2025年1月6日 星期一

單簧管吹嘴設計參數介紹

〔前言〕網路上閒逛時發現了Behn公司有對於吹嘴的各部分專有名詞/設計參數之介紹,覺得滿有意思的,因此整理出來供大家參考。原文網址如以下連結:


https://www.clarinetmouthpiece.com/mouthpiece-nomenclature-guide


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〔吹嘴設計總論〕


下突圍單簧管吹嘴之剖面圖與各部分之名稱:


Behn Mouthpieces:  Cross-section of a Clarinet Mouthpiece.  Learn the various parts of the mouthpiece, including—tip, baffle, side rail, side wall, throat, bore, exit bore, facing, table, window, beak, tenon


吹嘴設計包含了非常多的參數,而且重要的是這每一個參數都會影響到吹奏體驗。內腔尺寸(Bore Size)、長度、音腔體積(Chamber Volume)、反響擋板深度(Baffle Depth)、開口面形狀(Facing)等參數都會彼此交互影響。


特別值得注意的是:開口面形狀並不代表整個吹嘴的設計,而是吹嘴設計的一部分。然而,好的開口面設計可以讓演奏者明白吹嘴的完整設計概念。所以儘管開口面僅是吹嘴的一小部分,依舊非常非常重要。


當然,吹嘴設計可說是內部幾何形狀與外部幾何形狀的整合。整合的內容包含了內腔的長度、斜度、半徑與內部音腔的體積、側壁(Sidewall)構造、反響擋板深度、喉部形狀(Throat Shape),這些全部會造就出吹嘴的獨特設計。另一方面,開口面的設計則跟側邊框(Side Rail)寬度與頂邊框(Tip Rail)厚度有關,而能讓簧片呈現出演奏者期盼的音樂表現。


〔參數介紹〕


[音腔(Chamber)]


音腔是由反響擋板、側壁、以及喉部(Throat)所構成。音腔的構造要讓開口面形狀與硬橡膠(單簧管吹嘴常用的材料)的自然共振響應融合起來發揮良好效果,也必須設計成最符合演奏者的音色概念的形狀。只要音腔的體積正確,其形狀可以由任意不同的形狀、深度與長度所構成起來。如果音腔體積太大,內腔就必須設計得小一點來符合正確之音準特性。比較大的音腔通常可以吹奏出比較寬、自由度更大的音色、但音準會偏低。相對地,比較小的音腔會增加吹嘴的阻力、聲音通常會比較集中、但音準容易偏高


[反響擋板(Baffle)]

反響擋板是吹嘴設計中最重要的部分之一。它是朝內腔下斜的斜面。反響擋板的深度和形狀至關重要,對音高、音色和反應均有重大影響。反響擋板通常是有雙軸曲度構成的內凹曲面,而曲面的曲率半徑也非常重要。通常反響擋板深度較淺或說是下斜至內腔的曲率(縱向曲率)較小時會產生更有共鳴、集中的音色,並具有更快的反應速度。而深度較大、或形狀更凹陷的反響擋板則會產生較為柔和的音色,但發聲反應會更慢。橫跨側壁間的凹度(橫向曲率)對於是否能創造出多種變化的音色至關重要。通常平坦(橫向曲率)的反響擋板則往往會限制住音色的變化幅度。


*參考:V社之所以要創作出Profile88的設計,就是基於上述反響擋板的影響考量。



[吹奏阻力(Working-resistance)]


吹奏阻力不僅是一個實際的設計指標、也是吹嘴設計中很重要的一部分。基本上吹奏阻力是由開口形狀的長度、曲率與送氣窗口寬度(Window Width)、邊框(Rail)厚度、反響擋板深度、內腔與音腔體積等參數互相關聯出來的結果。如果吹嘴的自由度太高(阻力小),會導致較難控制,因此也會讓吹嘴的反應與穩定度變差。但吹嘴的阻力太大,也很容易限制住演奏者的音樂表現需求,其反應也可能比較困難,並且造成讓演奏者嘴壓過大而有「咬」簧片的傾向。因此適當的吹奏阻力對於理想的吹奏感覺而言是極端重要的目標。


而理解反響擋板深度如何影響吹奏阻力也是吹嘴設計上非常重要的部分。首先要知道當氣流進入吹嘴時,前(Foward )與後(Back)壓力波會與反響擋板產生反應。這些組合起來的壓力波會從反響擋板反射出來,並將簧片推離吹嘴的開口面。如果反響擋板非常深,前後壓力波的強度會減弱,因為它們需要傳遞更遠的距離。因此,較深的反響擋板對簧片造成的「彈回」或「反推力」較小,這就是為什麼這種情況下會有額外的阻力感。然而,如果反響擋板太高(太淺),也就是更接近簧片,那麼這些組合的反射波因距離簧片更近,會對簧片產生更強的「反推力」。因此,一般來說,較高的反響擋板反應更快、增加共鳴,並減少阻力感。


然而,這可能會引發一個非常有趣的現象。如果反響擋板在靠近吹嘴尖端的輪廓非常高(經常可在帶有大尖端轉接形狀的吹嘴中可以看到),這可能會形成一個非常狹窄的「安全使用範圍(flight envelope)」。換句話說,聲音要嘛很容易吹出來,要嘛就是怎樣都吹不動的,幾乎沒有空間留出細微差別或變化。這會成為一種限制,因為它減少了演奏者在藝術表現中添加廣度和層次的能力。


然而,偏高的反響擋板可以帶來尖銳、閃亮、集中且不容易過咬簧片的自由感,這些都是非常好的特性。因此,為了獲得反響擋板高度的各種優點並避免缺點,我們必須在上段較高反響擋板與下段較深反響擋板之間取得平衡。這可以利用設計出複雜的表面輪廓來實現,即所謂的「S型曲線」擋板形狀,這種設計包含了一個從上部反響擋板高度逐漸向下過渡到下部反響擋板凹處的結構。這種創新的擋板設計在演奏體驗中提供了一種「緩衝」效果。它可以「柔化」壓力波,使演奏者能夠獲得更廣泛的音色選擇和更大的表現範圍。


總之,反響擋板、壓力波、阻力和表面輪廓之間的關係是非常複雜的學問。

[側壁(Sidewalls)]


側壁通常會大大影響吹嘴的演奏性。側壁之間的距離會反應到吹嘴的音色特徵與阻力程度。側壁距離較小的吹嘴提供發出較穩定吹奏的基礎,但風險是如果側壁之間太接近,會讓聲音變得太緊而缺乏靈活性。但側壁之間距離太大的話,至關重要的吹奏阻力又會下降,聲音就容易散掉。一般來說,側壁較接近的吹嘴需要搭配較薄的簧片、反之則需要較硬的簧片


[喉部(Throat)]


喉部是負責聲音的集中度。側壁是在喉部延伸到音腔的最窄點,這是音腔與內腔交界的之處。窄的喉部會產生更集中的音色,而寬的喉部則會產生更寬廣的音色。喉部可以設計成各種形狀,例如圓形、方形、平行形(所謂的H架構=H Frame),或者底部較寬而頂部較窄的形狀(A架構=A Frame)。單簧管吹嘴的喉部通常就是採用H架構或A架構的結構設計。


A架構喉部的設計理念是將音色的集中度與自由度和靈活性相結合。而H架構喉部則根據其寬度不同,可以著重於特定的演奏特性。例如,較寬的喉部主要會帶來自由、靈活且寬廣的音色(類似「Ahh」的母音音色),而較窄的喉部則會增加吹奏阻力,需要使用較軟的簧片,提升穩定性,並產生較窄的音色(類似「Eee」的母音音色)。


[內腔(Bore)]


內腔是接在音腔之後。內腔的確也會影響音色,但其主要角色是平衡音腔,以創造完美的總體積大小。體積的大小會影響音高,而這是內腔的最重要作用。如果內腔過大,音準可能會偏低,聲音也會變散。如果內腔較小,音準會上升,而聲音可能更具共鳴。但如果內腔過小,吹嘴可能會缺乏音色的深度與廣度,且音準很可能偏高太多。

[開口面形狀(Facing)]


開口面形狀會影響一切。開口面形狀是簧片震動時所接觸的曲線。它從簧片離開吹嘴平坦平台(Table)處一直延伸到吹嘴的尖端。開口面形狀的長度、開口大小、形狀特性、效率和對稱性都會影響吹嘴的吹奏性。如果開口面長度較短,阻力會較高,需要使用較軟的簧片。較小的開口面曲率也會讓演奏者感覺吹嘴尖端的開口更大。然而,如果開口面長度較長,阻力會降低。較長的開口面長度搭配較平的曲率則需要使用較硬的簧片,並可能讓演奏者感覺吹嘴尖端開口較小。


[邊框(Rail)]


較寬的邊框可以提供簧片更大的振動平台。而比較大的平台表面能使單簧管演奏者更容易將簧片與吹嘴對齊,並獲得良好的效果。而這種更寬容的特性,對於視力不佳或光線條件不理想的演奏者來說會更方便。相對地,較窄的導軌需要更細心來對齊簧片,好處是能提供更快的反應。


試想一下,騎著一輛為公路賽設計的自行車。它有非常高壓、非常窄的輪胎,滾動阻力極低,踏板效率高,速度快,反應靈敏,且能更清晰地感受到路面的細節。相比之下,當騎一輛為休閒或走小路設計的自行車時,輪胎較寬,胎壓也較低。由於效率降低,踏板需要更多的力氣才能加速,而自行車的反應較慢且遲鈍。其好處卻是騎行體驗更平穩、舒適,能輕鬆跨越路面顛簸,幾乎感覺不到顛簸。


同樣的道理,吹嘴邊框的厚度會影響反應、效率和整體演奏感。基本上(在其他條件相同的情況下),較窄的邊框能帶來更快的演奏感,其反應速度更快,聲音更有共鳴且清晰,自由度提升,但需要更細心地將簧片對齊吹嘴。而較寬的導軌則會降低響應速度,增加氣流阻力,減弱共鳴,聲音變得較糊,但對簧片的對齊需求降低


非常窄到非常寬的邊框在演奏上都能演奏得很好,關鍵還是在於去平衡開口面形狀和音腔的尺寸,使之相互協調。因此,隨著邊框寬度增加,必須透過開口面的曲率或音腔或內腔的內部細節來降低阻力。


[送氣窗口形狀(Window Shape)]


吹嘴的宋氣窗口形狀會影響阻力與氣流通透性。較寬的窗口阻力較小,氣流通透性較好,但可能會導致聲音不集中或不夠細緻。較窄的窗口則有助於集中聲音,但會增加阻力並減少氣流通透性。理想情況下,較窄的窗口搭配降低阻力的較長開口面形狀,可以在自由度、氣流通透性和聲音品質之間取得良好的平衡

[開口面長度(Facing Legnth)]


開口面長度指的是從簧片平台(Table)開始變成曲線,到吹嘴尖端之長度。通常,較長的開口面形狀會讓演奏感比較封閉(窄)且自由、而較短的開口面形狀則會感覺更開放但帶有更高的阻力


[尖端開口大小(Tip Opening)]

尖端開口大小是指簧片尖端與吹嘴尖端之間的間距。較開的吹嘴通常會搭配較長、較平的曲線來減少阻力。較封閉(窄)的吹嘴則通常搭配稍微更陡的曲線以產生適當的吹奏阻力。一般來說,較開放的吹嘴需要更大的嘴型壓力來集中聲音,並且需要更多的嘴型控制來維持聲音的穩定性。而較封閉的吹嘴則需要較少的嘴型壓力,且通常具有更好的控制力。一般而言,追求深沉且覆蓋感強的音色,或希望有更大演奏靈活性的人,會偏好較開的開口面形狀。


[曲線特性(Nature)]


開口面曲線的特性指的是曲線的形狀類型。曲線可能有很大的差異,有些幾乎是平的,而有些則有很大的曲率。較平的曲線通常吹奏更順暢,而曲率大的曲線則有較多的阻力。重點是在將曲線的特性與開口大小和長度配合好。


[效率(Efficiency)]


當吹嘴在最少嘴型壓力下能穩定保持聲音時,即為高效率。當開口面形狀的長度、曲線特性和開口大小配合恰當時,開口面形狀就會變得效率很高。高效的開口面曲線能帶來流暢且共鳴感強的演奏感。


[對稱性(Symmetry)]


對稱性指的是吹嘴兩側邊框的曲率平衡。如果開口面形狀的左側邊框與右側邊框的曲率不同,吹嘴的音準與反應會明顯變差。具有對稱性導軌的開口面形狀更能穩定反應,聲音清晰且容易傳播。


[簧片平台平面度(Table Flatness)]


直觀上我們會認為吹嘴的平面應該是完全平整的,但事實上,這並不是最理想的狀況。如果製造者嘗試製作一個完全平坦的簧片平台,反而可能會造成其平面是略微凸起,導致最糟糕的結果。即使簧片平台看似平坦,簧片也不太可能是完全平整的。因此理想的吹嘴平台應該具有非常輕微的凹度,位於在束圈兩條固定線的中央位置附近。這種設計可以使簧片穩定地貼合在簧片平台上,確保開口面形狀曲線開始以後部分的穩定性,即使受到不同的束圈鎖附壓力仍能保持穩固。這也意味著束圈的選擇變得相對不重要。


〔各種吹嘴材質的特性〕


材質是吹嘴的基礎,對演奏特性具有重要影響。材質會影響從音色到反應的各種結果,並對演奏感有著重大影響。多年來,製造商不斷嘗試各種材質,以尋找最理想的吹嘴材料。


木材:在硬橡膠出現之前,吹嘴多由木材製成,但木材存在許多問題。當木製吹嘴受熱時,其尺寸會因不均勻膨脹而改變,導致反應和音準問題。木製吹嘴也容易變形,這會破壞簧片與開口面形狀之間的配合。不過木製吹嘴能產生多樣的音色和色彩,通常具有溫暖、柔和的音色,反應靈敏且容易吹奏。一個優質的木製吹嘴在正常演奏時能發出非常悅耳的聲音。


象牙:很久以前曾經使用過象牙作為吹嘴材質,因為大家試圖找到一種比木材更穩定且音質良好的材料。象牙比木材密度更高,吹奏時感覺阻力較大、音色深沉且富有穿透力,但反應不如木材靈敏


硬橡膠:也被稱為黑檀橡膠(Ebonite)、硫化橡膠(Vulcanite),有時也叫印度橡膠(India rubber)、鋼質黑檀(Steel Ebonite)和生橡膠(Caoutchouc)。硬橡膠取代了木材和象牙,成為新的理想材料。硬橡膠穩定且具有優異的聲學範圍。根據其密度的不同,吹嘴的音色、反應和阻力可以被調整,以滿足大多數音色需求。自問世以來,硬橡膠一直是單簧管吹嘴的首選材料。


玻璃(水晶):玻璃提供了非常不一樣的演奏感。其吹奏時的阻力更大,但能產生深沉但類似長笛那樣而富有色彩透明的音色。使用玻璃吹嘴時,通常需要搭配較軟且具有振動性良好的簧片。


金屬:例如黃銅、青銅、不鏽鋼或鋁等,通常表面會鍍金或鍍銀,更多用於薩克斯風吹嘴,以提供快速共鳴的音色。金屬吹嘴通常配有較高的音響擋板,以增強亮度和音量


塑膠:塑膠常用於學生級吹嘴,因其製造容易且成本低廉。由於塑料種類繁多,其音色範圍也多種多樣。然而,「傳統觀念」上認為塑膠無法產生硬橡膠那樣深沉而廣泛的音色。但事實並非如此。有些塑膠材質的吹嘴其音色表現非常出色,當搭配能增強其共鳴特性的設計時,可以獲得良好的吹奏感。關鍵在於,塑膠必須藉由設計規格的加強,才能具備專業級的演奏性能



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