主，它的泛音与基音关系是不皆和的。而空柱以纵振动为主，因此，耦和的过程亦即将横振动转变为比振动的过程，在这个过程中，唇的固有频率被拉低了，削弱了不协和的泛音振幅，突出了谐和的成份，但是横振动仍产生作用，特别是铜管乐器中，横振动所产生高频泛音是金属声色彩形成的原因。

号嘴的作用，主要是固定嘴唇振动的范围。不同音高的唇管乐器，有不同长度和内径的空气柱，而唇的宽和长亦要同空气柱相适应，所以号嘴的内径亦有大、中、小、之分，与不同的管乐器相配合