钢琴有88个键,笛子也至少有六个孔,而小号只有三个活塞阀,为什么能演奏那么多音符?精致闪亮的管乐器和粗重黑灰的汽车排气管,二者居然有原理相通的地方。
周末,我和室友泉余、我心目中的女神珍旭班长到她爷爷奶奶家里蹭饭。她的爷爷奶奶从渔村里的文艺骨干,凭精湛技艺和积极学习,逐渐到县里和省里工作。又经过刻苦进修和专业深造,爷爷现在是炉火纯青的铜管乐演奏家,奶奶是功力醇厚的歌唱家。
爷爷奶奶见到我们,笑得非常开心,我们也受到感染不再拘谨了。我被书柜里爷爷手持小号的一张半身照吸引了:‘爷爷好帅呀。’泉余室友请教:‘您的小号上有三个活塞阀,这是做什么的?’爷爷讲解道:‘小号上的活塞阀是用来改变管道长度的。每按下一个活塞阀,就会把一小段管子加入整个气路,起到增加乐器总长度的作用。第一个阀使音调降低一个全音,第二个降低一个半音,第三个降低三个半音。’
泉余室友疑惑地问:‘钢琴有88个键,笛子也至少有六个孔。而您的小号上只有三个活塞阀,为什么能演奏那么多音符呢?’我也有疑问:‘我看小号演奏家演奏一段旋律里面不同音符的时候,有时候手指动,有时候不动,这是怎么回事呀?’爷爷愣了一阵,显然是我们的问题层次太低了,让爷爷一下子不知从何说起。于是他拉开小柜子抽屉拿出车钥匙:‘走,看来要先带你们去我的工作室做点实验了。’
在爷爷的工作室,爷爷拿出一支圆珠笔,让泉余室友把笔管取下来。泉余室友熟练地把圆珠笔拆散,把笔管拿到嘴边‘吱吱’地吹响。爷爷知道我的手机上有一个观察频谱的软件叫Spectrum View,让我点开,又让泉余室友堵住笔管一端吹响,手机屏幕上出现了频谱。频谱上横坐标是频率,纵坐标是强度,每一个尖峰代表一个谐振频率。笔管长度大约9厘米,第一谐振频率870Hz左右。
有意思的是,对于一端堵住的管道,其频谱上只有奇次倍频的谐振尖峰,而没有偶次倍频。
爷爷解释道:‘对于柱状的管道,一端堵住,谐振的时候里面声波压强的微小变化是这个样子的。在左边封闭这一端,压缩的空气无法运动,因此压强变化为极大。而右边开口这一端,管道内空气与外界大气相连,压强的变化基本为0。这样一来,当管道长度为声音波长的1/4,3/4,5/4等倍数时,管道内往返反射的声波互相加强而谐振。’
‘这些性质,在我们平常小孩学的管乐器里头能见到吗?’泉余室友这次虚心了。‘我小时候学过几种管乐器,很好奇为什么有的乐器是八度超吹,而有的是十二度超吹。’珍旭班长说:‘现在看来,是管道谐振频率的性质决定的。’
爷爷接着解释:‘铜管乐器和木管乐器有不少相通的地方。他们都是靠管道当中的空气产生谐振来发出声音的,不同的地方是激励空气振动的方法不同。铜管乐器是靠嘴唇吹气时振动来激励管道内空气谐振的。’
‘所以,你们在铜管乐器上看到可以按的地方非常少。早期的很多铜管乐器,压根就没有可以按下去改变管道长度的地方,这种乐器称为自然长度乐器。’爷爷说:‘实际上现代的很多铜管乐器,比如军号,上面既没有阀门,也没有音孔,完全靠这样一个固定长度的管道,就可以至少演奏出‘嗦多咪嗦’四个音符。’
‘爷爷,您和奶奶当年用螺号合奏过《海上女民兵》是吗?’泉余室友问。爷爷拍拍珍旭班长的头:‘这个小妞,总喜欢拿老辈人的故事八卦。’泉余室友说:‘我不是为了八卦,我是想弄清楚这里面的音乐知识。’
‘其实,这种技巧在圆号演奏中应用得非常广泛。’爷爷说:‘现代的圆号有三个或四个阀,通过改变管道长度,已经可以演奏任意一个音符。但是圆号的这种右手技巧,仍然保留到现在。’