笛子的高音是“泛音”
笛子的高音是“泛音”
笛子作为中国传统乐器，其高音演奏技巧一直备受关注。本文将从声波、开管乐器频率公式、泛音等基础概念出发，深入解析笛子高音的产生原理，帮助读者理解这一美妙音乐现象背后的科学原理。
一、声音
声音是振动产生的声波，通过介质传播并能被听觉器官所感知的波动现象。
声音的频率（f）指每秒钟周期性震动的次数。单位为赫兹（Hz）。频率越大，人所感知其音调越高；频率越小，感知其音调越低。人耳能听到的声音频率在20~20000 Hz之间。
声音波长（λ），单位为m。波长越短，频率越大；波长越长，频率越小。波长与频率的关系为：
c为声速，单位为m/s。
二、木管乐器的频率公式
木管乐器大致可分为开管（两端与空气相连）和闭管（一端封闭、一端与空气相连），二者空气柱（圆柱形）被动力源（一般为边棱音涡旋）激发后的振动方式如下：
开管乐器的动态示意图：
设管长为L，则波长与管长的关系及频率公式为：
开管：f = nv / 2L
闭管：f = (2n-1)v / 4L
其中，n为正整数，v为声速。
三、泛音
不论是弦还是空气柱，整体振动产生的音是基音。除整体振动外，还有分段振动，分段震动发出的音为泛音（一般也可称谐波）。
一般地，乐器以某一频率f发声时，会伴随着2f、3f、4f等频率的音。
以f的泛音为例列表如下：
如何得到泛音？
以弦乐器为例，轻按弦的1/2处时，基音（频率f）被抑制，第一泛音（频率2f）被增强；轻按弦的1/3处时，第一泛音被抑制，第二泛音（频率3f）被增强……
开管乐器为得到泛音有两种方法：
- 增加流速。在吹奏力度（吹速）到某一程度时，基音会被抑制，第一泛音被增强；再加大力度，第一泛音被抑制，第二泛音被增强……
有论文分析实验如下：在一定范围内，音的频率阶段会随着流速的增加而跳变到更高的阶段。
- 改变有效管长。在原管长的1/2处略开一小孔，此法类似于弦乐器在弦的1/2处轻按，这样可以得到第一泛音；在原管长1/3处略开一小孔，可得第二泛音……
开闭管乐器的泛音稍有不同，区别如下：
开管：f = nv / 2L
闭管：f = (2n-1)v / 4L
N为泛音参数，吹奏力度越大，该数越大。
四、笛子高音超吹原理
有了以上介绍，本节内容就不难理解。
笛子为开管乐器，频率公式为：
f = nv / 2L
L为有效管长（非实际管长。考虑到吹气端与按孔端的空气柱长度及其他实际因素，实际管长应设计得比有效管长略小）。
笛子共有6个按孔，由下至上依次放开，逐渐减小，频率逐渐升高。平吹只能吹得一个八度范围的音（基音）。那么要演奏更高的音的话，就需要利用泛音。
利用第一泛音能演奏比基音高一个八度的音； 利用第三泛音，一般能达到第三个八度的几个音； 第二泛音常用于演奏“泛音技法”的音，乐谱记法为“泛音”。
以D5调笛为例，各音的指法及音名列表如下：
A5音开第六孔，这一方法比增加吹气流速更易得到泛音。后续指法亦有类似的处理，如B6音闭二三五六孔，开一四孔。表中高音指法为经验指法，因为不同演奏者的技术、不同笛子的长度、内径、孔径等都会有不同，所以高音的指法应以实际为准。
附：边棱音乐器发音机理
边棱音管乐器的发音，是由管口处气源形成的稳定气流，撞击管口边缘产生边棱音，同时激发管中空气柱做周期性振动，并耦合放大后产生的。具体原理为：当吹口喷出连续、稳定的气流，以一定角度射向对侧的管边棱时，气流沿着边棱的上下两面逐渐扩张，与原来静止的气流混合，并一同产生旋转波动，当振动着的气流被边棱中分时，便会形成两股上下分离的气体涡旋，由于气流受到阻碍，改变了其各个质点的流速，并且产生了压强差,流速小的压强大，流速大的压强小，压强大的质点就会向压强小的质点方向移动。因此，在气压的作用下，涡旋之间产生空吸现象，涡旋之间相互吸引碰撞，在气流连续不断地产生时，涡旋也将持续碰撞发出声音，即产生边棱音。
边棱音本身是非常微弱的，需要通过与边棱音管的振动耦合放大，才能发出声音，其耦合过程为：边棱音刚产生时，频率非常高，在激发边棱音管中的空气柱振动后，空气柱又反作用于边棱音，将其频率拉低到空气柱的固有频率附近，当边棱音与空气柱的固有频率很接近时，便会发出稳定的声音，此声音信号频率与空气柱的理论频率有些许差异。而在管口处脱离的涡旋，由于内部不稳定性与流体粘性的作用，在向下运动过程中，不断撞击管的腔体后侧，产生扰动，向管内的声场传递能量，同时，该扰动又反馈回腔体前缘，影响之后涡旋的形成，形成一个具有谐振特性的能量反馈回路。
参考文献
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