长号的发音原理及号嘴的作用

　　用各种材料制成的中空的圆柱体，称为管。一切弹性体质在受到外力策动时，都能产生振动，管中的空气柱也不例外。当管中的空气柱受到激发后，会产生纵方向上（与管长方向一致）的振动和横向的（与管长垂直）的振动。同弦的振动相反，因为空气使流动弹性物质，所以空气柱振动以纵向振动为主，决定了振动的基频和一系列泛音的频率。然而横向振动会产生高次泛音。正是空气柱振动中不同分量的纵振动和横振动的迭加形成了管乐器的不同音色特点。

　　空气柱振动特点是，管子越长、越宽（直径越大），则频率越低，反之亦然。因此，改变管的长度和宽度就可以改变空气柱振动的频率。管乐器上所用的空气柱因管的结构不同而分为开管与闭管两种，它们的振动特点亦有差别。两端开口的管叫开管。开管空气柱振动时，两端为振动腹，在管的1/2处（中段）是基频的节，在管的1/4和3/4处形成第一泛音的节，在1/6和5/6及1/2处形成第二泛音的节……

　　开管空气柱的振动波从管的一端出发，到达管的另一端又被反射回来，当这个反射波回到原处后如果恰和下次振动所引起的波相位完全重合、形成驻波，又一起向另一端出发，这时，振动幅才能得到加强，获得最大音量。由此可知，开管基频的波长等于管长的两倍，第一泛音的波长等于管长，第二泛音的波长等于2/3管长，依次类推。一端开口一端闭塞的管叫闭管。闭管空气柱振动时，其开口端是波腹。闭端的空气是不振动的，对于空气柱振动来说，这里永远使波节。

　　对于闭管空气柱来说，它的振动波需要往返两次，才能使反射波与再次发生的波相重合。闭管的振动还有一个特点：只能产生基础音上方的第二、四、六、八……偶数泛音，而不能产生第一、三、五、七……奇数泛音。由此可知，对于同一长度的管来说，开管的固有频率比闭管的固有频率高一个八度。

　　管形共鸣器部分组成：在这里出现了一个奇怪的现象：在别的振动方式里，声源的振动频率对于共鸣体来说，带有主导的性质，共鸣体只能服从，往往抛开自己的固有频率而按声源的空气柱如果没有外力的激发自身不会产生振动。因此，管乐器实际上都是由振动的声源部分和频率来振动。而空气柱振动与其声源振动的关系与此不同。当声源振动激发空气柱振动后，空气柱振动又反过来对振动源施加影响，如果振动源的频率与空气柱的频率不相符，振动源的频率将被拉低或拉高，直至调整到相符为止。这种现象称为耦合。耦合是共振现象的一种，在乐器中使常常遇到的。

　　空气柱振动的声辐射，同其他类型振动的声辐射有一个明显的区别。例如，弦鸣乐器的声辐射主要通过共振箱的面板、背板和侧板以及f孔向四周辐射。空气柱振动的声辐射直接与大气相连，同时气流方向与波动方向相一致，因而使声辐射较集中于管口外端，使人感觉有明显的方向性。一个管弦乐队在演奏时，各种乐器相比之下，管乐器、特别是面对听众的铜管乐器音量最大，也就是这个道理。唇振乐器是以嘴唇振动作为声源，以空气柱振动作为共鸣体的乐器，也就是我们通常所说的铜管乐器。其形制大致可以氛围声源部分（号嘴）、共鸣部分（号管）和调律部分（按键活塞）等。唇管乐器是以吹奏的嘴唇振动为发声源。吹奏时，把号嘴贴在嘴唇上，空气通过双唇之间的缝隙射入号嘴，此时，由于空气的喷射，逼使双唇离开正常（平衡）位置产生振动。唇振动同簧振动的原理是一样的，可以把双唇看作是肌肉制成的双簧。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，还需要吹奏者对嘴唇紧张度进行控制。总的来说，吹奏低音时，嘴唇（包括整个口腔肌肉）要相对松弛，随着音的高而逐渐收紧。在这方面，唇震动和簧振动有明显的区别。唇如同可变张度和劲度的簧，而普通的簧片则没有这种可能。作为振动音源的口唇，并非天生就能产生最佳的振动状态。要想获得美妙的音色、理想的音准和大幅度的音量变化等技巧，一定要经过长时间的刻苦磨练，使嘴唇习惯于声振动，能自如地同空气柱耦合，不需要挤压就能对音高作出修正。

　　不同的演奏者，应根据各自的嘴唇条件（如嘴唇的厚薄、牙齿的整齐与否等）来确定自己的口型。其基本原则是选择自己嘴唇的最佳振动位置来放置号嘴。如同簧片的振动一样，唇的振动主要是以横振动为主，它的高次泛音与基频的关系是不和谐的。而空气柱以纵振动为主，因此，耦合的过程亦即将横振动转变为纵振动的过程，在这个过程中，唇的固有频率被拉低了，削弱了不协和泛音的振幅，突出了和谐的成分。但是横振动仍然产生作用，特别在铜管乐器中，横振动所以产生的高泛音（柱面波）是金属声色彩形成的主要原因。

　　号嘴的作用，主要是固有唇振动的范围。不同音高的唇管乐器，有不同长度和内径的空气柱，而唇的宽度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，与不同的唇管乐器相配合。号嘴的另一功能是改变音色。这使因为嘴唇振动时，振动着的气流还会在号嘴内产生旋涡而引起边棱音效应。内径形状不同的号嘴，边棱音振动分量亦不同。频率变化同弦振动一样，开管空气柱在全段振动时，也均分为1/2、1/3、1/4……段，各段同时振动，产生的自然泛音列与弦振动是一样的。所以，唇管乐器的吹奏者，在不按动活塞的情况下，只改变嘴唇的紧张度，用超吹的方法就可以在唇管乐器上奏出自然泛音列。其原理就是使唇振动同空气柱的全振动、1/2振、1/3振……相耦合。为了上唇管乐器奏出自然那泛音列以外的音，人们想了许多办法。一种办法是在号管上如同双簧管那样安上许多按键，这个办法因音色不理想而弃置了；一种办法是让数人各吹奏不同长度的音管，这个办法音把旋律弄得支离破碎而失败了；有人使用伸缩管的办法，解决了吹奏半音问题，但演奏不够灵活，而且吹奏连音不理想，不过有它的音色特点，所以直保留在长号上继续使用到如今。直到活塞的发明，才个唇管乐器帮了大忙。活塞的原理是使基础音管随时接通附加音管，改变了空气柱的长度，从而奏出不同基频的自然泛音列。