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作者ym90184 (嘴嘴)
看板Flute
標題[分享] 長笛發聲原理
時間Tue May 8 07:54:20 2018
前陣子有幸接到一個工作 是台灣某個樂團委託設計公司製作影音互動教學系統的案子 因為老師介紹讓我去幫助他們做樂器的拆解3D圖和樂器的介紹 剛好前三個樂器其中有一項是長笛 看了前幾篇文章發現有些人對長笛的發聲原理不太了解 趁著晚上睡不著把影片節錄下來給大家參考 https://youtu.be/YWAjX7R1-Ms
因為這APP的對象是沒有學過樂器的民眾與小朋友 所以只介紹了粗淺的概念，並沒有很深入 這邊用文字解釋一下 長笛是管樂團(交響樂團)中唯一一項吹口外放的樂器 當吹長笛時大約有1/3吹出來的氣流是在外部形成一道氣柱，也就是我們說的氣簧 而另外的2/3經由吹口切開進入長笛的管身內部，形成螺旋的氣流在管身內旋轉 當氣流在螺旋轉動時中間會有一道反方向的氣流從第一個開孔鍵外部吸入空氣流向吹口 (記得小時候去台中科博館地下室有個實驗室可以看到龍捲風氣流的流向，跟長笛的 內部氣流道理是相同的) ========================================================================== 這裡先定義一下不同氣流的代號 吹出來在外面的氣是A1 在管體內螺旋動作的氣流是A2 音管體內螺旋的氣流吸回來的氣流稱為A3 假設空氣中的氣壓為一大氣壓 吹出來的A1會因為管身內吸回來的A3氣流在吹口處往上衝 此時A1的氣壓大於一大氣壓 當接觸到空氣時氣壓會逐漸減弱，當低於一大氣壓時會被氣壓壓下來 壓回來的同時又會被A3氣流往上推 而這樣的反覆作用產生震動，進而產生聲音。 所以用手指將吹口擋住時會阻礙A1與A3的流動而沒有辦法發出聲音。 每把樂器的焦距(A1氣流長短)不同，改變A1焦距會產生不同的頻率 泛音也會增加或減少(音色豐富度改變):ALTUS製作者田中修一老師講座時有提到 此時氣簧的震動會傳導至管體，待會再來討論這個問題 =========================================================================== 現在鏡頭轉到A2 越靠近吹口的A2氣流流速越快，氣壓也越大 而越靠尾管的氣壓會逐漸解弱， 所以短笛的管徑越靠尾端管徑越小是為了增強流向尾端的氣壓。 長笛按的按鍵越少，A2的氣壓會越大，產生的A3氣壓越大流速也越快。 此時在吹口與A1氣流推擠也會越激烈，產生更高的振動頻率。 而按鍵按的越多時A2氣流的能量會逐漸減少，A3也會隨著降低能， 與A1推擠氣流的力量就沒那麼大，頻率會降低。 若按鍵的開闔度過低，會產生音準偏低或聲音變悶的現象 有能是開闔度不夠時對流的A3氣流沒辦法順利流進管身所造成 反之開闔度過大有能會音準偏高或音色太亮等現象 ============================================================================ 以下是我的推導 在高音域的替代指法是為了改變管體中A2的氣壓產生不同流速的A3 讓A1可以發出適當的頻率 不同的指法A3的流速與能量都不同，雖然與A1作用時會產生一樣的震動頻率，但是在 音色與音準上會有差異性 當然每支樂器製作的技術與Know how不同會有更多差異性 這在其他的木管樂器上會有更多的應用，像是薩克斯風的高音泛音 ============================================================================== 氣簧在震動時會傳導到管身，而傳導的途徑是 氣簧->唇墊->吹口台->頭管->頭管接合處->管身->尾管接合處->尾管 其中頭管還包含了反射板、軟木、頭冠等等 管身也包刮了音孔(焊孔拔孔)、鍵柱、按鍵等等 而不同的材質會有不同的重量與密度和傳導性，吹起來的效果也不同 所以在初階鍍銀的長笛上會有唇墊、吹口台或接合處全銀的設計 這也是為了增加重量與傳導，提升音色 市面上有種東西叫做音橋，它的作用是裝在不同部位的接合處，或樂器轉彎處 接合處是為了增加傳導，轉彎處(尤其是銅管樂器)會因為彎折管體時產生厚薄不均 和氣流傳導的問題 所以用手握住管身或加裝配件吹時會感覺到音色變化 有能是增加了重量，也有可能是管體的震動被壓制住了 ============================================================================== 再來討論開孔閉孔的問題 A2氣流在管體內旋轉時接觸的每個部位都會影響他的流速與能量 當按鍵是閉孔時流經按鍵的部位時因為接觸面是金屬，被吸收的能量比較小，氣流可以 保持一定的能量與流速 當按鍵是開孔時流經按鍵時接觸面是我們的手指肌膚，因為肌膚較金屬軟，所以被吸收 的能量也比金屬還要多，這時產生的音色會不同 當然還有因為開孔增加的容積問題，這裡不做討論 所以不同的皮墊和反射板的材質與造型也會造成不同的音色效果 ============================================================================== 後記: 一打下去發現有越來越多要打的東西，好像偏離了主題，但是又圍繞在發聲原理周圍 一定有很多東西是我沒想到或是有缺失的部分，有想到再來補充 長笛的發聲原理是我參考鄭德淵老師的著作《 樂器的科學》一書 網路上有很多提到長笛的原理，但是很多都講得很膚淺或不清不楚 當然自己在做這部分時也發現有一定的難度在 關於這個APP因為尚未上架所以我的影片先設定為不公開 等廠商確認上架後在公開我想會比較好 我知道版上有很多的技師前輩和長笛老師 比起來我只是個鼻屎大的菜鳥 如果上面的解釋有錯誤或不足的地方，也請各位多加指正與補充 -- ※ 發信站: 批踢踢實業坊(ptt.cc), 來自: 36.229.6.77 ※ 文章網址: https://www.ptt.cc/bbs/Flute/M.1525737267.A.1AB.html ※ 編輯: ym90184 (36.229.6.77), 05/08/2018 08:21:08 ※ 編輯: ym90184 (36.229.6.77), 05/08/2018 08:41:47
推 milleniasho: https://tinyurl.com/y85c54o9 山葉官網說明頁 05/08 15:50
推 Mephist: 你可能需要更多資料驗證。因為如果從開孔處再吸入氣流往 05/08 17:32
→ Mephist: 吹口回流是長笛發聲原理的一部份的話，你就無法解釋為什05/08 17:32
→ Mephist: 麼我們吹寶特瓶會有聲音，寶特瓶可是沒有開口的。另外，05/08 17:32
→ Mephist: 你如果把長笛除了吹口以外的孔都堵住的話，也是會有聲音05/08 17:32
→ Mephist: 的。也就是按低音C的指法，再把尾管的尾端也堵住，是吹得05/08 17:32
→ Mephist: 出聲音的喔05/08 17:32
如果是封閉管(像是寶特瓶或蓋住尾端的吹頭管)是靠吹進去的氣流反射回來推氣簧 手邊只有一個舊吹頭可以測試 如果手掌慢慢蓋住尾端音準會降低。 但是如果只留一個小孔這時候吹頭內的氣流會完全流失 沒辦法由外部吸入空氣，也沒足夠的氣流可以反射回來推動氣簧 開孔吸入空氣的問題我再想想有沒有辦法可以視覺化測試 畢竟看不到空氣有點難確認 感謝您提供YAMAHA的網頁 我只注意氣流的流向，把管體內的壓力改變忽略了 想請問一下如果要查詢類似的原理，有沒有關鍵字可以搜尋國外的網站呢？ ※ 編輯: ym90184 (223.136.131.59), 05/08/2018 20:34:19 ※ 編輯: ym90184 (223.136.131.59), 05/08/2018 20:36:37
推 loona: 封閉管 像是寶特瓶 或 玻璃試管 05/08 21:21
→ loona: 你也可以用吹頭蓋住吹嘴代替喔 05/08 21:22
→ loona: 然後你可以對著封閉管吹出聲音05/08 21:22
→ loona: 假設你的嘴巴在六點方向05/08 21:22
→ loona: 吹向十二點方向05/08 21:22
→ loona: 你可以用食指壓製十二點方向管壁的震動05/08 21:22
→ loona: 注意食指要盡量靠近上面的邊緣05/08 21:22
→ loona: 而母指靠在六點方向方便施力05/08 21:22
→ loona: 然後出點力捏住後再吹氣05/08 21:22
→ loona: 就會變成空氣聲了喔 科科05/08 21:22
→ loona: 這點就跟之前做的實驗B一樣05/08 21:23
說實話我看不太懂 如果不拍照或拍影片的話可以麻煩您畫張圖嗎？ 而且我們這裡沒有討論實驗B的問題吧？ ※ 編輯: ym90184 (223.136.131.59), 05/08/2018 21:55:35
推 loona: 12 食指 ( <- ) 母指 6 嘴05/08 22:37
→ loona: ( ) 代表一個圓形試管 <- 代表吹的方向 XD05/08 22:37
推 milleniasho: https://tinyurl.com/y7e5eqt4 発音原理wiki05/08 22:57
推 milleniasho: http://iberia.music.coocan.jp/column_flute.htm05/08 22:58
→ milleniasho: 上個連結是材質影響的科學面解說05/08 22:59
推 Mephist: 我看不懂日文，哈哈05/08 23:32
感謝Mephist和milleniasho 我會仔細了解一下 看得懂一點點日文，但是會很辛苦 說不定我會改app的內容 真是太感謝了 如果還有其他介紹的網頁也麻煩提供給我多方參考 ※ 編輯: ym90184 (223.136.131.59), 05/08/2018 23:37:28
推 loona: 對了 你要看見空氣的話 05/09 21:57
→ loona: 我有想到一種東西 05/09 21:57
→ loona: 電子煙 05/09 21:57
→ loona: 他是用甘油來固化水蒸氣 05/09 21:57
→ loona: 不過這樣有點玩太大了 05/09 21:58
→ loona: 我怕你吸了就回不去了 科科 05/09 21:58
→ loona: 我是沒用過這東西啦 05/09 21:58
→ loona: 只有聽過而已 詳細的我也不知道 05/09 21:58
→ loona: 給你參考 XD 05/09 21:58
→ loona: 然後長笛也有波離的 05/09 21:59
→ loona: https://zh.wikipedia.org/zh-tw/%E9%95%BF%E7%AC%9B 05/09 21:59
→ loona: 但我從來沒找到過 XD 05/09 21:59
→ loona: 如果你工作有需要的話 05/09 21:59
→ loona: 也許可以買一個大形的波離試管 05/09 21:59
→ loona: 加上鑽石刀來鑽出吹口跟一個音孔 05/09 22:00
推 loona: 我覺得你把氣流分開看是不錯的方法 05/16 04:57
→ loona: 但是我的觀點跟你不同 05/16 04:57
→ loona: 我有寫下來加在我那篇的後面 05/16 04:58
→ loona: 你可以來看看參考 05/16 04:58
→ loona: 然後Mephist的說法是有問題的 05/16 04:58
→ loona: 已頭管來講 05/16 04:58
→ loona: 直接吹是中音A 05/16 04:58
→ loona: 但是把頭管尾部整個擋住的話 05/16 04:59
→ loona: 會吹出低音A 05/16 04:59
→ loona: 因為這是兩種不同的機制啊 05/16 04:59
→ loona: 第二種比較接近試管的原理喔 05/16 04:59
→ loona: 不能用都吹的出聲音來說明你的方法是錯的 這樣 05/16 04:59
→ loona: 因為就算有另一種長笛氣璜解釋的正解也會有一樣的現象 05/16 04:59
→ loona: 簡單講 這是邏輯謬誤 XD 05/16 04:59
推 Mephist: 你到底知不知道自己在說什麼？ym上面提到，長笛發聲原理 05/16 07:08
→ Mephist: 有"從開孔吸入空氣流向吹口"這一段，我只是提醒他 05/16 07:10
→ Mephist: 如此一來就無法解釋為什麼尾部堵住也有聲音 05/16 07:10
→ Mephist: 然後你居然認為頭管吹出聲音跟頭管尾端堵住也有聲音 05/16 07:11
→ Mephist: 兩者是不同的發聲機制？ 05/16 07:11
→ Mephist: 我現在 100% 確定，你真的不知道長笛的發聲原理 05/16 07:11
→ Mephist: 你既然能夠說得出，長笛聲波的振動是cos波，那你應該知道 05/16 07:12
→ Mephist: 振動是怎麼形成的才對。了解原理的話，不可能說出 05/16 07:13
→ Mephist: 兩者是不同機制這種話，難道你講的只是從別處看來照搬 05/16 07:13
→ Mephist: 沒有經過理解消化吸收嗎？ 05/16 07:14
→ Mephist: 不管是頭管或試管，發聲的機制是一樣的，只不過因為 05/16 07:15
→ Mephist: 一個是兩端開放一個是一端封閉，所以發出的音高不同 05/16 07:16
→ Mephist: 奇怪，你知道基音是半個波長，那你應該也知道一端封閉 05/16 07:18
→ Mephist: 是四分之一波長才對。難道你只知道基音是半個波長 05/16 07:19
→ Mephist: 但是你不知道為什麼嗎？ 05/16 07:19
推 Mephist: 搞了半天，你在另一篇推文講的"空氣從吹口進入被壓縮 05/16 09:14
→ Mephist: 從音孔排出解壓縮" 我以為你只是因為推文不好用，所以 05/16 09:15
→ Mephist: 懶得組織語句而表達隨便，結果你是認真沒搞懂波怎麼形成 05/16 09:16
推 loona: 我現在 100% 確定Mephist你是來搞笑的 05/21 06:01
→ loona: 頭管或試管不只是音高不同喔 05/21 06:01
→ loona: 而是波動的形式不同 05/21 06:01
→ loona: 簡單教教你 05/21 06:02
→ loona: 試管第一泛音的頻率是基音的三倍 05/21 06:02
→ loona: 而你居然只是認為音高不同 XD 05/21 06:02
→ loona: 我看你的發聲機制應該是不知道何謂波動性吧 05/21 06:02
→ loona: 是不是雞肉牛肉都能吃 05/21 06:02
→ loona: 你看起來就一樣啊 XD 05/21 06:02
→ Mephist: 唉，所謂的知其然而不知其所以然.... 05/21 14:53
→ Mephist: 那你知道為什麼試管的第一泛音是基因的三倍嗎？ 05/21 14:53
→ Mephist: 正確來說，是試管發不出第一泛音，直接跳第二泛音 05/21 14:54
→ Mephist: 你如果知道為什麼，就不會講這種話了 05/21 14:54
→ Mephist: 古代人不懂天文學，所以會以為陰天的時候太陽沒出來 05/21 14:55
→ Mephist: 事實上太陽每天都從東方升起、西方落下 05/21 14:55
→ Mephist: 只不過是雲把太陽擋住了，所以陰天和雨天時看不到太陽 05/21 14:56
→ Mephist: 但是天空仍是同一片天空、太陽仍是同一個太陽 05/21 14:56
→ Mephist: 頭管和試管，發聲原理都是一樣的 05/21 14:57
→ Mephist: 只不過一個是開放管、一個封閉管，所以泛音列組成不同 05/21 14:58
→ Mephist: 在"應用"上會不同，但是原理相同 05/21 14:58
→ Mephist: 就像汽車，前驅、後驅、四輪傳動，引擎的運轉都一樣 05/21 15:00
→ Mephist: 你的發言，就像是在說前驅、後驅、四輪傳動的車， 05/21 15:00
→ Mephist: 採用不同的引擎 05/21 15:01
→ Mephist: 別的就不說了，光你講那幾個實驗，好比說你認為 05/21 15:02
→ Mephist: 手握住管身某幾個地方，就可以讓長笛發不出聲音 05/21 15:03
→ Mephist: 你就已經自己證明自己真的不懂長笛發聲的原理了 05/21 15:03
→ Mephist: 好幾天沒發言，我以為你有去讀書了說.... 05/21 15:05
→ Mephist: 我再用一個比喻幫你理解： 05/21 15:39
→ Mephist: 我做出一個規律運轉的裝置，加上盤面跟指針，那就是時鐘 05/21 15:39
→ Mephist: 我把它製作的小一點，加上錶帶，就成了手錶 05/21 15:40
→ Mephist: 我把時針拿掉，加上一個可以隨時案庭的鈕，就成了碼表 05/21 15:40
→ Mephist: 時鐘、手錶、碼表，原理都是一樣的，只不過一點小變化 05/21 15:41
→ Mephist: 讓你可以用在不同的地方 05/21 15:41
→ Mephist: 開放管跟封閉管的發聲原理也是一樣的 05/21 15:41
→ Mephist: 我拿頭管起來吹，那是開放管，我手堵住尾端，就成封閉管 05/21 15:42
→ Mephist: 開放管可以吹奏出完整的泛音列，封閉管只有偶數泛音列 05/21 15:42
→ Mephist: 兩者看似不同，事實上只要知道聲波如何形成 05/21 15:43
→ Mephist: 就知道封閉管只不過是聲波震動被干擾的結果罷了 05/21 15:44
→ Mephist: 雞肉跟牛肉是不同的，但是炸雞翅跟烤雞翅，都是雞翅好嗎 05/21 15:44