做埙公开课：发声原理：吹口耦合(1)

发布时间：2024-03-12

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耦合这个词有点专业，通俗的替代词不好找，想了解专业的解释可以问百度。这词大概意思是说，两个东西它们各自特性不一样，把它们放在一起之后，它们相互影响，原本各自的特性都发生了变化，形成一种彼此关联的新的特性。具体到吹埙，让埙发声需要提供能量，而埙本身不会产生能量，能量要由吹埙的人来提供。吹埙的人呼出的气息携带能量，气息主要与埙的吹口发生一些相互作用，从而能够把能量输送给埙，埙才能能够发出声音。这个相互作用是一种耦合，因为它与吹口直接相关，所以把它叫做吹口耦合。
吹埙的气息控制与能量输送相关的部分，主要体现在三个方面：气流速度、气流横截面积、气流量。气流速度就是呼出气流的快慢（口劲松紧），气流横截面积就是呼出气流的粗细（风门大小），二者相乘得到气流量（单位时间内总共呼出多少气）。下面谈到与气息相关的内容时，一般只用这三个精确定义的词来描述，而不会去说例如风门口风口劲，或者气息强度、力度一类模棱两可的说法。
气流量代表气息所携带的能量总量。直观的，体积越大的埙越费气，因为体积大振动发声需要的能量就多，也就越需要更大的气流量来提供能量。
气流速度反映在吹口耦合过程能否顺利建立。直观的，越小的埙，吹响所需的气息越急，也就是所需要的气流速度越大，反之亦然。也就是说，气流速度与埙的大小必须匹配，才能顺利建立耦合，从而让埙能够发声。
综合以上两方面，就可以解释为什么中间调性的F埙G埙最适合初学。因为只有中间调性的埙，对气流量和气流速度两方面的要求都比较适中，而低音大埙对气流量要求高，高音小埙又对气流速度要求高，初学者所欠缺的恰恰是呼吸方法和口劲的养成。
关于吹口耦合，在详解缘由之前，先进行一些吐槽。目前网上能找到的对于吹口耦合的解释，最流行的说法叫“边棱音”，这个说法没问题，因为确实有这么个边棱音存在，只不过对于边棱音究竟是怎么形成的，再上网搜索一下，各种说法就显得乱七八糟了，伯努利效应，虹吸效应，乃至卡曼涡街……对错难辨。然而，百度输入英文“Edge Tone”进行搜索，返回的第一条结果里面，包含了下面这张图，就算不懂英文的人，只看图也能看懂个七七八八。能够读懂英文，并且能够理解其中物理学含义的人，建议收藏这个网站慢慢看，里面关于乐器声学的内容讲得很细也很清楚，每种现象都给出了理论上的解释，每一条理论也都有实际观测的现象和数据来支持。

看不懂英文也没关系，再点中文的。这张图说明了，具体到吹口耦合的建立过程，可以拆解为若干环节。
首先看左边标注Slit字样的小图，一条狭缝里面喷出的气流，会搅动周围的空气而形成有规律的涡流。百度“射流涡街”，（涡街就是涡流的专业说法），可以找到一篇中文的论文，里面有另一张图是用液体做的实验（气体和液体都属于流体，很多特性是非常相似的），能够很直观的看到这个涡流。（这篇论文还讨论了卡曼涡街，只要能看懂，就会明白把边棱音与卡曼涡街扯上关系纯属无稽之谈。）

气息从人的口腔呼出，相当于气流从一个狭缝喷射出来，同样会引发涡流现象。也就是说，用吹埙的口型，但不对着埙吹，也可以发出气流声，并且这个气流声也可以有音调。如果使劲吹，气流声音调会变高，再放松一点吹，音调又会变低。
这个形成气流声的涡流遇到尖劈时，就会被尖劈分成上下两股，对应第一张图里面标准Edge字样下方的小图。这样一来，气流的涡流就与尖劈发生了耦合，涡流分成两股的同时，尖劈也会以一定频率振动，这个振动频率与尖劈的固有属性有关。
究竟这个振动是怎么形成的，可以拿一张纸做个简单的实验来说明。双手捏住纸的一边，把它拉直，把纸边对准嘴，用吹乐器的气息吹纸，这样纸就会振动发出声音。这个声音的频率随着双手向两边拉纸的力度增大而增大。也就是说，纸越是张紧，吹纸发出的声音越高，反之越低。再具体一点，当吹出的气流喷射到纸的边沿的瞬间，由于气流本身有涡流现象存在，流过纸的两面的气流速度必然会有差异，而气流速度的不同会造成纸的两面的压强的差异。这个现象就是流体力学里面的伯努利效应：流速越大，压强越小。（这方面的一个例子是高速行驶的列车附近空气压强小，会产生吸力，所以人不能太靠近，否则容易被吸过去酿成大祸。）由于纸是柔性材料，这种压差会使纸向流速大，压强小的方向发生形变，纸的边沿偏离气流中心点。这时纸的形变会让它呈现更为张紧的状态，从而积蓄势能。在纸产生形变的过程中，势能会越来越大，当气压差不足以抗衡这个势能的时候，纸偏离气流中心的速度就会逐渐降低至零，然后再反弹回来。在纸反弹回中心位置的过程中，势能释放，转化为动能，直到纸回到气流中心的位置，此时势能为零，动能最大。然后纸在惯性作用下向反方向运动，纸两面的气流速度也发生改变，使得压差反向，在反方向重复之前的过程。以上过程循环往复，即形成振动，发出声音。双手拉纸的力量越大，纸的柔性越小刚性越大，越不容易发生形变。这样一来，纸的形变小了，循环往复的速度就快起来，相应的振动发声的频率也越高，能够建立耦合所需要的气流速度也就越大。
对于埙的吹口而言，先不考虑相对封闭的埙体与外部空间的的气压差问题，假设埙吹口两侧都是开放空间，那么由于埙吹口的刚性比纸要大得多，所以耦合发声的频率远高于吹纸的频率，而人呼出的气流很难达到非常高的速度，所以这种耦合非常难以建立，这种耦合关系也就非常弱。大多数埙的吹口前沿都有一定厚度，但若是埙的吹口前沿很薄或很锐利，刚性不够，那么这种耦合就相对好建立一些，所以有些薄吹口的埙容易发出一种高频噪声，这是其中主要因素。
综上，关于吹口耦合发声，目前已经谈到的有两方面：气流被吹口前沿分成两股涡流，这些涡流会发出声音；如果吹口前沿很薄或很锐利，本身也可以通过耦合振动发声。然而无论气流声还是吹口前沿耦合振动发声，这两种声音都属于噪声。那么埙究竟如何发出乐音，下次再聊。