铜管乐器音响特性和音域完整研究

（一）铜管乐器的音响特性

1.圆号

（1）频率特性与频谱结构

圆号低音区的音频率为58 Hz，极高音区的bb2，音频率为932 Hz；最低基音的高频泛音可达10 000 Hz左右。它的谐波分布均匀，其基频在频谱中居于优势。但自c1以下，最强的却是第4和第5分音。

圆号的主要共振峰约位于250～500 Hz之间；次要共振峰则分别位于600～1 200 Hz及1 600～3 000 Hz之间。

（2）时间过渡特性

圆号采用“硬起吹”时的起振时间，在低音区约40～80毫秒，高音区仅20～30 ms上下；若采用“软起吹”，则需要100～150 ms（有时甚至更长）。在用嘴唇（口型和唇压变化）将两个不同频率相连接时，可形成频率间十分平滑的过渡；如果利用活塞，则会出现频率“棱角分明”的骤然变换。在圆号上可形成良好的稳态持续，但常常带有一点频率上的微微波动；其衰减时间与起奏时间相仿。

（3）方向特性

圆号的声波传播方向通常由持号姿势所决定，明显地偏向于演奏者的右侧方。在低于350 Hz的频率范围中，其声波的传播一般呈扇面形的散射；随着频率的增高，特别是1 000～4 000 Hz以上的高频成分，可形成朝向右侧上方及斜后方的、角度越来越窄（集束形）的辐射。此外，圆号的声波传播还常常受到阻塞音或闭塞音奏法的影响（高频成分被遏制，方向性效果减弱）。

（4）力度特性

圆号的动态范围，无论在高音区还是低音区，均为30 dB左右，即在低音区，ƒƒ力度约70 dB，pp力度约40 dB，力度差为30 dB；在高音区，ƒƒ力度约100 dB，pp力度约70 dB，力度差同样为30 dB，如图3-1所示。

图3-1 圆号的动态范围

2.小号

（1频率特性与频谱结构

小号属泛音较丰富的乐器。其低音区的e音频率为165 Hz，高音区的c3音频率为1 047 Hz；最低基音的高频泛音一般可达15 000 Hz左右。但其频谱的形成，与力度的强弱有着特别密切的联系。在pp时，分音数量极少，音质柔和；ƒƒ时，则可激发出高达人类听阈极限的分音，使其音响变得异常尖锐、刺耳。小号的谐波分布均匀，在高音区及最高音区中，基频在频谱中居于优势。在中、低音区里，基频稍弱，常常是第3、4分音显得更突出。

小号的主要共振峰约位于1 200～1 500 Hz之间，色调明亮；次要共振峰则位于2 000～3 000 Hz之间，这使它多少带有一些鼻音的色彩。

（2）时间过渡特性

小号采用“硬起吹”时的起振时间，与圆号的高音区相似，仅20～30ms；若采用“软起吹”，则视音区、力度的不同，需要40～180 ms不等。在小号上可形成良好的稳态持续；其衰减时间与起奏时间一样短暂。

（3）方向特性

在500 Hz以下的低频范围里，小号的声波通常形成主要朝向听众席的“半球形”的散射；在800 Hz左右的频段里，其辐射范围甚至开始部分地向后方延展；但自1 000 Hz（特别是1 500～2 500 Hz乃至4 000 Hz）以上的高频成分，它们的传播角度越来越窄，以至形成完全朝向前方的集束形辐射。

（4）力度特性

小号的动态范围在高音区与低音区有着很大的差别。例如，在低音区，pp力度约46 dB，ƒƒ力度约82 dB，力度差为36 dB；在最高音区，小号几乎无法真正地弱奏。pp力度时约82 dB（与低音区中的ƒƒ相同），ƒƒ力度则为90 dB左右，力度差仅8 dB，如图3-2所示。

图3-2　小号的动态范围

3.长号

（1）频率特性与频谱结构

长号虽属低音乐器，其频率响应范围却相当宽广。次中音长号低音区的（底音）频率为59 Hz，最高音区的d2音频率为588 Hz；而它最低基音的高频泛音却与小号一样，一般可达15 000 Hz左右。

长号的主要共振峰约位于520～600 Hz之间，这决定了它的基本音色特性，即圆润、饱满；次要共振峰则分别位于1 000 Hz和2 200 Hz左右的范围里，后者使它带有些微鼻音的音色。此外，长号的色调在很大程度上取决于演奏的力度。pp时，频谱中分音数量微少，音色极其柔和；ƒƒ产生多达接近可听范围极限的分音，因而它的发音（特别是在低音区）噪音成分激增，显得较硬，甚至粗糙。

（2）时间过渡特性

长号的起吹相当敏捷，断奏吐音的起振时间仅20～40 ms；柔和的起吹，也才70 ms左右。在长号上可形成良好的稳态持续，其衰减时间与起奏的情况相似。

（3）方向特性

在接近长号的主要共振峰（540～600 Hz）的频率范围内，其声波通常形成主要朝向听众席的扇面形散射，在650 Hz左右的频段里，其辐射范围甚至开始部分地向后方延展；在750～1 000 Hz时，仍呈扇面形辐射，但角度稍窄；自2 000 Hz以上（特别是7 000～10 000 Hz）的高频成分，传播角度越来越窄，以至形成几乎完全朝向前方的集束形辐射。

（4）力度特性

长号属交响乐队中动态范围最为宽广的乐器之一。在低音区，pp力度约为42 dB，ƒƒ力度约82 dB，力度差为40 dB；在高音区，pp力度时约74 dB，ƒƒ力度则可高达106 dB左右，力度差也有32 dB，如图3-3所示。

图3-3　长号动态范围

4.大号

（1）频率特性与频谱结构

与其他铜管乐器相比，大号的泛音较为贫乏。其中使用最多的F调低音大号，低音区的bD1频率为35 Hz，高音区的f1音频率为350 Hz；而它最低基音的高频泛音一般仅达5 000 Hz左右。

大号的主要共振峰约位于210～250 Hz之间，其基本音色特性，即浑厚、阴暗；次要共振峰则位于520 Hz左右的范围中。此外，大号的色调也取决于演奏的力度及奏法。例如，ƒƒ时，发音饱满，但显得相当粗糙；断奏时，它起吹之灵敏虽然不亚于圆号和长号，但频谱中分音数量很少，发音显得不甚清晰、精确。此外，它的音色还与乐器的内径有关，即内径越粗，发音越闷暗；内径越细，发音越结实、明亮。

（2）时间过渡特性

大号的起吹比人们一般想象的敏捷。断奏、吐音的起振时间，约25～60 ms；柔和的起吹，则为60～130 ms。在大号上可形成良好的稳态持续，其衰减时间与起奏的情况相似。

（3）方向特性

在75 Hz以下的低频范围里，大号的声波传播方式呈“全方位”的散射，无明确的方向性；自90 Hz以上，则形成朝向上方（顶壁）及两侧的扇面形辐射，但随着频率的升高，辐射角度渐趋狭窄；在1200 Hz以上的高频段里，辐射角度几乎完全朝向上方，呈集束形。若舞台构造原因而不能形成良好的顶壁反射，那么高于800 Hz以上的频率成分将会受到损失，无法传向听众席。

（4）力度特性

大号的动态范围，在低音区，pp力度约为53 dB，ƒƒ力度约81 dB，力度差为28 dB；高音区，pp力度时约70 dB，ƒƒ力度，则可达100 dB左右，力度差有30 dB，如图3-4所示。

图3-4　大号动态范围

（二）铜管乐器的音域

1.圆号

圆号属于移调乐器。在古典到早期浪漫派的总谱中，自然圆号的不同调性采用了不同的记谱方式。C调中音圆号，按照实际发音来记谱；C调圆号，按照比实际发音高一个八度的方式来记谱；G调圆号，较实际发音记谱；按照比实际发音高一个纯四度的方式来记谱；降B（或B），采用比实际发音高一个大二（或小二）的方式来记谱；降A（或A）调圆号，采用比实际发音高一个大三（或小三）度的方式来记谱；降E（或E）调圆号，釆用比实际发音高一个大六（或小六）度的方式来记谱；降D（或D）调圆号，采用比实际发音高一个大七（或小七）度的方式来记谱；降B（或B）调低音圆号，采用比实际发音高一个大九（或小九）度的方式来记谱；降A（或A）调低音圆号，采用比实际发音高一个大十（或小十）度的方式记谱；F（或升F）调圆号，采用比实际发音高一个纯五（或减五）度的方式来记谱。

在近现代的音乐中，圆号一律按F调移调乐器记谱。但传统的记谱法在用高音谱表记谱时，实际发音比记谱音低纯五度，用低音谱表记谱，其实际发音却要比记谱音高纯四度（而非低纯五度）。

为了将高音与低音谱表的记谱方式统一起来，现今作曲家多采用实际发音均比记谱音低纯五度的方式记谱。

圆号是所有铜管乐器中音域最宽的乐器。传统F调三活塞圆号的音域具体如谱例3-1所示。

谱例3-1

虽然F调圆号的音域相当宽广，但在实际吹奏时，第13—16分音较难控制，发音也往往不够稳定，音准欠佳。要解决这个问题，可以利用F—降B双调圆号。F—降B双调圆号有四个八度的音域（F调圆号则为三个半八度），它的音区是从E1到f2（F调圆号则从b1到f2）^[1]，如谱例3-2。

谱例3-2

用F—降B双调圆号吹奏出第12泛音，并按下丁键（四度活塞），就能得到音质与音准更好的第13—16分音。(www.xing528.com)

在吹奏圆号时，由于它是移调乐器，其记谱音要比实际音高一个纯五度（用低音谱表记谱的几个低音，习惯上记低一个纯四度）（谱例3-3），因此吹奏高音谱表的音要移低一个五度，吹奏低音谱表的音要提高四度。

谱例3-3

2.小号

小号是铜管组中的高音乐器，所以采用高音谱表来记谱，如谱例3-4。

谱例3-4

但C调小号按实音记谱，而属于移调乐器的降B调小号实际发音比记谱音低大二度，它的记谱音域是从#f到e3，从c1到bb2是最好的音区。

小号与圆号相似，无论在什么调上吹奏，都不标调号，只采用临时的升降调。

常用于交响乐队中的降B调小号和C调小号的音域表现，如谱例3-5所示。

谱例3-5

其中标有号的最低音吹奏需要用第四活塞，高音区的C3（实音）需要用降B调小号的第9分音，C调小号的第8分音方可奏出。

3.长号

长号均采用实音记谱，但根据乐器的形制不同而采用不同的谱表。次中音长号，包括担任第一、二长号声部的次中音—低音两用长号，采用次中音谱表或低音谱表；低音长号，包括担任第5长号声部的次中音—低音两用长号，釆用低音谱表；很少见到的中音长号采用中音谱表；倍低音长号采用低音谱表。

长号，又名“伸缩管”，它依靠号管的伸缩而发出不同音高的音。号管的伸缩可分为七个不同的位置，或称七个不同的把位。长号的演奏效果，根据不同的把位产生了不同范围的音域。

常见的次中音长号属降B调乐器。它在第I把位（伸缩管处于原位，称为“把位I”）上，可奏出以bB1为基音的泛音列上的第1—10分音，如谱例3-6所示。

谱例3-6

次中音长号在第Ⅱ—Ⅷ把位上，可奏出以下音域（除B1—E之间的空隙外）的全部半音，如谱例3-7所示。

谱例3-7

次中音—半音两用长号结合把位、由左手拇指控制的回旋式四度活塞（亦称F—活塞）和由“第二活塞”控制的E调附加管，可得到下列音域内的所有半音，如谱例3-8所示。

谱例3-8

属于F调乐器的低音长号，音质雄浑、饱满。它的音域比次中音长号低了纯四度，同时使用低音长号带有的E—活塞和D—活塞，可将整个音域下降小三度。低音长号的实用音域，如谱例3-9所示。

谱例3-9

属于降B调乐器的倍低音长号具有双管并联的伸缩管，它比次中音长号音域整整低了一个八度。倍低音长号带有的F活塞（甚至E活塞）还可将它的音域降低纯四度。倍低音长号的音域，如谱例3-10所示。

谱例3-10

盛行于19世纪的中音长号，属降E调乐器，发音明亮、纯净、辉煌。它的音域比次中音长号低了一个纯四度，具体表现如谱例3-11所示。

谱例3-11

4.大号

通常所有大号都用低音谱表（偶尔也用次中音甚至高音谱表）按实音记谱，但某些作曲家有时也将其中一些类型（如降B调次中音大号）按移调乐器处理（在用低音谱号时，较实音高大二度记谱，使用高音谱号时，则像低音单簧管一样，较实音高大九度记谱，如霍尔斯特《行星》组曲第四乐章、亨德来特《韦柏主题的交响变奏》）。在通常的双管一三管编制交响乐队中，大号多与第三长号共用一行谱表（或也可单列）。

大号可发出基本泛音列上的第1—8各个分音（第9、10分音很少用），如谱例3-12。

谱例3-12

也可利用第四活塞，将整个音列降低三全音，如谱例3-13。

谱例3-13

还可结合第四活塞和基本活塞系统，扩大低音音域如谱例3-14。

谱例3-14

交响乐队中常见的大号有次中音大号、F调（或降E调）低音大号、降B调（或C调）倍低音大号、F—降B双调倍低音大号四种。它们的应用音域分别如下。

（1）次中音大号的应用音域：

谱例3-15

（2）F调（或降E调）低音大号的应用音域：

谱例3-16

（3）降B调（或C调）倍低音大号的应用音域：

谱例3-17

（4）F—降B双调倍低音大号的应用音域：

谱例3-18