中國勻孔笛音準影響因素的樂器聲學分析

［摘"要］"勻孔笛是重要的民族管樂器，曾廣泛運用于各地的樂種、劇種之中，對中國傳統音樂的風格特點有著重要的影響。本文從邊棱吹奏氣鳴樂器的聲學原理出發，結合吹奏及笛上開孔實驗，對中國勻孔笛音準影響因素予以總結，認為其可劃分為主客觀兩方面。主觀方面包括演奏者的氣息變化及指法開放的不同程度；客觀方面包括溫度和樂器的管長，內徑，吹孔、指孔、基音孔位置及大小形制結構等。

［關鍵詞］"勻孔笛；音準；樂器學；樂器聲學

［中圖分類號］"J6321

［文獻標識碼］"A

［文章編號］"1007-2233（2024）08-0187-03

中國傳統音樂中普遍使用的笛子是一種均勻開指孔的勻孔笛（如圖1

圖片出自馬承源、王子初：《中國音樂文物大系·上海卷、江蘇卷》，大象出版社2001年版，第238頁。在原有圖片基礎上，筆者對樂器結構進行了說明。資料顯示，這個勻孔笛是清代文物，音孔間距大致相等，1956年由南京王敦化先生捐贈至南京博物院。

），亦稱均孔笛，在樂器學上歸屬于有指孔的側吹笛類邊棱吹奏氣鳴樂器（42112112）。相較目前普遍使用的定調笛（如圖2

圖片出自劉京宇：《中國民族樂器竹笛的指向性研究》，《中國音樂》2015年第3期，第34頁。在原始圖片基礎上，為了便于比較，筆者對部分樂器結構進行了說明（標記有*號）。

），勻孔笛與定調笛主體結構是一致的，根本差異僅在于六個按音孔的開孔位置不同，因此二者在樂器聲學原理上并無差別。下面，筆者將從邊棱吹奏氣鳴樂器的聲學原理出發，對中國勻孔笛的樂器性能進行探索。

[XCX36.TIF][TS（1][HT8.K]圖1"勻孔笛"[TS）]

[XCX37.TIF][TS（1][HT8.K]圖2"定調笛"[TS）]

從演奏實踐來看，吹響一根笛子的過程，就是演奏者以“微笑狀”口型控制嘴唇松緊，聚攏出集中的束狀氣流，取斜面（人臉平面與吹孔平面大概接近80°）角度用合適力度射入吹孔。

[TPX38.TIF;Z1*2;Y1*2，Y#][TS（1][HT8.K]"圖3"邊棱音激勵過程"[TS）]

按音樂聲學原理分析，這個發聲過程大致可分為兩個環節，即“邊棱激勵”（圖3

圖片出自劉京宇：《中國民族樂器竹笛的指向性研究》，《中國音樂》2015年第3期，第35頁。）

與“耦合”。在邊棱激勵過程中，演奏者以斜面角度吹出的束狀氣流（卡曼串）被吹孔一端的尖銳邊緣切割成兩股，氣壓密度發生改變，從而形成上下分離的兩個氣流渦旋，渦旋之間產生空隙，相互碰撞摩擦便產生邊棱音，因此這種以邊棱音作為激勵源的管樂器，也被稱為邊棱音管樂器。同時，邊棱音本身僅是一種音強較弱的嘶嘶聲響，只有與共鳴腔體進一步“耦合”后，才能被放大為我們一般人耳聽到的樂音，這就進入了耦合的環節。在這一環節中，演奏者需通過控制風門（嘴唇閉合程度）、氣量、角度等，改變邊棱音原有的振動頻率與管腔空氣柱基頻相協調，從而激發笛管內空氣柱的振動，實現二者的耦合，并在管腔內形成穩定的駐波。當這種開管駐波再次與管口外空氣激勵后，便形成了我們一般聽到的樂器音響。也就是說，影響勻孔笛音高的決定性因素是參與“耦合”的空氣柱頻率。把握住這個關鍵性因素后，便可對勻孔笛音準的影響因素作進一步劃分，筆者將其分為主觀和客觀兩個方面。

一、主觀方面（演奏者）：氣息與指法的調控

氣息方面，具體表現為口風松緊（嘴唇閉合程度）、氣量多少、氣流速度、吹奏角度的調整。原理均為改變吹口處空氣密度，增減邊棱渦旋的碰撞次數，進而調控邊棱音的頻率，影響“耦合”的空氣柱頻率變化。不過，這種調控對音高的影響存在一定限度。據筆者的多次吹奏實驗

實驗方法：以GMAS（通用音樂分析系統，由中國藝術研究院音樂研究所和中國科學院聲學研究所共同研制的電腦測音軟件），錄入一段由正常吹奏逐步調整為氣息控制極值的音響，取音響的初始與結束部分較為清晰的節點進行測音，獲得相對變化音分數。由于這個過程取音無法精確，故實驗數據僅供參考，主要用于呈現變化趨勢。

，在不引起“超吹”的情況下，通過氣息控制，靜態吹奏時，勻孔笛最大限度可以實現90音分左右的降低，以及30音分以內的升高，不過此時音色的變異已較為明顯。當演奏動態樂曲時，可調整范圍將進一步縮窄，但30音分左右的音高調整仍較易實現。同時，按孔數量的多少及管徑的粗細與這種變化幅度成反比，即空氣柱體積越小，變化幅度越明顯。需要說明的是，這里的吹奏實驗數據只能提供大概的參考，因為每個演奏者的演奏習慣和技藝水平并不一致，實際演奏過程中氣息的變化也較為多樣，我們無法劃定出較為精確的控制量和范圍。但通過這個簡易的吹奏實驗，我們可以總結一個規律，即利用氣息控制音高，降低音高的效果比升高更明顯。并且管腔內空氣柱體積越小，音高調整的效果也越好。

指法方面，演奏者對于音高的控制主要通過開放音孔來實現。根據開放程度，又可進一步劃分為“全開（按）”“半開（按）”和“叉口”三種操作方法，其原理是通過改變實際管長來影響管腔內空氣柱基頻，進而改變音高。對于一根理想的開管樂器（內壁光滑且兩端內徑一致）來說，空氣柱振動的頻率變化公式為：

公式一"空氣柱頻率變化公式

f=[SX（]v[]2L[SX）]

（式中f為空氣柱振動的頻率，L是有效管長

有效管長并不等同于實際管長，因為管內空氣柱的運動慣性，總有一部分空氣會溢出管口。因此，有效管長大于實際管長，溢出實際管長部分的空氣柱需要進行管口校正。，

v是聲速）

由此可知，空氣柱的振動頻率與管長成反比，與聲速成正比。笛子雖然并非內壁光滑、兩端內徑一致的理想管樂器，但其空氣柱振動的頻率變化情況仍基本符合該公式的計算方法。因此，演奏者可以根據由大至小的音高變化程度需求，依次選擇使用“全開（按）”“叉口”和“半開（按）”的操作方法。特別需要說明的是，這里“半開（按）”的方法并不是嚴格意義上的開合半個音孔，開放音孔多少完全由演奏者根據用音需求決定。不過，這種指法存在一定難度，并不是所有笛師都能掌握這種技術。在筆者看到的大部分材料中，笛師在使用勻孔笛時，并不使用這種半孔技術，甚至在民間的演奏中，這種技法一度失傳。所謂“叉口”指法，即“交叉按孔”的意思，在昆笛演奏中又被稱為“羊角開”。當需要使用這種指法時，演奏者要在原有指法的基礎上，隔開末孔最相近的一個音孔后，繼續閉合其他音孔，音孔按住數量越多，音高也就越低。以最常用的小工調指法（筒音作“[ZZ（]5[ZZ）]”）為例，“do”的按法是開一、二、三孔，這時如果仍需降低音高，可以隔開第三孔不按，按沒第二孔或者一、二孔齊按。究其原理，仍是由于管腔空氣柱長度變化。按孔數量增多，管腔空氣柱亦增長，這時振動頻率變低，音高也就降低了。同時，由于隔開一個孔后才增加空氣柱長度，大部分的管腔空氣已從隔開音孔處溢出管外與空氣激勵發聲，所以這種叉口指法只能是對音高進行微調。“叉口指法”并不是每個音孔都可以實現，“筒音”和“第一孔”就沒有這種叉口按法。對于叉口指法的音高影響情況，筆者以常用的C調曲笛進行了吹奏實驗

實驗步驟：以GMAS為測音設備，先吹出基礎音高，緊接著使用不同的叉口方案，中途不停下來，取每次吹奏實驗的差值，同一種叉口方案取三次差額，得平均差額。

上表展示出，以小工調指法的變宮、宮、商、角、變徵音為基礎，在不超吹的情況下，各種叉口指法可以降低的幅度。實驗證明：第一，同一基礎音，叉口指法按孔數量增多，音越高調整的效果也越明顯。第二，基礎音越高，音高降低幅度也就越大。如音最高的#Fa基礎音，最大的音高調整幅度竟能達到150音分左右。需說明的是，叉口指法的使用較為靈活，列表羅列的只是常規的叉口按法。實際演奏過程中，叉口指法的按孔數量可以自由把握，從而實現更為準確的音高調整。目前，定調笛使用的叉口按法，常用上表#Fa音的第二類叉口指法，即閉合四、五孔產生低半音的F音。

二、客觀性方面（樂器）：溫度與樂器結構對音準的影響

就樂器自身條件而言，影響音準的要素主要有溫度與樂器結構兩方面。

根據聲學原理，由于空氣柱的頻率變化與聲速成正比，而聲速變化與溫度亦成正比，因此當溫度升高時，管內空氣運動速度變快，空氣密度（壓力）增大，笛子音高也將隨之變高。反之，空氣溫度降低，也會使笛音降低。不過，溫度影響的是笛子整體的絕對音高，不會對某個音孔單獨產生影響。并且，溫度影響在吹奏一段時間后就會減弱。民間藝人在定音及吹奏前，常將按孔完全封閉，不斷將口中熱氣灌入樂器中，直到正式演奏為止，使管內空氣溫度不斷趨近于人體溫度，逐步穩定樂器音準，最大限度地克服溫度的影響。

樂器結構方面，已有相關研究成果對影響因素作了較為全面的說明，主要有以下幾點：管長及內徑；吹孔、指孔、基音孔的開孔位置及大小尺寸；笛塞深淺。筆者親自前往樂器作坊進行了實證性的樂器開孔實驗后，在已有研究成果的基礎上，有以下四點補充性認識。

第一，基音孔決定笛子的筒音音高，有無膜孔與助音孔對音準不會產生明顯影響。對此，筆者進行了一個簡單的吹奏實驗，即在吹奏筒音時，依次用紙膠帶封閉基音孔、膜孔與助音孔，并對這三種情況進行測音，發現僅有封閉基音孔時，笛子的音高明顯偏低，這說明基音孔對筒音音高有所影響，膜孔和助音孔的開設并不影響音高情況。但是，由于膜孔上覆蓋的笛膜是一層蘆葦薄膜，孔的形狀大小會影響笛膜的貼合情況，過松過緊都會影響演奏者的吹感，進而影響音高。

第二，縱向

這里所說的縱向是指垂直于音孔排列的方向。

挖寬指孔對于音高的調整效果不明顯。因此，采用挖孔方式調整音高時，應削磨最靠近吹孔一側的壁厚。記錄笛上開孔數據時，則應以橫向最上端位置作為開孔位置。

第三，笛塞與吹孔的距離主要影響超吹時八度的寬窄。制笛師傅告訴筆者，笛塞距吹孔的距離一般為2～4毫米，在制作過程中不必精確調整，取大概距離即可。當八度偏寬時，可以將笛塞位置向吹孔方向微微挪動，偏窄時則往反方向移動些許。因此，笛塞與吹孔的距離對音準的影響可以忽略不計。

第四，樂器材料密度、內壁的光滑程度及管體錐度，在一定范圍內對音高影響不大，可以忽略。對此，筆者設計了一組實驗，因為竹管兩端的管徑會有細微差異，所以實驗選取相同管長和吹口內徑的PVC管與竹管進行比較，二者音高在聽覺感受上并無明顯差別。因此，可以確定，在一定限度內，笛管錐度對笛子音高影響不大。不過，由于全國各地的竹材種類不同，錐度也不盡相同，且部分笛子還留有竹節，錐度變化也未必十分勻稱。因此，錐度對音高的影響還要視具體情況來判斷。

結"語

綜上所述，影響勻孔笛音準的因素主要包括：主觀方面，演奏者的氣息變化（口風松緊、氣量多少、氣流速度、吹奏角度）以及指法開放的不同程度（“全開”“半開”及“叉口”）；客觀方面，溫度、樂器結構（管長，內徑，吹孔、指孔、基音孔位置及大小形制）。由此可見，勻孔笛的音準容易受到主客觀多方面的影響。

參考文獻：

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（責任編輯：金方建）