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第4章乐器的声学模型175
能增加。为了满足总能量保持不变的伯努利定律,该位置的势能必然减小,这意味着此处对管璧施加的作用力会相应减小。
图4.25伯努利效应
示意图(在局部缩窄
的管中,势能+动能
=常数。气流方向用
带箭头的线段表示,
线段之间的间隔反映
了流速的大小。PE为
势能,KE为动能)
KE1PE
距离→距离→
如果缩窄处的管璧具有弹性,并且由伯努利效应产生的力足以使一定质量的物体(例如铜管乐器演奏者的双唇)离开平衡位置,那么管璧会进一步向里收缩一些(比较图4.25的左图和右图);由于缩窄处更窄,使得气流速度进一步增大,动能增大,势能进一步减小来进行补偿,因此管璧加速向里收缩,直到缩窄处完全闭合,切断气流。这时,管内的气压具有使缩窄处重新打开的倾向,管璧也受到恢复力的作用要回到平衡位置,就像两个离开平衡位置的钟摆。管璧回到并通过平衡位置、停止、重新相对运动,伯努利效应加速它们的相对运动,并使它们重新闭合。只要气流不终止,管璧的振动会一直保持下去。如果缩窄处的两个管璧具有相同的质量和张力,例如双唇,那么振动就是周期性的。
唇簧振动由共鸣管支持。铜管乐器的共鸣管通常由一根长管连接到吹嘴构成。通常有一些机械装置使演奏者能够改变管长,最初是用手更换不同长度的音管或弯曲管(例如在号家族中),现在则通过使用伸缩管(例如在长号中),或者使用阀门来增加管长。用伸缩管或阀门调整共鸣管部分的管长时必须采用圆柱形,以便伸缩管或阀门能正常工作。
所有的铜管乐器都由4个部分组成(见图426):吹嘴、截面逐渐变窄的吹嘴管、圆柱形(如小号、法国号和长号)或圆锥形(如短号、粗管短号、中音号和大号)并安装有伸缩装置或阀门的主体音管和喇叭口