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管乐器的簧振动机制

更新时间:2017-10-27    来源/发布:yueqixuexi.com    作者/编辑:乐器学习网
  按现今常用的管弦乐器分类法,管乐器包括木管乐器铜管乐器;按现代分类法,管乐器属“气鸣乐器”大类中的主要组成部分。管乐器靠气流为激振动力,即被围腔体内(主要为管子,也包括等球形腔体)的空气振动为源振动媒质,与外界空气耦合而形成声波。所有管乐器,都有一个声激发器,起策动激励管腔内空气振动作用。
  
  各种管乐器的声激发器,按不同结构可分为5类:1.吹孔类(笛、等);2.哨嘴类(竖笛、哨子等);3.单簧类(单簧管等);4.双簧类(双簧管、哨呐等);5.唇簧类(各种号类铜管乐器)。一般管乐器均由吹嘴、腔体共鸣器和管口(喇叭口)3部分组成。吹嘴起激励管内空气柱振动作用,空气柱振动类似弦振动,也产生全长振动和分段振动,由此形成基音及其上的系列谐音。三者的结构尺寸及其配合关系,对乐器的音高、音色和音量有重要作用。
  
  世界上有成千种管乐器,上述5类可归纳为3种发音机制:大多数是利用簧片受激励引发管中空气柱耦合振动发音;再有一种是利用人的双唇如簧般振动发音;还有一种是空气“簧”。平常说管乐器上的簧片(哨片),是指用芦竹或塑料等实质材料制成的薄片。如单簧管、萨克斯管上的单簧,双簧管、大管和唢呐上的双簧等。那嘴唇和空气怎么成为“簧”呢?这是从声源机制上来看,他们在原理上有相似之处。唇“簧”就是在吹奏各种号类管乐器时,双唇在吹口处起如簧的激振作用使号发音;空气“簧”是在吹笛箫埙类管乐器时,产生如簧般的两股空气层脉动而产生声音。虽然这三种的激发方式和效应有所不同,但原理上均可视为簧振动机制。
  
  这里先对平常用实质材料制成的簧片,说说他们是如何激发声音的。当吹奏者吹出的气流进入簧片微张的缝口,由于引起其间压强降低而使簧片闭合,随之簧片靠自身弹性又重新张口,如此反复形成周期性启闭。这样,气流激励簧片振动,并疏密交替地进入管内,激励空气柱振动,最后主要从管的出口端辐射出人们听到的声音。簧片犹如气流控制阀,启闭有规则但不均匀,仅约周期的1/4是张开的,气流量受簧阀控制而引起压力起伏,压力起伏又驱使簧片持续振动,如此发音得以延续。
  
  管乐器簧片分硬簧和软簧,区别在于硬簧的振动强于管中空气柱振动,故决定音高的是簧片,空气柱仅起共鸣作用,即对簧振动的谐音起增强和润色作用;软簧则反之,决定音高的是空气柱驻波频率。单、双簧管和唢呐等属软簧;管风琴簧管和口琴等均属硬簧。
  
  再说什么是唇簧。吹奏各种号类乐器(铜管乐器),就是靠双唇在号嘴上如簧般振动,激励管内空气柱振动发音。机制与平常的簧相同。不同的是双唇在吹奏中,可以随时调整唇肌张力、绷紧或放松、伸长或侧向拉长等,以改变固有频率,故有时具硬簧性质。唇簧在吹嘴上构成声振动源而和管体耦合,管体起声变量器作用,使辐射面积在出口处增大而和自由空气耦合,喇叭口则在局部范围形成较大强度的空气压力,从而令人产生强烈的声感。
  
  不同于上述物质簧与唇簧两种实体簧的空气“簧”,则比前者轻软得多,故更易受管中空气柱振动的制约。笛箫埙等吹孔类和竖笛等哨嘴类乐器的发音机制即如此。当吹气以一定角度冲撞吹孔对面的锐棱,即被分隔为两股交替分裂的旋涡,沿着边棱滑动和周期性地散开,形成空气层脉动,这个声源常被称为“边棱音”。脉动的空气犹如空气簧,激励管内空气柱振动,同时也受空气柱振动影响。在相互影响中,呈现“谁强、谁弱、谁制约谁”的现象。在此,空气柱显然强于柔软的空气簧,以致前者在较大程度上对后者起调制作用,将其频率强加于后者。故空气簧也似实体簧起声激励作用,而音高则取决于较强的空气柱驻波频率。
  
  这里把双唇和空气在特定乐器上的作用,比作实质材料制成的簧片,主要是它们在原理上都有似簧的激振机制。但在不同簧的实际运作中,仍有不少差异之处,从而形成色彩丰富多样的乐器群。
  
  关肇元
  
  (刊载于《中外乐器信息》杂志 2004年第12期)

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