钢琴有88个键,长笛至少有六个孔,小号只有三个活塞阀。你为什么能弹这么多音符?精致闪亮的风仪和厚重的黑灰色汽车排气管在原理上有些相似。
作者|吴锦源
周末,我的室友羽泉和我的女神许珍班长去她爷爷奶奶家吃饭。她的爷爷奶奶从渔村的文艺骨干逐渐走向县、省工作,技艺精湛,学习积极。经过努力学习和专业学习,爷爷现在已经是一名完美的铜管乐手,奶奶是一名技术成熟的歌手。
汽车消音器和风仪表有什么共同点?
爷爷奶奶看到我们,笑得很开心,我们被感染了,不再克制。我被书架上爷爷拿着小号的半身照吸引了:“爷爷好帅。”我真心佩服。
“哈哈哈,老了,老了。”
这种情况下,空气体在管道两端与外界大气连通,压力变化基本为0。这样,当管道的长度是声音波长的2/4、4/4、6/4倍时,在管道中来回反射的声波相互增强并产生共振。这就是为什么开口管道的频谱中只有偶倍频的共振峰。
03八度和12度被夸大
"这些特性能在我们普通孩子学习的管乐器中看到吗?"羽泉的室友这次很开明。
“小时候学过几个管乐器,很好奇为什么有的乐器是八度超吹,有的却是十二度超吹。”班长许珍说:“现在看来,这是由管道共振频率的性质决定的。”
“什么是超吹?”
"超吹是管乐器演奏高音的一种方式."班长许珍解释说:“比如一个普通的竹笛,有六个音孔,所以从‘哆’到‘Xi’能吹七个音,这显然是不够的。当你需要演奏高音时,演奏者会演奏得更用力,这样长笛就会发出高八度的声音。这种玩法叫超吹。”
高倍频程是指频率提高2倍,笛里的空气体是一个等截面的柱体,分别在吹孔和音孔处与外界大气相通,所以是一个两端开口的管子。嗯,我看到了,正常吹的时候,空气柱的共振频率对应的是上面频谱的第一个峰值。吹过来的时候,第二个峰就激动了。所以频率加倍。
“吹的时候,频率一定要翻倍吗?”
“不一定,”班长许珍说。“比如单簧管,其中空气体是一端封闭的圆柱体,所以过吹时频率从1f变化到3f,这叫十二度过吹。”
“频率从1f变成了3f。为什么是十二度?”羽泉的室友没反应过来。
“我知道这一点,”我连忙回答。“这种三频关系对应着音乐中的十二个音程。比如唱“哆”的话,对应高音的“哆”,对应高音的“所”。与‘更多’有12度的区间关系。”
我在白板上画了一幅画。一个频率的许多整数倍可以对应一个音符。我想原始人就是这样认识音符的。当然,历史上人们用的是三分得失法或五度生成法,后来又用朱载堉的十二平均律重新确定音符的音高,使一些频率关系变成了近似的整数倍。当然,高八度关系如2、4、8、16总是整数倍,保持不变。
如果你想做一件好乐器,你必须先钻牛角尖
“爷爷,”班长许珍说,“我没学过双簧管,但听说双簧管是个八度超吹。我不明白。双簧管和单簧管都是一端封闭的。为什么双簧管不是12度超吹乐器?”
“我们在前面的讨论中有一个前提条件,那就是这根管子是一个等截面的圆柱体,而单簧管就是这样一个上下厚度一般的圆柱体。如果管道的横截面厚度发生变化,情况就会不同。”爷爷说着,从柜子里拿出一个乐器盒,打开给我们看。
图片来源:https://baike.baidu.com/item/双簧管
双簧管不用时,分为四段,存放在乐器盒里携带。双簧管拆开后,可以看到双簧管内的空腔逐渐变厚,类似圆锥体。
“当我们把封闭管道开口端的直径做得更粗时,”爷爷解释说,“管道的等效长度变短了,原来1f和3f的共振频率会上升。在一定条件下,这两个共振频率的比值会达到1:2,这样双簧管就可以达到八度过虑。这种锥形内空腔的乐器还包括巴松管、萨克斯管等。”
“单簧管和双簧管都是黑木制作的管乐器,但两者差别很大,不能称之为单簧管。”羽泉的室友说:“他们在乐队里经常被安排在一起,我困惑了很久。后来高中老师告诉我,是单簧管弹得像吃冰棍。吹口很薄,弹起来像汽水。这是双簧管。”
“如果我们进一步把管乐器的内腔变成一个完美的圆锥体,所有的共振频率都会变成1f的偶数倍,或者2f的整数倍。”爷爷指着另一面墙上的画让我们看。
完美的圆锥体看起来像一个笔直的角。原始人把喇叭/
什么是铜管乐器?
“爷爷,”许珍班长说,“我们谈了很多木管乐器,你还没有告诉我们铜管乐器。”
"铜管乐器和木管乐器有许多相似之处."爷爷说:“他们都是靠管道里空气体的共振发声的。区别在于激发空气体振动的方法不同。铜管乐器依靠吹气时嘴唇的振动来激发管道内的空气共振。”
“测风仪器通过两种方法确定频率:一种是空气缸或锥体的长度,另一种是从多个共振频率中选择所需的激发声音。木管乐器主要通过改变长度来演奏不同的音符,偶尔也会选择高八度或高12度的共振频率来扩大乐器的音域。另一方面,铜管乐器主要通过选择不同的共振频率来演奏不同的音符,而改变管的长度则是相对辅助的方法。现代铜管乐器通常配备三个或四个阀门,通过按压阀门来填充这些共振频率之间缺失的音符,从而改变管道的长度。”
“所以,很少有地方你可以按在铜管乐器上。在许多早期的铜管乐器中,没有地方可以压下去改变管子的长度。这种乐器被称为自然长度乐器。”
自然长度的小号│作者在维也纳技术博物馆拍摄
“事实上,许多现代铜管乐器,如军号,既没有阀门,也没有音孔。依靠这样一根定长的管子,至少可以演奏出‘索多索米’的四个音符,分别对应3F、4F、5F、6F的共振频率。”
│军号作者拍摄
"还有一个非常特别的地方放铜管乐器."爷爷接着解释:“因为我们演奏铜管乐器的时候,总是用嘴塞住吹口,所以铜管乐器都是一端封闭的管子。如果管子是均匀厚度的圆柱体,只能得到1f、3f、5f等的奇数倍。,所以音符太少,无法演奏。因此,我们必须找到获得整数倍频序列共振频率的方法,即1F、2F、3F、4F等。”
“所以我们看到很多乐器,像上面的军号,直接采用了圆锥形的设计方案,而且管子的直径呈线性增加。如果是喇叭或喇叭等长圆柱管的乐器,需要在尾部连接一个直径逐渐增大的出口。”
小号管的制作过程│作者在维也纳技术博物馆拍摄
“如今大多数铜管乐器都是由黄铜制成的,但许多由其他材料制成的乐器,如喇叭和喇叭,实际上是铜管乐器。反之,一些铜制的乐器,如笛子、萨克斯等,则属于木管乐器。”
号角的奥秘和号角手
“爷爷,”羽泉的室友问,“你和奶奶和蜗牛一起玩《海上女民兵》了吗?”
“哈哈哈,”爷爷拍了拍许珍班长的头。"这个小妞总是喜欢聊老年人的故事。"
“不,不,不,”羽泉的室友说,“我不是想八卦,我是想找出里面的音乐知识。”
“说说吧。”
“我觉得《海上女民兵》前四句的音乐,是你和你奶奶带着蜗牛的对话。”
戴着金色的帽子,
踏着绿色的波浪,
带着银角,
手持闪亮的钢枪。
“这种想象非常有趣。”
“喇叭和圆号一样,是一种自然长度的乐器。而且管道的直径在逐渐增大,熟练的演奏家应该能吹出‘多米朵密’的四个音符。”
“这首歌的第三句相对容易理解。这句话用了“多发多发”四个音符。其实这四个音符是奶奶的海螺发出的‘多发多发’,但可以用不同的调唱。”"
“是的。”
“但在第一、二、四句中,除了‘越来越’之外,还有很多地方用了‘来’这个注。你怎么能吹出你没有的音符?”
“哦,这并不难,”爷爷说。“你把手放在喇叭口,按‘咪’弹。喇叭口外的手起到增加喇叭等效长度的作用。如果你把音符‘米’降下来,你就能得到‘来’。”
“实际上,”爷爷继续解释道,“这种技术在圆号演奏中被广泛使用。”
“早期的号角是用来打猎的。你听过莫扎特的第四号圆号协奏曲吗?是不是很热闹?”
自然长度喇叭│作者拍摄
“早期的喇叭是自然长度的乐器,而且管子长度是固定的。因此,可以演奏的音符是有限的。对于狩猎来说,这些有限的音符就足够了,但太少了,无法融入管弦乐队。所以那个时期的演奏家发明了一种叫“堵”的方法,就是把手放在喇叭的发声口。这相当于增加了喇叭的管道长度,相应地降低了共振频率,从而获得了原本没有的音符。”
号角手的右手位置│作者拍摄
“现代喇叭有三个或四个阀门,任何音符都可以通过改变管的长度来演奏。然而,这种惯用右手的牛角技巧直到现在还保留着。”
“哒、哒、哒、哒、哒、哒、哒、哒、哒、哒、哒——哒——”爷爷手机上奶奶打电话的铃声是自己弹的《冲锋》《骑兵进行曲》。奶奶在催促我们回去吃饭。
07结
“怎么样?”吃饭时,奶奶问:“你跟爷爷学了什么?”
“我学到了很多,我现在明白了。”羽泉的室友说:“铜管乐器即使长度固定,也能奏出一系列和谐泛音的音符,长度是基频的2、3、4、5、6、8、9、10和12倍。现代的铜管乐器通常有三个或四个阀门,通过按压这些阀门,可以连接一段管道,这样整个和声音列中所有声音的频率都会按照一定的比例降低。这样,大多数铜管乐器只需要三个阀门就能覆盖中音区的所有音符。”
“总结的不错。”奶奶称赞了一番,然后伸出筷子夹菜:“来,赏个鸡腿。”
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