thumb|upright=2|Illustration d'instruments de la famille des cuivres, tirée d'un catalogue de 1869. La famille des cuivres regroupe de nombreux instruments à vent (également appelés aérophones).
L'obtention du son est produit par les vibrations de l'air provoquées par les lèvres du musicien sur l’embouchure, contrairement aux instruments de la famille des bois dont le son est produit par le souffle et la vibration d’une anche simple (clarinette) ou double (hautbois) ou un biseau (flûte).
Description Tous les cuivres possèdent une embouchure. Leur point commun est la technique utilisée par le musicien pour produire le son : la vibration des lèvres. Cette technique dite du « buzz » — la plupart du temps au moyen d'une embouchure — fait vibrer la colonne d'air d'une cavité résonnante tubulaire de longueur variable (corps de l'instrument).
La majorité des cuivres modernes sont en laiton.
Certains « cuivres » ne sont pas en métal, mais en bois (comme le cor des Alpes ou le didgeridoo), en bois recouvert de cuir (cornets à bouquin et serpents), en fibre de verre (certains soubassophones), en ABS (instruments pour débutants). Les « cuivres » rudimentaires peuvent être en os, corne (chophar), ivoire (olifant), terre cuite, coquillage (conque), roseau, ou toute matière pouvant présenter l'aspect d'un tube ;
Inversement, certains instruments de musique à vent, fabriqués en métal, voire en alliage de cuivre, ne font pas partie des « cuivres » au sens défini précédemment, car le principe d'émission diffère. C'est le cas du saxophone, qui appartient à la famille des bois – bien qu'il soit majoritairement composé de laiton, la vibration est produite par une anche simple en roseau, et non par les lèvres du musicien.
Cette confusion pourrait provenir d'une habitude : l'ensemble des instruments à vent d'un même orchestre (fanfare, rock), est désigné sous l'appellation section cuivres. Cette assimilation existe également chez les anglophones sous la désignation : horns (cors, au sens littéral). Au sein de l'orchestre classique, à l'origine, tous les « bois » étaient en bois (flûte traversière en bois, pas de saxophone...) et tous les « cuivres » en alliage de cuivre.
Histoire et innovations Période préhistorique : les premiers cuivres Les premiers instruments de musique attestés par des fouilles (par des objets ou des représentations) remontent au moins au Paléolithique supérieur, c'est-à-dire à partir de - ans. Ce sont des flûtes, des rhombes, des arcs musicaux et des percussions. Les tout premiers instruments auraient été inventés durant le Paléolithique moyen, avec l'apparition de l'art et des premiers rites funéraires vers -100 000 ans. Les renseignements sont parcellaires, en raison de la fragilité et de la faible conservation des objets.
Les premiers instruments utilisant la vibration des lèvres pour produire un son, c'est-à-dire les premiers cuivres, pourraient dater de cette époque. Ils auraient été faits en bois creusé, comme le didgeridoo, en corne, en coquillage et même en terre cuite.
Période antique : les instruments naturels et les instruments à trous latéraux L'invention de la métallurgie fait apparaître les premiers instruments. Datant de l'Âge de bronze, ces sortes de trompes sont des tubes plus ou moins évasés. Par la suite, les cuivres vont se perfectionner pour donner de véritables instruments de musique du type trompes ou trompettes naturelles (droites ou courbées). Ces instruments n'étaient sans doute pas considérés comme des instruments mélodiques, mais plutôt comme des instruments de communication, pour la guerre ou la chasse, par exemple.
Les premiers cuivres chromatiques connus sont fabriqués en bois perforé de trous latéraux, comme les flûtes.
Période médiévale et l'époque moderne : invention de la coulisse et des clefs Durant une bonne partie du Moyen Âge, la famille des cuivres reste sous représentée, en nombre d'instruments différents en tout cas. Hormis le cornet à bouquin, aucun autre cuivre (cornes, trompes et trompettes naturelles) ne joue, semble-t-il, de la musique mélodique.
Au , apparaissent des instruments naturels plus aboutis comme le cor naturel ou la buisine.
Durant le , l'invention de la coulisse révolutionne la famille : les cuivres deviennent de véritables instruments d'harmonie, c'est la famille des sacqueboutes.
Par la suite, l'invention du système de clefs durant la période baroque offre de nouvelles possibilité pour les instruments à vent. À la fin du , ce système apparaît dans la famille des cuivres, comme sur la trompette à clefs.
Parallèlement, l'amélioration des instruments permet aux instruments naturels de pouvoir être quasiment chromatiques, grâce à la technique du bouchage, d'abord, au cor dès 1775, puis à la trompette.
Époque contemporaine : les instruments modernes L'innovation du est l'invention du piston, inventé par Heinrich Stölzel en et perfectionné par François Périnet en 1839. C'est aussi à cette époque qu'est inventé le barillet. Ils révolutionnent la facture des cuivres en résolvant les problèmes de justesse et d'inégalité sonore des instruments à clefs et à bouchage. Très vite, ces instruments sont abandonnés et une multitude d'instruments à pistons sont inventés dans la première moitié du , précurseurs des instruments modernes.
En comprenant le fonctionnement acoustique d'un instrument et notamment le rôle de la perce, Adolphe Sax revoit la forme des instruments. Il supprime les coudes et propose plusieurs enroulements qui préfigurent l'aspect de nombreux instruments modernes, notamment les basses.
Facture Fabrication Tous les cuivres modernes sont fabriqués selon le même modèle : tout d'abord, une plaque de laiton est découpée selon des patrons dont la taille correspond à chaque pièce. Puis le laiton est chauffé pour le rendre plus malléable afin de le recourber et de le souder pour former un tube. La forme de la pièce (sphéricité et courbure) est obtenue par pliage au marteau ; quand le diamètre est faible, un tube de laiton est chauffé et façonné au diamètre désiré à l'aide d'une filière à trou ; la conicité est ensuite donnée grâce à un mandrin conique : il donnera sa forme au tuyau. La pièce est alors polie
Quand la pièce est courbée, on introduit des billes en métal de la taille du diamètre intérieur ou de l'eau savonneuse. Puis le tout est placé au congélateur. Lorsque la pièce est froide, elle est cintrée ; les billes permettent alors de garder un diamètre intérieur constant et bien circulaire ; les différentes pièces de l'instrument sont alors soudées, éventuellement gravées ; enfin, l'instrument est verni. Principes de fonctionnement
La production du son L'air situé dans la bouche du musicien est mis en surpression ; quand les lèvres vibrent, elles font passer un débit d'air à une fréquence déterminée par le musicien.
La physique des instruments à vent, et des cuivres en particulier, consiste à transformer une surpression statique (continue en fonction du temps) en pression acoustique (un son est une variation de la pression de l'air autour de la pression atmosphérique). Les lèvres jouent donc le rôle de modulateur de débit en s'ouvrant et se fermant alternativement.
Les instruments à anche fonctionnent sur le même principe, les lèvres vibrantes étant remplacées par la ou les anche(s).
L'air entre ensuite en résonance dans le tube, ce qui produit l'onde sonore.
Production d'une note et le rôle du corps de l'instrument La colonne d'air La fréquence d'un son dépend de la longueur de la colonne d'air ; autrement dit, c'est la longueur du tuyau qui détermine la note. Plus le tuyau est court, plus la note est aigüe ; plus le tuyau est long, plus la note est grave. Le suraigu est une exception : ce n'est plus l'instrument qui fait la note mais l'instrumentiste.
Ce phénomène est dû à la formation d'ondes stationnaires (voir aussi) à l'intérieur de l'instrument, la cavité résonante. Le pavillon, qui joue le rôle de résonateur acoustique, renvoie une grande partie des ondes sonores vers l'intérieur de l'instrument. Il y a environ de différence entre la pression acoustique intérieure et extérieure (correspondant à la différence entre un forte et un piano). Mais, dans le suraigu, toutes les ondes passent.
Ces ondes renvoyées vont soit entrer en résonance à la bonne fréquence (fondamentale et harmoniques), soit s'opposer, voire s'annuler, si on s'éloigne de cette fréquence de résonance. Il en résulte que l'impédance acoustique forme des pics à la fréquence fondamentale (et des harmoniques) - les notes sont faciles à jouer - et faible en dehors de ces fréquences. Dans les aigus, les pics sont moins marqués, les notes sont « chères » et moins précises.
Concrètement, on ne peut pas avoir un ré avec le doigté (ou la position) du do. Car la résistance de l'air empêche cette fréquence de passer.
Les harmoniques La théorie acoustique des harmoniques permet de comprendre le principe de fonctionnement des cuivres. En simplifiant à l'extrême, cela revient à dire qu'un tube d'une longueur donnée, peut générer un son fondamental (le plus grave possible sur ce tube), et une série de sons plus aigus, aux intervalles toujours identiques. Dans le cas des cuivres, sur une longueur donnée, on peut faire entendre tel ou tel son de la série en faisant varier les paramètres suivants : tonicité des muscles de la face sur le pourtour de la bouche, volume d'air expulsé, vitesse de l'air expulsé.Les autres fréquences de résonances (les harmoniques) sont des multiples de la fréquence fondamentale. Le musicien est limité à jouer les harmoniques de son instrument. Pour une fondamentale (ou premier harmonique) de fréquence F, la deuxième harmonique aura une fréquence . Un rapport de fréquence 2 s'appelle, en musique, une octave. Le troisième harmonique aura donc une fréquence . Le rapport des fréquences entre le deuxième et le troisième harmonique est de . Ce rapport caractérise les quintes justes. On a donc le même intervalle entre les harmoniques 4-6, 8-12 et 10-15. Le quatrième harmonique, de fréquence est donc l'octave du deuxième harmonique, et la double octave du fondamental. On sait ainsi que le rapport caractérise les quartes justes. On a donc une quarte juste entre les harmoniques 6-8, 9-12, 12-16. En revanche, le rapport entre le et le est légèrement supérieur au rapport de quarte. Le est donc naturellement faux (trop haut).
Les 21 premiers sons harmoniques sont représentés musicalement sur la gamme ci-dessous :
Certains harmoniques sonnent donc faux. Leur erreur a été indiquée entre parenthèses sur la gamme ci-dessus.
En théorie, l'instrument peut monter indéfiniment dans l'aigu. En réalité, les capacités physiques des musiciens s'arrêtent vers le (et le , correspondant au contre-ut, chez la plupart des gens). Souvent, la fondamentale est difficilement jouable, sauf dans les instruments médium-graves (trombone, euphonium, clairon basse et trompette basse naturelle), même si ça demande une certaine maîtrise pour le musicien. On constate que les harmoniques, très espacées dans le grave, se rapprochent dans l'aigu. Cette théorie n'est valable que pour un tuyau parfaitement cylindrique (et une gamme naturelle). Dans la pratique, les instruments alternent avec des parties coniques et cylindriques. Il est donc possible de construire des instruments naturellement totalement faux et qui ne suivront pas ce schéma.
Calcul de longueur d'instrument L'instrument est considéré comme un tube de longueur fixe, ouvert à son autre extrémité. C’est le cas du cor naturel, de la trompe de chasse, de la trompette naturelle, de la trompette baroque, de la trompette de cavalerie, d'un trombone avec sa coulisse maintenue dans une position, sur la majeure partie de leur longueur.