用各種材料制成的中空的圓柱體,稱為管。一切彈性體質(zhì)在受到外力策動(dòng)時(shí),都能產(chǎn)生振動(dòng),管中的空氣柱也不例外。當(dāng)管中的空氣柱受到激發(fā)后,會(huì)產(chǎn)生縱方向上(與管長(zhǎng)方向一致)的振動(dòng)和橫向的(與管長(zhǎng)垂直)的振動(dòng)。同弦的振動(dòng)相反,因?yàn)榭諝馐沽鲃?dòng)彈性物質(zhì),所以空氣柱振動(dòng)以縱向振動(dòng)為主,決定了振動(dòng)的基頻和一系列泛音的頻率。然而橫向振動(dòng)會(huì)產(chǎn)生高次泛音。正是空氣柱振動(dòng)中不同分量的縱振動(dòng)和橫振動(dòng)的迭加形成了管樂器的不同音色特點(diǎn)。
空氣柱振動(dòng)特點(diǎn)是,管子越長(zhǎng)、越寬(直徑越大),則頻率越低,反之亦然。因此,改變管的長(zhǎng)度和寬度就可以改變空氣柱振動(dòng)的頻率。管樂器上所用的空氣柱因管的結(jié)構(gòu)不同而分為開管與閉管兩種,它們的振動(dòng)特點(diǎn)亦有差別。兩端開口的管叫開管。開管空氣柱振動(dòng)時(shí),兩端為振動(dòng)腹,在管的1/2處(中段)是基頻的節(jié),在管的1/4和3/4處形成第一泛音的節(jié),在1/6和5/6及1/2處形成第二泛音的節(jié)……。
開管空氣柱的振動(dòng)波從管的一端出發(fā),到達(dá)管的另一端又被反射回來,當(dāng)這個(gè)反射波回到原處后如果恰和下次振動(dòng)所引起的波相位完全重合、形成駐波,又一起向另一端出發(fā),這時(shí),振動(dòng)幅才能得到加強(qiáng),獲得最大音量。由此可知,開管基頻的波長(zhǎng)等于管長(zhǎng)的兩倍,第一泛音的波長(zhǎng)等于管長(zhǎng),第二泛音的波長(zhǎng)等于2/3管長(zhǎng),依次類推。一端開口一端閉塞的管叫閉管。閉管空氣柱振動(dòng)時(shí),其開口端是波腹。閉端的空氣是不振動(dòng)的,對(duì)于空氣柱振動(dòng)來說,這里永遠(yuǎn)使波節(jié)。
對(duì)于閉管空氣柱來說,它的振動(dòng)波需要往返兩次,才能使反射波與再次發(fā)生的波相重合。閉管的振動(dòng)還有一個(gè)特點(diǎn):只能產(chǎn)生基礎(chǔ)音上方的第二、四、六、八……偶數(shù)泛音,而不能產(chǎn)生第一、三、五、七……奇數(shù)泛音。由此可知,對(duì)于同一長(zhǎng)度的管來說,開管的固有頻率比閉管的固有頻率高一個(gè)八度。
管形共鳴器部分組成:在這里出現(xiàn)了一個(gè)奇怪的現(xiàn)象:在別的振動(dòng)方式里,聲源的振動(dòng)頻率對(duì)于共鳴體來說,帶有主導(dǎo)的性質(zhì),共鳴體只能服從,往往拋開自己的固有頻率而按聲源的空氣柱如果沒有外力的激發(fā)自身不會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)。因此,管樂器實(shí)際上都是由振動(dòng)的聲源部分和頻率來振動(dòng)。而空氣柱振動(dòng)與其聲源振動(dòng)的關(guān)系與此不同。當(dāng)聲源振動(dòng)激發(fā)空氣柱振動(dòng)后,空氣柱振動(dòng)又反過來對(duì)振動(dòng)源施加影響,如果振動(dòng)源的頻率與空氣柱的頻率不相符,振動(dòng)源的頻率將被拉低或拉高,直至調(diào)整到相符為止。這種現(xiàn)象稱為耦合。耦合是共振現(xiàn)象的一種,在樂器中使常常遇到的。
空氣柱振動(dòng)的聲輻射,同其他類型振動(dòng)的聲輻射有一個(gè)明顯的區(qū)別。例如,弦鳴樂器的聲輻射主要通過共振箱的面板、背板和側(cè)板以及f孔向四周輻射?諝庵駝(dòng)的聲輻射直接與大氣相連,同時(shí)氣流方向與波動(dòng)方向相一致,因而使聲輻射較集中于管口外端,使人感覺有明顯的方向性。一個(gè)管弦樂隊(duì)在演奏時(shí),各種樂器相比之下,管樂器、特別是面對(duì)聽眾的銅管樂器音量最大,也就是這個(gè)道理。唇振樂器是以嘴唇振動(dòng)作為聲源,以空氣柱振動(dòng)作為共鳴體的樂器,也就是我們通常所說的銅管樂器。其形制大致可以氛圍聲源部分(號(hào)嘴)、共鳴部分(號(hào)管)和調(diào)律部分(按鍵活塞)等。唇管樂器是以吹奏的嘴唇振動(dòng)為發(fā)聲源。吹奏時(shí),把號(hào)嘴貼在嘴唇上,空氣通過雙唇之間的縫隙射入號(hào)嘴,此時(shí),由于空氣的噴射,逼使雙唇離開正常(平衡)位置產(chǎn)生振動(dòng)。唇振動(dòng)同簧振動(dòng)的原理是一樣的,可以把雙唇看作是肌肉制成的雙簧。唇的振動(dòng)激起號(hào)管內(nèi)空氣柱的振動(dòng),空氣柱的振動(dòng)頻率又反過來調(diào)整唇的振動(dòng)頻率,進(jìn)行耦合。唇振動(dòng)和空氣柱振動(dòng)的耦合,不是自然完成的,還需要吹奏者對(duì)嘴唇緊張度進(jìn)行控制?偟膩碚f,吹奏低音時(shí),嘴唇(包括整個(gè)口腔肌肉)要相對(duì)松弛,隨著音的高而逐漸收緊。在這方面,唇震動(dòng)和簧振動(dòng)有明顯的區(qū)別。唇如同可變張度和勁度的簧,而普通的簧片則沒有這種可能。作為振動(dòng)音源的口唇,并非天生就能產(chǎn)生最佳的振動(dòng)狀態(tài)。要想獲得美妙的音色、理想的音準(zhǔn)和大幅度的音量變化等技巧,一定要經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的刻苦磨練,使嘴唇習(xí)慣于聲振動(dòng),能自如地同空氣柱耦合,不需要擠壓就能對(duì)音高作出修正。
不同的演奏者,應(yīng)根據(jù)各自的嘴唇條件(如嘴唇的厚薄、牙齒的整齊與否等)來確定自己的口型。其基本原則是選擇自己嘴唇的最佳振動(dòng)位置來放置號(hào)嘴。如同簧片的振動(dòng)一樣,唇的振動(dòng)主要是以橫振動(dòng)為主,它的高次泛音與基頻的關(guān)系是不和諧的。而空氣柱以縱振動(dòng)為主,因此,耦合的過程亦即將橫振動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)榭v振動(dòng)的過程,在這個(gè)過程中,唇的固有頻率被拉低了,削弱了不協(xié)和泛音的振幅,突出了和諧的成分。但是橫振動(dòng)仍然產(chǎn)生作用,特別在銅管樂器中,橫振動(dòng)所以產(chǎn)生的高泛音(柱面波)是金屬聲色彩形成的主要原因。
號(hào)嘴的作用,主要是固有唇振動(dòng)的范圍。不同音高的唇管樂器,有不同長(zhǎng)度和內(nèi)徑的空氣柱,而唇的寬度和長(zhǎng)亦要同空氣柱相適應(yīng),所以號(hào)嘴的內(nèi)徑亦有大、中、小之分,與不同的唇管樂器相配合。號(hào)嘴的另一功能是改變音色。這使因?yàn)樽齑秸駝?dòng)時(shí),振動(dòng)著的氣流還會(huì)在號(hào)嘴內(nèi)產(chǎn)生旋渦而引起邊棱音效應(yīng)。內(nèi)徑形狀不同的號(hào)嘴,邊棱音振動(dòng)分量亦不同。頻率變化同弦振動(dòng)一樣,開管空氣柱在全段振動(dòng)時(shí),也均分為1/2、1/3、1/4……段,各段同時(shí)振動(dòng),產(chǎn)生的自然泛音列與弦振動(dòng)是一樣的。所以,唇管樂器的吹奏者,在不按動(dòng)活塞的情況下,只改變嘴唇的緊張度,用超吹的方法就可以在唇管樂器上奏出自然泛音列。其原理就是使唇振動(dòng)同空氣柱的全振動(dòng)、1/2振、1/3振……相耦合。為了上唇管樂器奏出自然那泛音列以外的音,人們想了許多辦法。一種辦法是在號(hào)管上如同雙簧管那樣安上許多按鍵,這個(gè)辦法因音色不理想而棄置了;一種辦法是讓數(shù)人各吹奏不同長(zhǎng)度的音管,這個(gè)辦法音把旋律弄得支離破碎而失敗了;有人使用伸縮管的辦法,解決了吹奏半音問題,但演奏不夠靈活,而且吹奏連音不理想,不過有它的音色特點(diǎn),所以直保留在長(zhǎng)號(hào)上繼續(xù)使用到如今。直到活塞的發(fā)明,才個(gè)唇管樂器幫了大忙;钊脑硎鞘够A(chǔ)音管隨時(shí)接通附加音管,改變了空氣柱的長(zhǎng)度,從而奏出不同基頻的自然泛音列。