共振—萨克斯的物理学

深海章鱼

共振—萨克斯的物理学


共振—萨克斯的物理学



作者：杨鸿智

杨鸿智博客
网址：http://blog.cat898.com/boke.asp?yanghz70.index.html
邮箱：yhz968@sohu.com



先看一篇文章，题目是《音质与音色》

http://www.sax.tw/view02.htm



音是萨克斯风的生命和灵魂。很多人常说：「吹久了音色就会畅开！」。但是为什么新品的音色不开畅呢？现在有很多新的材质比以前好很多，总是无法充分表现出来应有的音色！也就是无法充分发挥共振效应(共鸣效果)。而很多欧洲、日本制造的萨克斯风新的时候共鸣性就很好，我们研究这个问题很久了，渐渐地有些心得和成果。

萨克斯风管体不论任何材质，在成型加工过程中都会产生「残余应力」，也会造成共振效应不平衡现象，再加上管体有些地方有拉音孔造成材质密度、强度不均匀，焊接支柱底座也会阻碍乐器管体共鸣效应，所以共鸣产生的音色会混乱、僵硬、不均匀。以前国内SAX‧产业界从来没有这方面的概念和研发，只能向乐器产业以外的先进讨教、学习，也得到材料和科技业的先进不奢指教，才能有初步研究结果！

为了调整管体的残余应力、铜晶体分子结构而改良音色和共鸣度(共振效应)我们尝试了各种方法，有很多在萨克斯风业界从来都没听说过的加工技术，在萨克斯风管身材料的物理应力、晶体结构、张力、强度、硬度、密度作一番调整，使金属粒子重新组合，分子共振效应突破临界点，不论大小声、高低音都能充分共鸣畅开，音色均匀，音的操控性并不比欧美日差，使萨克斯风拥有生命和气质！

光是同一材质能表现出不同音色就令所有行家和老师大为惊叹不已，音色的开畅和稳定则大为赞赏有加！本公司已经开办萨克斯风调音服务，如果对自己手上的萨克斯风音色不满意可与本中心联络！一把好吹奏的乐器初学1个月比3个月效果要好，也更容易有成就感！

音是萨克斯风的灵魂，制造技术再怎么提升，音色也要跟着提升才行，否则,即使外表再怎么镀金、镀银也只能是次级品，即使替国外著名品牌OEM加工，也只是外国人眼中廉价劳工的代名词而已！

每一个人在学习萨克斯风过程所花费的精神和时间相当大，而且一把萨克斯风可用个十年、二十年甚至是终身伴侣，音色或者共鸣效果不理想不但学习效果差，也容易造成挫折感。能有自己喜欢的音质、音色，不但学习效果更快，也更能抒发自我情境，所以在挑选时更要实际试音、比较多种音色，慢慢品尝其中不同的韵味，就能找出自己喜欢的音色，学习起来很快就能有成就感！

目前，在台湾的萨克斯风产品制造技术和品质并不会比欧日差到哪里，只是音色和共鸣和谐度差一些，而制造低工资的优势已经被中国取代，现在世界上90%以上的萨克斯风都在中国制造。国内遇到的困境想要生存、发展只有从萨克斯风制造者进化到「萨克斯风创造者」才有生存发展的机会！欧美日不可能教我们调音技术，只能靠自己研发、创新！三人行必有我师，除了广纳社会贤达美意外，更期待国内各种产业先进能提携、建言！外国人可以，台湾人也可以！也期勉大后里乐器公司能从乐器代工制造厂进化成为萨克斯风的创造厂！希望藉由社会大众的参予，改造，使萨克斯风成为台湾人的荣耀！创造出能和日、法一较长短的音色和共鸣度，我们这个技术和成就名为：台湾之音！得以感念这土地上所有努力的人，也将荣耀献给这土地上所有的人们！



杨鸿智：



这篇文章中，首先提出一个概念：“萨克斯吹久了音色就会畅开”。这是一个大家都认同的事实。一般讲，新萨克斯都不好吹，吹出的声音没有艺术的味道。当然，不同品牌吹开所用的时间不同。现在的问题是，应该怎样理解这个事实。这个理解的过程，就是我们认识萨克斯的过程。有了这些认识，我们就能够正确地使用萨克斯，甚至可以在不满意的时候对萨克斯进行改造。也就是说，对“吹开”过程的认识，是我们使用和改造萨克斯的基础。

这篇文章第二个提出的概念是“共振效应(共鸣效果)”。我们一般了解的是，一个乐器发出的声音，是乐器的发声器发出的声音与乐器中的一段空气柱共振的结果。按这个认识，我们已经知道乐器与共振效应的关系。现在，我这里要说的是，这个认识还有不足的地方，还不全面。过去，我们强调的是“空气柱”的振动。现在，我们提出的问题是，这个“空气柱”不是凭空地在空气中的，而是在乐器的结构中的，是在乐器壁的包裹中的。那么，这个乐器的壁与空气柱的振动有什么关系呢？许多研究已经表明，如果乐器的壁能够与空气柱的振动发生共振，音乐的效果最好。所以，一个乐器的质量好坏，主要就是看乐器的壁能够与空气柱的振动发生共振的程度。共振不明显的是坏乐器；共振明显的是好乐器。

第三，文章提出决定萨克斯的管壁是否能够参与共振的，是管壁材质的“残余应力”。我完全同意作者的说法。但是，可能是商业秘密吧，作者没有说明改变“残余应力”的具体方法。其实，一看就知道，即使说了，我们这些吹萨克斯的人，在自己的家中，用自己的条件是没有办法进行那样的改造工作的。



下面，再看一篇文章。文章题目是《关于管的吹开问题》。没有记录地址，大概也是台湾的文章吧。



关于管的吹开问题



有些朋友对于"吹开"一词说不定还相当陌生吧？

我举个例子；?某天，某某人准备帮朋友买一支新的所以在乐器行就试吹起来了，这乐器很棒，音色及音准都在水准之上，大家都很满意，不过在试完乐器之后，店家的老板说︰"这乐器呀，使用一阵子之后吹开了，音色会更棒！吹开的其实并不是很难懂的，在日常生活里也常常有类似的例子，比方汽车，是不是一两年的车子最好开？

没错，新车大家都喜欢，但是最好开的却不是新车。爵士论坛 -- 爵士音乐相关讨论　　唯一比较不同的是，汽机车的磨合有量化的数据可以作为参考，但是萨克斯风的吹开 ( 所有的管乐都是 ) 却无法量化，完全要靠感觉。

有一次，我请双燕的师傅来帮忙修铁片琴，师傅修到一半，顺便将所有的铁片敲过，之后告诉我，

"哪天预算够，就把所有的琴片换掉吧，因为声音都没有弹性了。直到当时，我才知道这些铁片是有生命的。有一次在一个小PUB，鼓手在调整鼓面的松紧与音色，调到一半冒出一句，"鼓皮都死了，真难听！我立刻将鼓皮跟铁片联想在一起。因而归纳出一项假设︰凡是敲击乐器或类似敲击乐器，被敲击而发声的部分，都有其使用寿命。归纳之后当然要验证，木琴的木片，钢琴的琴弦等等，都是一样的。

后来有机会再接触乐器师傅时，一问之下才知道某些道理。比方铁片琴的琴片，假设它可以承受十万次的敲击，敲十万次之后，琴片就失去弹性，声音变差了，就该换琴片了。其实说穿了就是跟簧片一样～～弹性疲乏。那么管乐器 ( 以下我们缩小范围到Sax ) 呢？有没有所谓震动问题？有没有所谓弹性问题？其实这些答都是肯定的，有震动问题，也有弹性问题，虽然方式不是那么直接，但不管如何，Sax的金属只要震动到了某一地步，弹性衰减到了某一程度，就是吹开了，也就是说金属死了。金属死了？要不要换？答案是︰不要换。金属死了之后，为什么铁片琴要换，但萨克斯风却不用换？这是因为铁片琴要活的声音，而Sax要死的声音。没错，不要怀疑，因为Sax要在金属死了之后，才是真正的开始。也就是 "死得好"！因为金属死了之后，表示声音进入恒定状态，这对管乐来说是有绝对的正面意义。

至于金属死亡的时间需要多久呢？实在是因为无法量化，所以也没有肯定的答案。不过吹奏的时间愈久，一定是愈接近吹开这是肯定的。另外很重要的，"吹开"是有所谓品质的，说难听一点，就是金属怎么死的。一把老旧且吹开的Sax，如果给一位有经验的吹奏者鉴定，这位吹奏者可以判断出之前使用者的乐风与习惯。～～古典大师吹开的乐器与爵士老鸟吹开的乐器，之间的差异是相当不同的，～～甚至前主人有没有常吹泛音，是强力演奏还是温文演奏，这样的细节都可以感受。同样是吹开，同样是金属死亡，但却可以呈现出不同的结果 ( 不同的死因 )，而且还可以感觉出来，这实在是非常奥妙。所以不要为了想把乐器吹开而故意乱吹，这对乐器的吹开一点帮助也没有，何况吹开不是靠大声，而是靠时间、靠共鸣。最后再回到日常生活的例子中，:汽车，同样是TOYUTA ALTIS，别人的车开起来手感就是不一样，是吧？所以啰，真的很神奇。关于吹开，.

就是Sax的金属因为长期振动而失去弹性，而使共鸣进入恒定的状态。



杨鸿智：



结合我在前面文章中所发的评论，可以知道，这篇文章也与前面文章一样，认为管壁材质是影响萨克斯管产生共振的重要因素。但是，这篇文章的特点是，提出了一个金属死亡的概念。作者提出，管壁要维持一个恒定状态，才好参与共振。我同意这个说法。但是，把恒定状态说成是死亡，我认为不恰当。

为了表达我的意见，我首先从共振的物理学知识说起。先看共振的基本概念：

(1)、受迫振动：

物体在周期性驱动力作用下的振动，其振动频率和固有频率无关，等于驱动力的频率；受迫振动是等幅振动，振动物体因克服摩擦或其它阻力做功而消耗振动能量刚好由周期性的驱动力做功给予补充，维持其做等幅振动。

(2)、共振：

1 共振现象：在受迫振动中，驱动力的频率和物体的固有频率相等时，振幅最大，这种现象称为共振。
2 产生共振的条件：驱动力频率等于物体固有频率。
3 共振的应用：转速计、共振筛。

关于共振的公式：

（1）振体每振动一次所需的时间，称为周期，记为T；振体在单位时间内振动的次数，称为频率，记为f。周期与频率互为倒数关系，即f=1/T
（2）振动系统发生共振的条件是强迫振动的频率与振动系统的固有频率一致。共振时，振动系统从外界获得的能量最多，其振幅A将无限增大。
（3）防止机械有害共振的主要方法是使系统受迫振动的频率与系统的固有频率相差一定数值。



在这些知识的基础上我们再讨论萨克斯管的共振问题。

在共振中有两个因素。一个叫“驱动力”，另一个叫“振动系统”。在萨克斯这个事情中，“驱动力”就是哨片的振动。“振动系统”就是萨克斯的管身。这样我们就知道，萨克斯发出的声音，是由哨片和管身两个因素决定的。一般讲，萨克斯的管身是已经确定的，不变的因素，所以，改变哨片是改变，提高萨克斯声音的主要方法。

哨片发出声音，是受笛头和卡子的影响的。所以改变笛头和卡子也就成为提高萨克斯声音的主要方法。

改变哨片、笛头和卡子，能够改变萨克斯的声音，这是大家都知道的，而且已经在这样做了。这里我就不讨论了。这里主要讨论萨克斯的管身对萨克斯声音的影响问题。

前面关于共振的理论说，共振与振动系统的固有频率有关。那么，振动系统的固有频率又是由什么决定的呢？物理学已经告诉我们，这个事情是由振动系统的质量，即“重量”决定的。重量轻，一个小的力量就可以迅速改变振动系统运动的方向，因此，振动系统的固有频率快，发出的声音是高频率的尖声音。重量大，需要大的力量，才能够改变振动系统运动的方向，因此，这样的系统振动频率低，发出低频率的粗声音。

根据这个道理，我们知道萨克斯的重量与声音有关。重量轻的，声音尖而且飘。重量大的，声音低沉浑厚。在买萨克斯的时候，应该知道这些知识。

现在，我要说的是，如果我们已经有了一个萨克斯，对于这个既成事实，我们怎样利用上面的知识改变萨克斯的声音呢？大家都认为一个萨克斯的重量是固定的，这样，就没有方法改变它的固有频率了。这里我给大家分析一下，就看出问题来了。

萨克斯是一种结构非常复杂的东西。在固定的管壁外面，有许多按键和连杆。这些东西给萨克斯带来美感和神秘。这些东西的一个特点是，关节点特别多，每个小部分都是活动的，相对独立的。这样就发生一个问题：在萨克斯管壁进行振动的时候，这些按键和连杆是否也同样进行振动？我想，回答是不确定的。有许多因素决定其中某个按键或者连杆是否参与萨克斯管壁的振动。这样，就萨克斯的管身能够参与共振的重量，就成为一个变数。

这个变数越大，萨克斯的声音越不好。这个变数越小，萨克斯的声音越好。所以，减小这个变数，是提高萨克斯声音质量的重要方法。

现在，可以知道什么叫“吹开”了。在不断的吹奏过程中，按键和连杆在不确定的振动中逐渐使自己移动到一个相对固定的位置，这样变数就越来越小了，声音也就越来越好了。

而指挥按键和连杆移动的是哨片、笛头和卡子。因此，一个萨克斯在吹开以后，它的声音状态应该是与你所用的哨片、笛头和卡子一致的，匹配的。也就是说，一个萨克斯的声音，是这个萨克斯主人所用哨片、笛头和卡子的记录，甚至是这个主人吹奏方法的记录。

第二篇文章中说：

“一把老旧且吹开的Sax，如果给一位有经验的吹奏者鉴定，这位吹奏者可以判断出之前使用者的乐风与习惯。～～古典大师吹开的乐器与爵士老鸟吹开的乐器，之间的差异是相当不同的，～～甚至前主人有没有常吹泛音，是强力演奏还是温文演奏，这样的细节都可以感受。”

我上面说的道理，就是对作者这些话的解释。

知道了这些知识，我们就知道怎样的萨克斯是好的萨克斯。也就是在没有吹以前，就可以大概知道这个萨克斯的质量。就是检查一下按键和连杆的活动情况。以前大家都知道，按键和连杆的活动越方便越好，现在，我要加一条，太活动了，使共振的变数太大，会影响声音。因此，这个活动度应该是在不影响按键正常活动的情况下，连杆的螺丝越紧越好。

按这个道理，我检查了自己的萨克斯。不看不知道，一看吓一跳。全部的连杆的螺丝中，有三分之二以上是松的，可以再拧紧一些的。我们在选择瓷器的时候都知道用什么方法，就是把瓷器托起来，用另一只手的手指弹那个瓷器，如果发出圆润的乐音的是好瓷器，如果发出破音的，应该是有裂痕的瓷器。我用这样的方法，把萨克斯拎起来，敲了敲，完全是破铁盆的声音。不是一个统一的乐音。太叫人吃惊了。我立刻把所有可以拧紧的螺丝都拧紧，这样，萨克斯的声音确实改变了许多。用很轻的气息就可以吹出沉稳的声音。这就叫“振动好”。

阿了

好东西呀，下来慢慢学习，先谢谢了

able_chen

有东西，可惜就是政治色彩浓了（“目前，在台湾的萨克斯风产品制造技术和品质并不会比欧日差到哪里，只是音色和共鸣和谐度差一些，而制造低工资的优势已经被中国取代，””外国人可以，台湾人也可以！ “）

tjl0824

<音质与音色>那篇能不能麻烦转载下,链接打不开,估计tw结尾的被屏蔽了...

xincxc

太好了，我昨晚也检查了萨克斯的螺栓有松的，一一紧了，效果不错，还有弹簧也要检查检查，有时候也会松的！
震动的理论讲的很好！

huangyao

深受教育`!