歌剧大师搞发明：拉风的阿依达小号有啥科学道理？| 乐聊乐有理
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威尔第在创作歌剧《阿依达》时，要找一种“拉风”的乐器来演奏《凯旋进行曲》，为此他设计了“阿依达小号”，只有一个阀门，分为两组，分别是降A调和B调。50年后，埃及发掘法老图坦卡蒙墓时出土了两件管乐器，被称为图坦卡蒙小号，它们一支是降A调，另一支是B调，和威尔第选的调完全一样。那么问题来了：威尔第是和3000年前的埃及人神交过吗？
撰文 | 吴进远（美国费米国家加速器实验室）
我是一个爱好文艺的理科生。我的班长珍旭是我心目中的女神。她有个炉火纯青的铜管乐演奏家爷爷和功力醇厚的歌唱家奶奶。老俩口的学生送给他们三张上个周末的歌剧票，让他们带孙女去看。可他们很喜欢自己孙女的两位热爱音乐的同学——正是敝人我和我的室友泉余，于是老人家就割爱把票全给了她。（我们三人的故事可戳“七声音阶”、“十二平均律”、“伪造的毕达哥拉斯传说”、“小号只有三个键为啥能吹那么多音”）当然，歌剧不能白听，周末两位老人家要我们去家里谈体会，当然，是好饭好菜招待的那种谈体会。可我还是有些发怵，因为这不是一般的歌剧，是威尔第的《阿依达》。
拉风的长喇叭
“你们上周看过《阿依达》，感觉怎么样？”饭后，奶奶问我们三个。
“我们去之前在网上看了一下剧情介绍，到剧场看就不那么吃力了。”泉余室友说：“要不然意大利语歌词听不懂，注意力就会全都放在看字幕上。”
“有没有不用看字幕，完全享受音乐的地方呢？”爷爷问。
“有哇，”我抢着说：“第二幕第二景，胜利凯旋归来那段，非常震撼。”
“凯是胜利的意思，旋是归来的意思。”泉余室友逮住机会就会损我：“‘胜利凯旋归来’，语意重复，属于典型的病句。”
戳视频链接可看《凯旋进行曲》：https://www.bilibili.com/video/av47067302?from=search&seid=3822143762657281085（《凯旋进行曲》在 59:10）
“别打岔，让他说。”珍旭班长说。美人再次救英雄。
“我觉得，这一段的音乐与合唱非常激动人心。”我努力把看过演出的感受表达出来：“尤其是《凯旋进行曲》（哦，不是胜利凯旋，或者凯旋归来进行曲）。演奏这首乐曲的两组长喇叭，真够拉风的耶。”
降A调阿依达小号 | La Scala Opera 演出视频
B调阿依达小号 | La Scala Opera 演出视频
“哈哈哈。”大家都笑了。爷爷说：“以前还没有听过有人用拉风来形容，你别说，还挺确切。当然啦，你说的长喇叭，正规的名称是阿依达小号。”
阿依达小号，不是用来演奏《一闪一闪亮晶晶》的
“阿依达小号？”珍旭班长问：“难道这些小号是专门为演出《阿依达》制作的？”
“是的。威尔第在写作《阿依达》的时候，对于欢庆凯旋这个场面下了很大的功夫，要找一种‘拉风’的乐器。他从古代埃及的壁画中得到启发，规定将《凯旋进行曲》主题用两组‘埃及小号’来演奏。”
《凯旋进行曲》部分乐谱 |http://www.vincentbachsworld.com/General%20Articles/Bach%27s%20Aida%20Trumpets/Radames%20is%20Coming,%20Final.htm
“埃及小号又是什么呢？”
“埃及小号当然不是现成存在的，于是威尔第便自己设计出一种小号，就是现在的阿依达小号。它的特点是中间的管道不像现代小号那样要盘一圈，而是直的，因此很长，通常都超过一米。阿依达小号有两组，分别是降A调和B调。此外，阿依达小号只有一个阀门。”
阿依达小号，你觉得哪三支为降A调？哪三支为B调？|http://www.vincentbachsworld.com/General%20Articles/Bach%27s%20Aida%20Trumpets/Radames%20is%20Coming,%20Final.htm
“一个阀门？”我问：“那么它可以演奏的音符恐怕很有限吧？”
“对，现代小号需要三个阀才可以演奏一个八度中的全部十二个音。阿依达小号只有一个阀门，其作用是将谐振频率降低一个全音，显然很多音无法演奏。不过，你如果数数《凯旋进行曲》中用了哪些音符，就能理解为什么一个阀就够了。实际上，我记得网上有文章说，威尔第最初设想的是用自然长度小号，这样连一个阀门都不要。不过这样一来乐器长度几乎要加倍，用起来太不方便，因此最后还是选定单阀的方案。”
我数了一下，《凯旋进行曲》里用到了“嗦多咪嗦”，这些音符不用阀就可以演奏。但是乐曲里很多地方用到了“来”，偶尔还会用到“发”，它们分别是从“咪”和“嗦”降一个全音得到的，这样就需要有一个阀。当然，一个阀就够了。
“这两组阿依达小号好像不一样呀？”泉余室友问。
“对，是不一样。”爷爷讲解道：“《凯旋进行曲》主题演奏第一遍的时候，是降A调，因此第一组阿依达小号也是降A调。演奏第二遍的时候，情绪更加高涨了，主题的调转成了B调，因此这一组阿依达小号是B调的。前面图中把两种小号摆在一起比较，可以看出它们的长度是明显不同的。”
“看起来，这种小号除了用来演奏《凯旋进行曲》，其他用途非常有限。”我说。
“对的，”爷爷说：“如果单算演奏旋律，它们仅仅在《凯旋进行曲》这九十来秒钟里头用得上。当然，到这一场后面合唱时，它们又演奏了几小节‘哒哒哒’的音符用来烘托气氛，除此之外，它们大部分时间就只能在歌剧院库房里睡觉了。”
“难道不能用来演奏别的作品吗？”
“它们连演奏《一闪一闪亮晶晶》（《Twinkle Twinkle Little Star》）需要的音符都不够。”
三阀门“阿依达小号”
“这好像太不划算了。”泉余室友说：“高质量的铜管乐器价码几千乃至上万美元，买回来只能等着排演《阿依达》，平常用不上，这好像有点浪费。再说，即使世界上最牛的歌剧院也不会年年排演《阿依达》，这样利用率就更低了。”
珍旭班长晃晃手机：“据网上有的文章介绍：威尔第写出歌剧，设计出阿依达小号，首演之后，总谱和小号一起保存在出版公司。以后一些年里，凡有歌剧院再次排演《阿依达》的时候，要连总谱带小号一起租。”
“当然到了后来，”爷爷说：“有一些乐器制造商设计制作出了三阀门的长管小号，除了可以用来演奏《凯旋进行曲》，还可以用来演奏别的乐曲，在各种礼仪场景使用。除了制造厂商在经济上的考虑，有的小号演奏家也认为三个阀门的小号声音更好。”
“那么，威尔第设计出这种单个阀门的特制专用阿依达小号，是不是有点故弄玄虚呢？”珍旭班长问。
“那倒不能这样说，”爷爷说：“小号的形状很复杂，因此不像牛角号那样可以几乎自动形成和谐的泛音系列。要想让小号形成和谐的泛音系列，需要对小号的各种尺寸参数进行精心的设计与调整。比如我们知道让小号的末端管道直径逐渐变粗，可以使管道的等效长度变短，使得泛音系列中比较低频的音向高音方向上推。此外小号吹嘴的形状，会影响到高频的泛音，把他们向下压。”
“对于三阀门的小号，由于乐器的用途是演奏任意作品，我们就必须兼顾所有的音符。除了音高，还要考虑音色上的平衡等等，这样难免顾此失彼。而对于单阀的专用小号，我们就只需要集中精力，优化乐曲中出现的几个音符。此外，《凯旋进行曲》中出现降A调和B调，用两组不同的号演奏，而且两组号还有合奏，这就需要确保两组号之间是和谐的。在只需考虑少量音符的情况下，相对比较容易实现两组号的和谐。”
“我把网上找的的几个不同版本的《凯旋进行曲》编辑在一起（见下方视频），有的用单阀，有的用三阀，你们可以自己听听感受一下。当然这些版本水平都很高，但我还是觉得单阀的设计更加正宗。”
对我来说，虽然能听出几个版本的不同，却觉得它们都很好听。此外，那个骑着真马上歌剧舞台的场面，看着好燃。据说历史上有的剧院演出时，居然会牵着大象骆驼走过。
法老墓中的小号
大家在听音乐，珍旭班长却拿着手机，一边踱步一边低头看，“咣当”一声，把一个凳子绊倒了。我上前赶紧把她拉住，扶她坐到沙发上，我为自己敏捷的英雄救美行动感到自豪。
“大学生了，还这么粗心。”奶奶批评道。
“你们看，”珍旭班长转过手机举起：“这太让人毛骨悚然了。”
她说的是1922年在埃及发掘的法老图坦卡蒙（Tutankhamun）墓，出土的文物中有两个管乐器，一件是银质的，另一件是铜质的，称为图坦卡蒙小号。
这两只小号埋在地下3000多年了，现在还能够吹响。虽然长度只有五十多厘米，比威尔第的阿依达小号短很多，但一支是降A调，另一支是B调，和威尔第选的调完全一样。威尔第1871年写成《阿依达》，专门设计了两组小号。这也罢了，偏偏威尔第选了现代小号中很少有的降A调和B调。而过了50多年，这样两支同调小号出土，这也太灵异了吧？难怪会把一贯大胆开朗的珍旭班长吓得花容失色。
“唉，这两只小号出土以来，经历的劫难也不少啊。”爷爷摇摇头叹道。
小号出土后过了十几年，1939年时，BBC准备制作一个节目，广播小号的声音。他们找人练习的时候，想试着演奏一些旋律。为此，BBC把一个现代的吹嘴塞入号管。金属银在地下三千多年，有些部分已经结晶，如同玻璃般脆弱，结果把脆弱的银质小号搞碎了。当年参与发掘的一位考古学家得知此事后，气得病倒住院。后来他们把小号修复，换人在节目中吹奏了这两支小号。
2011年阿拉伯之春的时候，两支小号中的铜质小号和很多珍贵文物一起被盗。幸好几个月后在开罗某个地铁站发现了一个口袋，里面有包括被盗小号在内的多件珍贵文物。
难怪很多考古学家认为，文物在地下是最安全的。
威尔第会穿越吗？
“可是，”泉余室友从惊恐中复原：“威尔第为什么会设计降A调和B调的阿依达小号呢？难道他会穿越？他是向未来穿越了50年？还是干脆向古代穿越了3000年？”
“威尔第会不会穿越我们确实不知道。”奶奶说着，翻开钢琴盖：“但是如果我们看看他《凯旋进行曲》的‘上下文’，也许可以从中理出一点音乐上的逻辑。”
“《凯旋进行曲》的前后是《光荣属于埃及》等几个宏伟壮观的合唱唱段，这些唱段是降E调的。这些唱段最后都是落在‘多’，也就是降E这个音上。而凯旋进行曲开始的两个音符是‘嗦多’。如果让‘嗦’从降E开始，‘多’就自然成了降A，因此《凯旋进行曲》主题的第一遍选为降A调，就非常顺理成章。这样一来，合唱和小号在同一个音（降E）无缝衔接，虽然变了调，但却毫无突兀之感。”奶奶边讲解，边在钢琴上弹给我们听。
“那么，把《凯旋进行曲》主题的第二遍选为B调，又有什么讲究呢？”
“调子提高反映出了情绪的提高，但提高多少合适呢？这就需要考虑两组小号之间在合奏时的和谐，还要考虑与前后的合唱之间的和谐。当我们选择B调时，两组小号以及合唱有一个音是重合的，分别是它们各自的‘多’，‘嗦’，‘咪’，这样就可以确保这几个乐曲片段毫无违和感地同时存在。”
“嗯，这样看来，似乎不需要穿越。”泉余室友说。
自然长度小号
“爷爷，”珍旭班长问：“您一开始说威尔第最先设想的是用自然长度小号，自然长度小号是什么呀？”
自然长度小号| By Francisco Pérez - http://www.telefonica.net/web2/baroquetrumpets/english.htm#eheiii
“自然长度小号有时简称自然小号。”爷爷解释道：“顾名思义，这种小号的管道长度是固定的。不像现代小号，可以通过接通阀门，增加整个管道的长度。”
“这种小号看上去很长？”
“是的。阿依达小号以及普通的现代小号管道总长度大约1.4米左右，而同一个调的自然小号就要大约两倍这个长度。即使盘成三段，号的长度也有将近一米。如果不盘起来，两米多，将近三米，竖起来比姚明还高，在舞台上确实拉风，但演奏起来实在太不方便了。”
“既然管道长度很长，是不是吹出的音调也低呢？”
“管道长，它的基频自然低。比如现在的阿依达小号，我们吹奏一个降A音符，频率是415 Hz，这是它的基频的4倍频。而降A调的自然小号，吹奏4倍频的时候，频率是这个数的一半，207 Hz，这个声音也是降A，只不过是低八度的降A。不过，我们可以用自然小号吹奏8倍频，这时频率也是 415 Hz。”
“嗯，我有点明白了。普通小号，在中音区域吹奏3、4、5、6倍频，发出‘嗦多咪嗦’这几个音。” 泉余室友说：“自然小号，在中音区域吹奏6、8、10、12倍频，这样也可以得到频率相同的‘嗦多咪嗦’这几个音。”
“这好像有点繁琐呀。”我有些疑惑不解：“普通小号吹奏3、4、5、6倍频，同样的频率，用自然小号的6、8、10、12倍频吹奏，这有什么好处呢？”
“好处是你多了一个 9 倍频呀。”爷爷解释：“这样你就多了一个‘来’音符。”
“哦，9 在 8 和 10 之间，8 是‘多’，10 是‘咪’，所以 9 是 ‘来’。这样，不需要阀门，就可以用自然小号吹出‘来’这个音符了。”我似乎懂了，但还是有些没有完全懂的地方：“可是，《凯旋进行曲》需要‘发’，这个音符怎么吹出来呢？难道是用 11 倍频？”
“确实，必要的时候的确是要用 11 倍频的。不过，这个音很不准。”爷爷打开平板电脑，画了一个表给我们看。
“对于铜管乐器，第 7、11 还有 13 倍频都是在黑键与白键缝隙里的音，需要演奏者通过控制嘴唇张紧度等方法，把它的音高调整到合适的音阶，有一定的难度。当然了，在《凯旋进行曲》中，‘发’这个音符只是很偶然地用了几处。”
“噢，我明白了。”一直在听的珍旭班长说：“这里的逻辑是这样的：要想用没有阀门的自然小号，就必须解决如何吹奏‘来’和‘发’的问题。这样，就需要使用 6 到 12 倍频，因此就必须把乐器管道的总长度设计得很长。可是，小号演奏家常有而姚明不常有，于是，威尔第就最终选定了折中的单阀门方案。”
“不过从另一方面讲，”我接着说：“单阀门的方案也有好处，比起自然小号，阿依达小号中‘发’这个音符可以做得比较准。”
先有乐器还是先有作品？
“嗯，好像有些豁然开朗了。不过，我还觉得有点如堕五里烟云。”泉余室友作深思状：“到底是先有鸡呢，还是先有蛋？我是说，到底是先有乐器呢，还是先有音乐作品？”
我说：“我觉得，大多数的音乐作品都是为现成的乐器写作的，但是，《凯旋进行曲》与阿依达小号似乎是反过来，先有了作品，再制造乐器。这种情况好像比较少见。”
“不，不算少见。实际上，很多音乐作品往往会创造出一些新乐器。比如柴可夫斯基的《1812序曲》，就把大炮变成了乐器。”大家七嘴八舌地聊起来。
“安德森的打字机协奏曲也是一个例子。”
“我还看过一部踢踏舞协奏曲。”
“我上幼儿园的时候，”珍旭班长说：“老师教我们跟着钢琴旋律扎爆气球。有的小朋友还吓哭了。”
“哈哈哈。”爷爷笑道：“当然了，威尔第写《凯旋进行曲》，更可能是与设计阿依达小号一同构思，交替进行的。”
“为什么呢？”
“你们注意到了吧，在《凯旋进行曲》里一共只用了六个音符，这是受到单阀门小号限定的。如果乐谱中需要增加一个‘啦’或者‘西’，就必须增加阀门了。”
“看来，”珍旭班长说：“要懂得威尔第，除了要学音乐，还得懂得铜管乐器的声学原理。”
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