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小论文 作者 刘雨婷 指导教师 Jim Phelan 前言前言 在中国 长笛对于大多数人来说是很陌生的一种乐器 但这一个小小的乐器 中却包含了很多很深奥的原理 本文以长笛为研究对象 研究并分析其中潜在的 一部分发音原理 用实验以及计算加以证明 本文不仅对于长笛的历史 发展以 及原理做出了较为详细地说明 还对一些有针对性的问题进行了实验创作与实 施 在最后得出了一些对长笛的发音时间 音频 音频震动曲线等起决定性的因 素 通过这些试验及论述 相信会使更多的人进一步了解长笛这种乐器 其实 从刚一知道高二是要选择自己喜欢的课题作小论文时 心里便早早打 下了主意 要写一篇关于长笛的小论文 学习长笛已有九年时间了 凭着对它的 热情 我从未间断过练习 当然 这样的执着免不了有时会与学业产生小摩擦 所以 这次我一定要把所热爱的事物带到课堂 让他们的摩擦迸发出闪亮的火花 这个想法产生不久 我便遇到了一个很好的机会 2005 年 8 月 我参加了 中央音乐学院举办的 国际长笛音乐节 在此期间 来自世界各地十几位从事 长笛地事业的专家来到音乐学院开设大师讲座及个人独奏音乐会 其中一位长笛 制造专家 Jim phenly 的乐器讲座给了我很大的启发 之后在此篇论文的写作中 得到了他很大的支持及帮助 此篇论文以长笛的发展着手 从长笛最早的诞生到流入世界各国发展到今天 的式样 是经过了很多人为了不断完善长笛的音色及其按键的灵活性而几经改进 的结果 人们通过对长笛构造微小的一些改变来控制空气柱的震动 对能量的吸 收等 使长笛的音色更加圆润饱满 音域更加宽广 音键的控制更加灵活从而满 足技巧的需求 相信通过这篇小论文会对我及所有喜欢长笛的朋友有所启发 长 笛演奏只是这个领域的一个方面 所谓 知其然也只所以然 更深入地了解其构 造 发音原理也将对热爱长笛的人们有着莫大的帮助 关键词 发展 制作 原理 实验 推论研究 1 Summary In China flute is still a kind of unfamiliar instrument but the kind of little instrument embodies much more profound principles In the article I researches and analyses a part of vocal principle of flute and verify them by experiment and calculation In the article I not only introduce the history and development of flute at length but also run innovational experiment and exercise for some pointed questions and obtain some decisive factors of flute that have great influence on vocal time audio audio vibration curve etc I believe that more people will be acquainted with flute further through those experiences and account In fact once I knew that I could select one of my lovely hobbies to write a little thesis I had made a decision in my heard to write a thesis about flute Relying on my enthusiasm I have kept up learning to play flute for 9 years without interruption Surly so dedication is unavoidable to have friction with my study Therefore I must bring my love thing into my classroom at this time and let the friction to burst out lighting spark Not long after I had had the idea in my heart I had a very good chance In August 2005 I took part in the International Flute Music Festival hold by Central Conservatory of Music During that time over ten flute experts from all over the world hold their great lectures and solo concerts An instrument lecture of an expert on flute s making Jim phenyl gave me great enlightenment after that he has been giving my thesis a number of supporting and help The article starts with flute development discusses that the change of flute style from its first emerging to today s development has passed a long time when flute tone and its key flexibility has been gradually improved By changing its structure a little to control vibrating of air column and absorbing energy the flute tone is more rich and full its tone range is wider controlling key is more flexible all of those can meet the skill demand of playing I believe that both I and all my friends of loving flute can gain a good deal of enlightenment from the thesis surely playing flute is only an aspect in flute domain Consequently to know truly is to know by cause so if we can more deeply grasp its structure and tone principle we will do great help to flute lovers Key words Development Make Principle Experiment Conclusion Research 2 目录 前言 1 1 木管乐器 4 2 长笛声学原理的制作与发展 4 2 1 制作发展 4 2 2 构造 指法与音域 5 3 发展年表 6 4 制作材料与发音 8 5 长笛的发音原理 10 6 实验 11 7 假设推论性研究 13 8 论文写作中遇到的问题既解决 错误 未定义书签 错误 未定义书签 9 后记 16 附录一 17 附录二 20 附录三 主要参考文献 23 3 1 木管乐器木管乐器 长笛属木管乐器 最初起源于中国 事实上 在公元三千年前 中国音乐理论便已经开 始发展起来 人们用鸟骨 通常是用最长的如腿部骨骼 来制造乐器 这便是最为古老的长 笛了 木管是由特别坚实的木料制成的 或由金属制成 如新式长笛 管状乐器 它起源于 古时人们用鸟骨 芦管或其他材料制作的原始乐器 如芦笛 横笛 竖笛 排箫等等 木管乐器被使用是从 17 世纪初开始的 当时在意大利作 家吕利 Lully1632 1687 的歌剧中就开始使用长笛与大管 后来在法国作曲家拉莫 Rameau1683 1764 的歌剧中才开始 使用双簧管与单簧管 原始的木管只能演奏一些简单的音调 五声或七声音阶 后来随着演奏技术发展的需要 不断对乐器进行改革 到 19 世纪末 20 世纪初才基本完善和定型 长笛最早是竖吹 后来 改为横吹 其质用禾植物茎和木质材料 有孔而无键 根据木管乐器管身形状 可将木管乐器分为两类 第一类 是圆柱形乐器 如长笛 单簧管类 第二类是圆锥形乐器 如 大管 双簧管类 木管管身可分为若干段 管身上有若干音 孔 音孔上装有按键 用以改变音高 除长笛以外双簧管等在 吹口上都装有哨片 用来发振管内的空气柱 而长笛是靠吹口来发振 木管由发振器带动管 内空气柱震动而发音 发振器可分为三类 双簧 单簧和气簧 长笛属气簧类 没有簧片 吹 入的气流撞在吹口的边缘引起震动而发声 吹口 吹口 发音口 发音口 圆 柱 形 圆 锥 形 木管乐器上开有音孔 它的作用是用来改变管内空气柱的长度 从而改变发音的高度 音孔根据本身的构造用途可分为三种 1 基本音孔 可奏出乐器基本的自然音阶 这些音孔用两手的二 三 四指来按 2 闭口式键孔 平时呈闭口状态 用时按动音键 音孔则打开 这些音键用于演奏除 基本自然音孔以外的变化音 3 开口式音孔 平时呈开口状态 用时则盖住音孔 这些音键叫做补充键 主要用来 演奏比基音孔 自然音孔 更低的一些音 2 长笛声学原理的制作与发展长笛声学原理的制作与发展 2 1 制作发展制作发展 长笛是最早产生的木管乐器之一 远在古埃及时代 长笛 一词的含义很广 所有的 木管乐器不管性能或自然属性如何都用这个概念 形状也各式各样 有横的 竖的 双管的 等 在亚洲 早在二千四百多年前就有了横吹的笛子 我们汉代时称为 横吹 以后横吹 由斯拉夫民族传到西方 首先在德国运用 因此欧洲人称之为德国长笛 横笛比竖笛有更多 优点 发展得比较快 17 世纪中叶被人们公认 到 18 世纪中叶已成为人们普遍喜爱的乐器 并在舞台艺术中出现 成为戏剧的参加者 据传 德国长笛最早曾在吕里的悲剧 依齐达 1677 里运用 不久 法国长笛在欧 洲占了第一位 许多法国音乐家把它编为真正的乐队乐器 直到波姆长笛出现为止 长笛的发展应归功于波姆 Theodore Boehm 但第一位改良长笛的匠师却是英国人威 尔杨 戈登 Gordon V 1794 1881 他把长笛的主要部分加以改进 可惜没有进行到底 4 彻底的改革是由波姆完成的 最初 德国发明家波姆 Theodore Boehm 从改良运指法与 音色着手 以后又于 1825 年将长笛的管形 倒圆锥形 与音键加以改革 并且对音键的机 械装置作了各种补充 波姆式长笛不仅在基本音孔上增加了基本音键 而且在机械装置上配 有校正杠杆 可以把各种音键按一定的形式组合起来 从而使基本音孔与补充音健演奏起来 同样方便 大大地丰富了长笛的音色与表现能力 1847 年波姆反复研制 改良成金属材料 的按键长笛 现在流行的长笛就是 波姆式长笛 这时的木管乐器可以在它本身所能演奏 出的区域内奏出所有的半音并且在演奏的音域 音响 音色 指法及吹奏法等方面都更加完 善 波姆对长笛的改革可称为木管乐器构造方面的革命 他在长笛上使用的机械构造原理 很快被运用于其他木管乐器上面 20 世纪 在德国开始尝试把古德国长笛与波姆长笛结合起来 玛克西米里安 斯维德 勒 Schwedler M 1853 194 发明了一种组合笛 叫斯维德勒笛 而在法国则尝试使用各 种不同音孔的结合来追求音乐的优美 他们的尝试都是在波姆体系基础上的丰富与补充 2 2 构造 指法与音域构造 指法与音域 现代管弦乐队中所使用的长笛都采用波姆体系 共开有十四或十五个以上的音孔 每个 音孔都装有波姆式音键 能迅速开闭 是一种非常灵活的乐器 圆柱形的管身共由三个可以拆开的节插接而成 1 吹节 有一个边缘锋利的吹孔 管内有软木塞塞住笛管一端 并可移动 以便调整 个别音 与主节衔接的一端能伸缩活动 可调高或调低整个音列 以适应乐队的音高 2 主节 笛管基本部分 装有各种开口音键与闭口音键 包括基本音孔键 3 尾节 有用右手小指按的两个开口音键 可奏出最低的 C1与 C1音 有的长笛还有 第三个开口音键 能奏出b音 另外还有一个用小指按的闭口D音键 演奏时须打开 演奏长笛时用右手拇指拖住管身 将所有的开口音键全部盖住便能奏出C1音 各指从下 方起依次抬起可奏出基本音列 抬起右手小指时两个低音键 有b音键时是三个低音键 呈 开口状 发d1音 抬起右手无名指时发e1音 抬起右手中指时发f1音 抬起右手食指时发g1音 抬起左手无名指时发a1音 抬起左手中指时发b1音 演奏以上各音时 除了右手小指打开 d音键 第七键 外 还须用左手拇指将背面的音 孔盖住 抬起该指时发c2音 高于c2音时用超出获得 长笛的全部音域共有三个八度加一个三度 并非所有的长笛都具有最低的b音 具有 b 音的长笛就更少见了 最高的四个音 c4 d4 e4 e4奏起来较困难 不宜多用 演奏变化音除了运用基本指法外 还须由空出的手指打开补充音键 长笛的基本指法能 奏出 c 大调音阶 高八度的音阶应在第二谐音上用超吹方法奏出 指法相同 在超吹与不超 吹之间 回旋式的 流畅的旋律往往因唇部肌肉难以控制而不便演奏 这时须用特殊的指法 下列在旧式长笛上是难以演奏的 在波姆式长笛上虽然可以用组合指法奏出 但并不方便 一般说 长笛擅长于演奏升 降记号少的音乐 构键改进后 升 降记号多少的难易区 别已基本不存在 音区 力度及音乐特点音区 力度及音乐特点 5 长笛的全部音域可分为几个不同的音区 各音区的表现力与力度变化的幅度也有所不 同 列表如下 mp 作 为 例 外 纯 浓 不稳定 甜 透 明 柔 和 稳定 清晰 抒情 柔软 饱满 清晰 尖锐 刺耳 低音区 高音区 可能的力度范围 p mppp f pp mf f fff 作 为 例 外 fff 最高音区 中音区 8 va 从上表可看出 各音区之间的差别较明显 两个极端音区需要消耗大量的气息 最高音 区弱奏较困难 强奏能获得华丽的效果 常用于乐队全奏 低音区不能强奏 中强以下有效 弱奏时大调音色冷漠凄凉 小调音质柔和 更多用于乐队中的独奏段落 用得适当效果极好 最好的发音区域是中 高音区 从g1到g3 能演奏任何强弱的句子 相对说来气息消耗不 大 音质也好 中音区很富感情 音色柔美温存 透明纯洁 高音区音色清晰开朗 显得特 别鲜明 与其他木管乐器相比 长笛的音色由于缺乏谐音 显得冷漠 音响力度弱 表现力不够 丰富 音响也不如其他木管乐器丰满 因此 不能模仿人声 常用来表现自然界 如田野 森林 湖畔 春天 小鸟以及回声等等 具有独特的能力 演奏技术演奏技术 长笛的演奏技术是所有木管乐器中最灵活的一种 能够奏出一切可能的经过句 音阶 琶音 颤音 特别擅长演奏快速的断音和快速的同音反复 长笛音色柔美清澈 音域宽广 中 高音区明朗如清晨的第一缕阳光 低音区婉约如冰 澈的月光 而且擅长华彩乐段 演奏技巧华丽多样 在交响乐队中常担任主要旋律 是重 要的独奏乐器 长笛的种类很多 除常见的普通 C 调长笛外 还有降 D 降 E 调长笛 G 调次中音长 笛 C 调低音长笛等 不过应用较少 长笛 Flute 在以前 Flute 是笛类的总称 Flute 并不 单指横笛 也包括竖笛 箫 和长笛的其他近亲乐器 另外 因为早期的长笛是用木制材料 制作的 而且是利用开闭音孔 调节管内空气容量来控制音的高低的 所以属于木管乐器 3 发展年表发展年表 15 世纪以前 长笛只是欧洲流浪艺人的一种伴奏乐器 偶尔也在贵族家里为演唱伴奏 15 世纪 受流浪艺人的影响 开始用于歌唱的伴奏 并且广泛用于军乐队行进用乐器 同时 因为发现了这种乐器的独特性能 开始作为合奏乐团的一个音部使用 当时的长笛是 用长 60cm 没有分节或接缝的一根木管制作的 只有 6 个音孔 没有按键 后来又出现了不 同长度的长笛 16 世纪时 因为长笛已经成为音乐演奏不可缺少的重要乐器 演奏者开始注重改良长 笛的音色 并根据音域的不同开发了不同长度的长笛 管体也分成 2 节 主体管和尾管 在 17 世纪 长笛有了很大的进步 为了具有半音阶 发明了按键 在前端安装 1 个键 此时的长笛只有 2 个音区 选用的材料有木头 李树 樱树 黄杨 黑檀 玻璃 水晶 6 蜂蜡等 因为当时的音乐多数是为贵族进餐时服务的 不需要很大的音量和激烈节奏 所以 对乐器的声音也要求柔和而幽雅 但这时的长笛是音程不稳定的乐器 并且最低音是 D 18 世纪长笛为了适应戏剧音乐和表现感情激烈程度的要求 必须扩大长笛的音域 于 是出现了具有 3 个音区的长笛 另外最低音由 D 下降到 C 按键的数量也增加到 4 个 6 个 或 8 个等等 并且出现了最早的锥体上管长笛 但音程还是不稳定 19 世纪因为音乐演奏场所从沙龙逐渐转移到了音乐厅 另外为了更好的与弦乐器配合 演奏 长笛的很多方面必须进行改良 于是出现了金属管材的长笛 按键数量增加到 17 个 音域达到低音 G 与现在的长笛更接近了 在长笛的发展历史中 不断地涌现出许多对于长笛有着深刻研究并为长笛改进做出了巨 大贡献的人 特欧巴尔特 贝幕 1794 1881 德国人 既是数学家 又是长笛演奏家 为了增大音 量 他率先试制了金属管长笛 又开发了锥形上管 确定了管体的内径与音孔直径和音孔位 置之间的相关方程式 使音准进一步提高 金属材料长笛的优点是比木制材料容易振动 音量大 可以适应在大型场所演奏 木制 长笛容易干裂或受损 而金属比较坚硬耐用 配件可以工业化批量加工 成本相对降低 金 属材料长笛的出现 是长笛演奏走向大舞台 使大众接受长笛音乐的基础条件 贝幕系统是指按键连动的设计 也就是按下一个键时 用一个手指就可以同时堵住 2 个以上的音孔 路易斯 罗 特 Louis Lot 1807 1896 法国人 长笛演奏家 也 是长笛制造专家 他不断研究和完善贝幕的理论 在 1855 年至 1874 年制作出很多深受欢迎的长笛 为以后的长笛 制造作出了巨大的贡献 在波士顿 另外的一个键也同时连动 这样 海因斯 WM S Haynes 以贝幕系统为 基础 年 英国人 阿鲁巴特 库帕 开发了库 帕音 孔的位置 将以前的 A 440 435Hz A 音是用来定调的 长 笛在 开始了长笛的制作 后来 Powell 从海因斯 WM S Haynes 公司出来 独立制作 Powell 长笛 不 久后在 Powell 公司工作的 Brannen 兄弟又开始独立制作 Brannen 长笛 1960 1970 阶和大音量的吹孔 库帕音阶是通过改变音 的长笛 设计为更平衡的 A 422 445 的长笛 这 种设计延用至今 1900 年 A 音为 欧洲制作而成 老式长笛的管长要比现在长的 多 长笛的 A 音音频为 435Hz 后来欧洲的长笛 经旅游传到了美国 因老式长笛的构造问题 演奏 起来稍显笨拙 1974 年 库帕 Cooper 对老式 长笛进行了进一步的修改 库帕将老式长笛的吹孔 向后稍移 将中音 C 键向后移低音 C 都键向前移 使吹孔距 A 键的距离减小 全管的管长变短 7 4 制作材料与发音制作材料与发音 长笛的音色与制作选材也有很大关系 常 用的制作材料有 合金 铜 银 金 铂金 另外还有一种新型材料 PAA 钯银金复合管是 一种由钯 银及 23 5K 金组成的新型长笛专用 复合管材 经过多年的研制在西欧获得成功并 成为长笛制作方面的优质材料 用这种管材制 作的长笛具有银质和金质两种音色的结合 非 常优美动听 材质越好 长笛的音色也就越好 这是因为 演奏者把能量 空气 从笛口吹进 去 空气中含有氦气 氮气及氧气 氦气因较 轻 在吹气当中会上浮消耗 气体进入笛管后 于杂物和产生的热量消耗一些 剩余的气体对 金属做功 有多少能量消耗取决于材料的好坏 没 有消耗完的能量从笛尾排出 e 剩余 E 总 E 消耗 E 总 2 长笛通常只排出 2 的能量 就像声音传播的能 量 所以想要提高音色就要提高能量的排出 就要提 升材质 增加笛头的功能系数 f E 硬度 密度 V 因为当硬度 E 大时 V 大 V 大 所以 f 小 当 硬度 E 小时 V 小 V 小 所以 f 大 V 体积 f 频率 组成一把好长笛的基本要件除材料外还包括要 有好的吹口管 强健精密的机件结构 绝佳的皮垫密合度 材料等 a 好的吹口管 吹口管有如是个能量转换器 吹奏者给予吹口管能量而转换成声音 如果给予一把吹口 管 10 分的能量仅能转换成 s 分的声音 及给予另外一把吹口管 10 分的能量而能转换成 8 分的声音 两者的优劣可清楚得知 而吹口管的优劣取决于许多个因素 如吹口孔孔径的大 小 形状 吹口孔內缘的角度 吹口孔的高度 吹口板的弧度及尾翼的长度 吹口管的弧度 厚度及均匀度等等 影响的因素非常多 但是基本上以上诸多因素最主要是造成气流顺流 没有太大的风阻 应有适当的风阻 以便吹奏时快速成音之外 另外引起管体的共鸣 为达 到此目的 应认真考虑以上的各种因素 在手加工过程中进行逐步修正 2 强健精密的机件结构 长笛管体是由身管及尾管結合而成 在管体上有多個音孔决定音的准确性 音孔上有键 盖 键盖连着键臂靠着中心轴而转动 而多个键盖又彼此互相牵动 中心轴架构在键柱與键 柱之间 靠着键柱螺丝顶住中心轴 使其依顶心中心点转动 此为长笛的基本架构 长笛的 8 操作是快速 轻巧及灵敏的 在所有木管乐器的乐器里是有最短的音符 最快速的音群 及 最复杂的技巧 在演奏过程中 手指的联动给键盖施加压力 若键臂强度不足 或者键組精 度不佳 往往造成键体变形 吹奏快速音群时反应太慢 甚至不能成音等現象 逐渐形成的 长笛故障得常常进行维修 而維修水平參差不齊 修理費漫無標準 修理時間又長 在此競 爭激烈的社會裡 往往別人進步代表了自己退步 更何況長笛進廠維修荒廢練習 所以从安 全性的考虑 需有强健精密的机件结构 3 绝佳的皮垫密合度 长笛是靠键盖下的皮垫与音孔密合 而与吹口孔之间产生一段适当的开放气柱 因此产 生一个相对应的声音 基本上每一个音孔代表一个半音 如果密合不佳 则气柱形成不佳 以至吹奏时给予长笛的能量因密合不佳而减损 造成音量薄弱 管体共鸣减少 音色单薄等 等问题 更有甚者若不能密合 则气柱无法形成 能量减损殆尽而不能成音 所以长笛须有 绝佳的皮垫密合度 以保证笛管密封 不透气 而密合度的调整方法有两种 叙述如下 a 凹痕式密合 此密合的垫子装配调整法仅是将皮垫所定与键盖之中 再用高压及烘烤使皮垫陷下去一 圈凹痕 靠此凹痕与音孔作密合 但是皮垫为一软质物体 在施压之后 慢慢地恢复原状 凹痕逐日消失 不密合的情况于是发生 因此称之为假性密合 骗人的密合 在选择长笛時 只要皮垫密合的装配调整法是凹痕式密合 便不是一把好长笛 b 平整式密合 平整式密合的皮垫是完全的平整 沒有前述的凹痕 长笛操作时手指轻按键盖 键盖下 降便与音孔密合 吹奏时便能完整地成音 反应也会相对灵敏 共鸣度增加音量音色相对丰 富了起来 平整式密合的装配调整是靠技术人員依皮垫与音孔接触的状况逐一的以厚薄不一 的纸片一点一点在皮垫背面填塞 以达到皮垫与音孔完全的密合 此即为手工长笛的境界 除了时间的付出外 还得精湛的手艺 绝佳的耐心 一点一滴地完成 这是生产长笛无可比 拟的 材质 密度 g cm3 硬度 E Cu Zn 8 1 Ag 10 5 1 Au Ag Zn 12 0 1 Pt IR 21 5 2 9 Karat 密度 100 Au 24k 19 5g cm3 50 Au 12k 12 0g cm3 58 3 Au 14k 14k 金长笛由 Au 58 3 cu zn Ag 制作而成为了使其硬度加大 耐用 5 长笛的发音原理 长笛的发音原理 管乐器在乐器分类中又称气鸣乐器 是以气 流激发声源体振动而发音的乐器 从声源体的结 构差别来看 管乐器要比其他类乐器复杂得多 它是由边棱音振动 簧振动 空气柱振动三种振 动方式的吹奏乐器 边棱音与吹口乐器对边棱音振动原理的运 用 是我们生活中屡见不鲜的现象 例如体育老 师吹的哨子 年青人吹口哨 笛子和箫等乐器的 发声以及人的歌唱 都同边棱音发生有紧密的关 系 西管乐器中的长笛正是典型的边棱音类乐器 边棱音发声过程是这样的 当一股气流射向 一个管口尖锐的入口处 边棱 时 气流即分为两股 形成上下两列分离的涡漩 这时涡相 互吸引 产生碰撞而振动发声 频率的高低变化 关键决定于气流对边棱喷射的角度 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 边棱处涡漩的 碰撞次数就越多 频率就越高 此外 流速对频率变化也有影响 一般情况下 随着射流角 度的加大 流速亦相应加快 特别在频率跳动很大 如八度超吹 时 流速变化更为显著 在一定条件下 流量越大 对边棱施加的力越大 振幅就越大 但是流量过大就会引起超吹 抑制了基频 突出了第一泛音 现象 如果流压过强 使管内气压大于大气压力 就会失 去边棱音效应而失音 以边棱音振动作为声源 以空气柱振动作为共鸣体的乐器 称为边棱音乐器 又称吹口 乐器 有横吹 竖吹两种 其结构大致可分为声源部分 吹口 共鸣部分 音管 调律部 分 音孔 按键 等 边棱音振动是这种乐器的发声源 它激发共鸣管 开管 空气柱的振动 空气柱的振动 又反过来使边棱音离开自己的固有频率 而以空气柱本身基音或泛音来发声 只有在边棱音 与空气柱频率相差很多时 才迫使空气柱发声升高或降低 或者不共振 这就是边棱音乐器 的耦合过程 在耦合之前 边棱音比气柱音高一至十倍 在耦合的过程中 不仅将边棱音频 率拉低 而且削除了边棱音振动中与空气柱基频相抵触的不谐和成分 使音色净化 对于一 个熟练的演奏者来说 耦合过程是在很短的瞬间完成的 而对一个生手来说 耦合需要一个 相当长的过程 因而显得发音犹豫而不稳定 边棱音吹口乐器改变发音高度的方法 是在音管上开若干个音孔 以手指 或按键 来 张闭音孔 从而改变空气柱的长度发出不同的音高 见下图 10 所有边棱音管乐器 其共鸣管均属开管空气柱类型 属于八度进位 超吹 乐器 也就 是说 在不必改变空气柱长度 不需要改变按孔位置 的情况下 只要改变射角和流速就可 以抑制基础音而奏出第一泛音 上方八度音 除了运用八度超吹的奏法来获得第一泛音外 还可以用改变抑角轻吹的办法来获得第二 泛音 即上方八度加纯五度 我们不妨把这种泛音称为人工泛音 这种泛音音量虽小 但 音色纯净 接近纯音 实际上 边棱音乐器的演奏者随着发音的高低而不断改变吹气的射角和射速 使边棱音 振动和空气柱振动保持耦合状态 由于各边棱音乐器的形制不同 又由于演奏者的生理条件不同 如牙齿和唇的生成位 置 很难 也没有必要给吹奏者规定一个万灵不变的角度 然而 合理的角度确实对吹奏 者是重要的 不仅可获得好的音色 大的音量 同时还减小气耗 以长笛来说 可以把吹口 平面的20 偏角作为中音区参 考射角 随着发向低音将偏角 逐渐缩小 随着发向高音而将 偏角逐渐加大 如果射角偏高 偏角过 大 则抑制了基频而突出了高 次泛音 同时大量气流射离吹 口 不仅减弱了边棱音的振幅 而且出现了气声 音质发虚 杂音增大 有时吹口边棱太尖锐亦会出现类似音色 如果射角 偏低 偏角过小 则泛音不丰满 发音不明亮 最佳的射角 射速和射流量 需要根据不 同乐器的情况反复磨练才能掌握 6 实验 实验 实验目的 证明笛头吹孔处距 A 键的长短与音频的关系 实验器材 长笛 校音器 游标卡尺 实验原理 伸长或缩短笛头插入笛管的长度改变吹孔距 A 键距离 实验步骤 1 把笛头完全插入到笛管内 分别演奏低音 A 中音 A 高音 A 音 2 观察校音器记录数据 3 把笛头从管内拔出 2 毫米 分别演奏低音 A 中音 A 高音 A 音 4 重复 2 3 步骤不少于十次 5 至少三人同时做此实验 11 6 根据纪录的数据制表 7 算出平均数填入总表 8 把实验分在几天内做完 以保证音准不受耳朵影响 长 度 cm 赫兹 Hz 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 A1480 474 470 466460450442438430 424 410 A21005 989 980 970956947922912897 883 854 A32011 1973 1957 193619111861183618241790 1757 1703 实验人 刘雨婷 长 度 cm 赫兹 Hz 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 A1488 476 461 457451443438432424 418 411 A21016 987 963 951939918913906885 870 886 A32023 1965 1915 189418691828180217861745 1736 1703 实验人 赵思佳 长 度 cm 赫兹 Hz 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 A1486 470 468 466457450442437430 426 419 A21102 978 976 972955941922914897 893 874 A31977 1948 1936 191919031861182818191782 1765 1736 实验人 黄硕 12 总表 平均值 总表 平均值 长 度 cm 赫兹 Hz 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 A1485 473 466 463456448441436428 423 413 A21101 985 973 964949935919911893 882 871 A32004 1962 1936 191618941850182218101772 1753 1714 注意事项 1 当演奏低 中 高 A 音时 每次保持同样的力度进行演奏 2 当进行演奏时 每次以同样的角度将气吹进吹孔 3 仔细观察校音器 当校音器的指针稳定之后再记录数据 结论 长笛音频与吹口处与距 A 键距离的长短有关 当吹口处距 A 键距离变大时 音频变小 当吹口处距 A 键距离变小时 音频变大 7 假设推论性研究7 假设推论性研究 假设推论论题 随着音调的增高 长笛的发音将越发滞后 研究对象 研究笛管按键闭合的多少使震动管距加长与长笛发音反应时间的关系 研究原理 对于一定的管长 振动频率不同 所用时间不同 此研究要证明管长 频率及 时间之间的关系 13 器材 长笛 调音器 假设推论 关闭长笛的不同按键 改变封闭的管内空气柱振动波的波长从而改变震动频 率使长笛发出不同的音调 随着波长的增大所用的时间应缩短 因此 长笛的发 音反应将更灵敏 公式 根据 f 17174 N L N 1 f 17835 N L N 1 已知 f N 求 L C Lf f 1 S C 343m s C L S S 可求 A 440Hz A 446 2Hz B 493 9Hz C 523 3Hz C 554 4Hz D 587 3Hz D 622 3Hz E 659 3Hz F 698 5Hz F 740 0Hz G 784 0Hz G 830 6Hz A 880Hz 验证 f 17174 N L N 1 f 17835 N L fA1 440Hz LA1 17174 f LA1 39 30 SA1 L C SA1 0 11 LA2 17835 f LA2 20 27 SA2 L C SA2 0 06 依此类推 抽取数据所得 14 SA1 0 1138 SA2 0 0591 SA3 0 0295 SC1 0 0957 SC2 0 0497 SC3 0 0248 SE1 0 0759 SE2 0 0394 SE3 0 0187 取SA1 SC1 SE1 比较 SA1 SC1 SE1 同音域不同音调时 反应时间随音调的升高而减小 取 SA1 SC2 SE3比较 SA1 SC2 SE3 不同音域不同音调时 反应时间随音调的升高而减小 取A1 A2 A3比较 A1 A2 A3 且 A1 1 2A2 A2 1 2A3 同音调不同音域时 反应时间随音调升高而减小 由此可得知 音高与乐器的反应时间成反比 假设成立 说明 1 公式中的符号意义 f 震动频率 L 振动波波长 N 音域 N 1 时 表示为音的所在音域为第一八度音域 N 2 时 表示 为音的所在音域为第二八度音域 依此类推 C 声音在空气中传播速度 在此统一设为 340 米每秒 S 传播时间 2 虽然本课题证明了随着音调的增高 长笛的反应时间确实滞后 但在实际吹 奏中 滞后的时间人耳很难分辨出 这个时间也受气流快慢 多少及喷射出的气 流打击在边棱上的位置影响 所以演奏者对乐器的控制力也就直接影响到高音滞 后时间的长短 15 9 后记9 后记 这篇小论文持续很长时间了 终于要结束了 这是我所写的第一篇小论文 到此时 我也对它非常满意 研究这样一个课题 对我来说也是具有挑战性的 至少对我来说 不管是从文体还是内容都市全新的 从未尝试过的 学习长笛已经有 9 年时间了 但在此之前从未想过关于其发生原理或其结构 组成问题 此篇论文不仅是向读者展示出了长笛演奏背后的神奇世界 对我来说 也在写作此文中学到了很多 在作次论文这段时间 我在图书馆查找了大量的书籍 并在多家中外网站中 查找资料 因为国内对乐器原理及制作的项目并不深入 所以多数资料都需要从 国外的网站及书籍中寻找 大量堆积的英文稿件 也给我的工作带来了一些难度 对于某些问题 因为与物理方面有关 所以很难在国内的老师中得到答案 往往 是物理老师不懂长笛 而一些长笛老师又不懂物力 甚至有些中国的乐器维修和 制造者也不能解释 这些原因都在某种程度上阻碍了论文的进展 当然也有人认 为 我研究的东西过于深入 与我一个学生的身份不太相符 从中也令我感到了 一些压力 一直以来 Jim 先生给予了我很大帮助 对于我的问题 Jim 先生总是 很详细地解释 并对我的小论文提出了一些可行性建议 从互通的信件中 我不 仅得到了很多从未接触到的知识及启发 更从中受到的激励和鼓舞 也是这种力 量令我在众多的困难与压力下把握这第一篇论文坚持写完 所以在此感谢 Jim Phelan 先生一直以来对我的帮助 此篇论文令我摸清一些长笛发展的脉络 以及在演奏时从未想过的很奇妙的 原理 我是在不断的痛苦与惊喜中完成此文的 也希望它能够给感兴趣的读者带 去更多的启发 16 附录一 文写作中遇到的问题及解决 附录一 文写作中遇到的问题及解决 Q1 长笛是以笛管材质发声的吗 A 不是 长笛的发声是由管内空气柱振动引起的 当演奏者把气流打在吹口上时 气 流进入笛孔 再出来交替进行 进去出来 这样的交替进行使长笛中产生纵波 长笛演奏者的嘴唇产生一个小范围的空气喷射 把空气横着喷射在吹奏唇口 在演奏者 嘴中的气压大于大气压 能量对乐器的输入量是来源于加快气流在这个喷射口的速度 演奏 者不间断地向乐器提供能量 这与电学相似 就像 DC 能量 声音 想要有振动状态即空气 流动 就像 AC 点雪 在长笛中 空气喷射口与空气在乐器内的共振合作发出流动的震荡 成分 波 空气在长笛中振动一次 一些能量便流出 将音调的高低节旨在打开的笛孔处 总计上 更多的能量丢失消耗在与乐器管壁 与里面的脏物 粘稠物 的摩擦中 能量支撑 音时 这个能量被演奏者往管内输入的能量所取代 一些频率的空气柱在长笛管内的振动会 明显比其他一些频率震动容易 即在确定频率中的共振 这些共振更大程度上测定了演奏 频率并以此方式进行定调 演奏者根据听众头脑中所渴望的共振去选择合适的音键进行结 合 Q2 是否每个音的不同八度音都有相同的频率 A 不是 音频是随八度的不同而变化的 比如钢琴中的中央 C 的频率是 440Hz 那么在它之上的 C 频率就是 880Hz 接着是 1760Hz 向下 还能得到 220Hz 110Hz 55Hz 27 5Hz 等 Q3 为什么在计算第一个八度音频时用公式 f 17174 N L N 1 但在计算大于等于第二八度音频时用公式f 17835 N L N 1 A 在第一个八度中 是从笛口开始计算 而在第二 第三 第四个八度音上时 我 们就要重新整理公式 随着频率值的上升 就会用到在笛口与软木塞之间更多的空间 把这 个空间想象成一个有弹性的弹簧 空气在这个空间中使其顺从于纵波 Q4 纵波在管内怎样移动使长笛发音 A 长笛不同于小提琴等弦乐器 弦乐器的弦振动是可以看得到的 而长笛的振动在 不透明管内的空气柱振动 所以很难说清它的移动 但从时间上看