钢琴调律与调整教程钢琴结构与组装工艺(第一分册)

钢琴调律与调整教程钢琴结构与组装工艺(第一分册)内容摘要：

外也有 8 组音域的大型三角钢琴。 (见图 2— 3)。 12 第二节 钢琴结构 卧式钢琴和立式钢琴的结构基本由四部分组成，各部分之间相互关联成为统一体。 这些基本结构的零部件都是 按设计要求排列组成的。 钢琴基本的结构由四个系统组成：①共鸣盘 (张弦总成 )；②键盘机械 (键盘和击弦机两部分 )；③踏瓣机构； ④外壳。 (见图 2— 4)。 这四部分是钢琴的基本部分，缺一不可，按设计要求排列组装，不同的钢琴由尺寸不同的零件构成，但所行的钢琴基本部分的作用都相同。 思 考 题 1．钢琴是由哪几部分组成 ? 2．不同场合使用何种钢琴 ? 第三章 共鸣 盘 (张弦总成 ) 第一节 名词解释 1．弦的振动 张紧的琴弦受到外力作用，在平衡位置上往复运动。 2．振幅 弦离开平衡位置的最大距离。 3．周期 完成一次全振动所需要的时间。 单位： s(秒 )。 4．频率 单位时间内振动的次数。 单位： Hz。 频率和周期的关系： Hz＝ 1／ s。 5．音高 弦的振动频率决定音高。 6．音量 弦的振幅大小决定音量。 7．音量大小的条件 与敲击力、弦的质量、弦的张力、音板的性能、弦槌的弹性、击弦点的位置等有关。 音 13 量单位： dB分贝 8．音色 音的色彩。 指该音里所包含的谐音数量及强度，由激发弦振动的方式和击弦位置决定。 在形容音色时我们一般以明亮、柔和、华丽、浑厚等词汇。 9．音域 钢琴的频率范围。 标准钢琴音域范围为 88 键， A2— c5；频率范围： 27． 5～ 4186． 01Hz。 每 12 个键为一组， 88 键共分成 71/4+1 组。 全音域中同名音的振动频率互成倍数关系，每隔一组音的 频率相差一倍。 10．音准 音高标准。 钢琴是以 a1＝ 440Hz 为基准音。 音高又分为绝对音高和相对音高。 例：绝对音高是 a1＝ 440Hz，相对音高可以是以 12 平均率为依据的音程关系，每相邻两键相差 100音分。 11．击弦点 弦槌敲击琴弦的位置。 12．十二平均律 每组 12 个音，全音域内任何两个相邻的音之间琴弦振动频率比值完全均等的律制。 13．弦列的设计内容 ①弦的总数；②弦的频率；③弦的长度；④弦的直径；⑤弦的张力；⑥弦的材料；⑦击弦位置；⑧弦的 平面布置等。 第二节 弦 列 弦列是指按一定规律排列起来紧绷在钢琴铁板上的琴弦，而每组琴弦的振动频率和该键的音名相符。 琴键所对应的弦分别由一根、两根、三根或更多的弦组成。 同一键上的一组弦叫“同音弦组”。 每一同音弦组中的弦振动的频率相同。 弹奏者在弹奏时能够改变音色和音量，但每个键上的音高是固定的。 因此，弦列的作用就是在琴弦受不同力度激发琴弦产生振动时，能发出具有固定频率、不同响度、不同音色的音 (见图 3— 图 3— 2)。 一、琴弦 琴弦是钢琴的音源，当音不准时可用调整琴弦的张紧力，使其达到理想音的高度。 琴弦的工业名称为琴钢丝，是专门为钢琴和其他弦乐器生产而制造的特殊钢丝。 14 1709 年，意大利人克里斯托福里制成了世界上第一架钢琴，从这个世纪开始，在钢琴和其他弦乐器上首先使用了金属丝作为琴弦。 在金属丝中，铁丝和铜丝都具有较好的延展性，但抗拉强度低，发出的声音既微弱又难听。 直到 19 世纪才开始全面使用高强度特种钢丝作为专用琴弦，这种钢丝比其他金属弦丝抗拉强度提高了近一倍。 1855 年，德国波尔曼公司生产出超越其他国家的高强度钢丝。 经过不断发展，该公司在钢丝弦销售市场上占有绝对的地位，因此，在当时就形成了一个以增加琴弦强度为特点的竞争局面。 但优质琴弦还应具有其他品质特征，因而单纯的根据钢丝的抗拉强度试验数值判定琴弦的品质是不全面的。 1882 年，钢丝企业家波昂贾德建立了劳司娄炼钢厂并单独制造琴弦，成为至今仍闻名于世、备受大家喜爱的劳司娄牌琴钢丝。 波尔贾德提出的论点是钢丝弦除了强度要求以外，仍需具备其他不能缺少的性能。 例如：柔美的音色、音调的长久保持性、声音的均匀性 和持久稳定性，使其在使用中真正成为优质琴弦。 制造出能满足各项规定要求的琴弦，至今仍然是很困难的工作。 大部分生产钢丝的工厂由于琴弦产品标准要求较高而没能力生产，使 得一些与琴弦外观相似的钢丝也混为钢琴弦，而影响了钢琴的声学品质。 二、钢琴弦材料 1．钢琴弦的要求 钢琴用的钢丝弦 (裸弦，我国的标准编号是 YB／ T5218，材料标准号 T8MnA)，要求每根琴弦必须承受标准拉力而不 变形。 由于琴钢丝是一种较难生产的金属线材，虽然在当今金属材料的实验和冶金技术都有很大发展的情况下，仍有许多疑点不能解释。 通过对一些最优良的钢琴弦样品的化学分析，说明不同材料弦的化学组成和元素含量差别很大，因此与琴钢丝的加工方法相比，化学成分可能不起决定性作用。 但一般化学元素的含量都是在一定的范围内如：碳 (0． 8～ 0． 9)，锰 (0． 3～0． 6)，硅 (0． 15～ 0． 35)，磷 (不大于 0． 04)，硫 (小于 0． 04)。 在材料成分及冷热或干湿的处理方面有未被察觉的偏差，或在进行继续处理时，因部分处理不当所造 成的差异，其原因大部分无法断定，因此，制造厂家对此问题的研究也各有差异，这给钢丝在投入使用之前的检测造成了很大困难，即琴钢丝无法以材质而论，只能检测外观是否有瑕疵。 这就不能保证琴弦全长的可靠均匀性，因此常有错误的结果。 而这一点却对钢琴发音极为重要，所以钢琴制造厂家所需的琴弦也只能依赖于一些名牌的产品，而不能就其品质做出本质判定。 那么，什么样的琴弦才是最理想的呢 ?简单地说，琴弦必须保证清亮的发音，能保持音调的准确及持久性。 最重要的指标是抗拉强度，必须满足琴弦在长期张力作用下不延伸不变形。 刚度也不能过 大，否则钢丝易折断且不利于琴弦振动。 琴弦还应有一定的塑性，中高音琴弦要能大于 90176。 的曲折，来满足琴弦要在弦轴孔中缠绕而不被折断的要求。 低音弦还要满足相互缠绕 (呈麻花状 )，做成直径 6mm 的圆环时不产生裂纹、折断的要求。 以上这些都是缺一不可的。 因此在购置琴弦时，首先要与生产厂家协定琴弦的品质标准。 如：要求琴声清亮持久、柔软、有力度、可以准确调音以及音调保持性能等要求。 当然也有些琴弦是因为设计尺寸、敲击点位置、琴弦直径与长度、拉力的比例计算上有错误，而失去了应有的效果。 这些因素与琴弦品质和性能无关，但是 决定乐器发音的效果，是与品质优秀的琴弦能够适应上述因素所分不开的。 琴弦断面的椭圆度、均匀的直径以及无疤痕而光滑整洁的表面，都是琴弦材料达到优良发音效果的基本条件。 2．琴弦的强度 琴弦的强度是指琴弦的最大抗拉强度。 好钢丝的抗拉强度能达到 2020— 2600N／ mm2。 钢琴弦列中弦的张力设计值一般为 70～ 150N；弦经过弦枕的折角需增加 6％～ 10％；调音时拉得偏紧增加 4％～ 5％；弦槌的敲击力增加 5％另外还有弦轴与弦枕间 15186。 左 右的折角等， 15 所 以一根琴弦实际所受的拉力可能达到 1000— 1600N。 考虑到安全系数，琴弦的抗拉强度应该大于 18002020N／ mm2 3．弦的张弛 钢琴音准的稳定性，与琴钢丝的性能有一定关系。 弦张紧后在一定时间内应力下降，这种下降称为张弛。 对弦来讲，张弛越小、伸长变化结束的越快越好。 张弛过程不应超过 20个昼夜。 这个期限过后，弦应支持住指定的拉力。 4．琴弦的塑性要求 在调音时 琴弦会发生长度延伸，而琴弦的弹性延伸必须规定在一个适当的界限之内。 延伸率不能过大，否则很难保持其音准稳定，发音效果也差。 延伸率也不能过小，因为弹性界限与极限强度太接近时，弦受到拉力后，内应力增加而延伸过小，调律人员感觉不到，由于延伸小而造成拉力过大，很容易断弦。 因此，标准琴弦的拉力应在弹性界限之内。 即使是受到一定的拉力，也不至于超越弹性界限，并且琴弦在一般性被扭拧时不应该折断。 5．弦的椭圆度要求 琴弦的截面应该是圆形，若为椭圆或在有效 长度内直径偏差大 (不圆 )，则在同一根弦上有两个振动基频，就会发出两个音。 因此，要求弦直径公差 0． 005mm。 6．缠弦 缠弦是在钢丝外面缠绕一到两层铜丝，用于频率较低的琴弦。 在一架钢琴上不仅要使用裸弦，同时也要使用缠弦。 目的是要用较短的琴弦，来达到较低的频率。 方法是在钢丝外面缠绕一到两层铜丝。 因为，即使我们采用琴钢丝标准中最粗直径1． 6mm 的钢丝弦，要达到钢琴最低的频率，弦还是太长了。 例：设低音弦的张力 958． 0N，弦长计算公式： cmpFdfL 9819 5 80 11    由此可以看出弦的长度至少要 5 米长。 如果按中等高度钢琴的低音弦长 121． 8 米计算弦的直径： cmpFfd 9819 5 80 11    F—— 弦的张力 P—— 弦材料密度 L—— 长度 f—— 频率 ι —— 弦长 d—— 直径 可见直径接近 6mm。 这已不是琴弦，而是金属棒了。 这就违反了制作琴弦必须柔软、均匀的基本条件，这样的金属棒用钢琴的弦槌打上去，产生不了振动。 采用缠弦的方法就可以解决这个问题。 在钢丝外面 缠上不同直径的一到两层铜丝，琴弦的质量就增加了。 由于质量和频率成反比，质量越大，频率越低，因此解决了低频率的弦径问题。 采用缠弦方法，还有一个更重要的优点是，在质量增加的同时，又不影响琴弦的挠度。 采用外缠弦有较高的技术要求，这主要从两方面考虑： (1)琴弦要在缠上外层铜丝后，不能因为受负重而造成琴弦损伤和强度减弱。 优秀的琴弦不但表面光滑，也要能够被其他材料缠绕，同时还要能够弯转、能打结。 过硬和有瑕疵的钢丝弦都不能使用。 因为经过弯转、打结后可能损坏其内部组织，导致断裂。 (2)在缠绕琴 弦时，应避免拉抻铜丝的拉力过大和过强的缠绕、过猛的敲击琴弦等，这样会导致弦芯扭转，影响音调的调整。 在铜丝开始卷绕旋转时，也应将钢丝弦两边同时绕转。 若钢丝只一端沿纵向轴旋转或两端旋转不同步，则形成钢丝扭转，外表难以察觉，但却存在很大的危险隐患。 16 (3)琴弦应避免超越其允许拉力的负荷。 这样容易接近断裂极限，而且发音效果也差。 认为用较长或较粗的琴弦可产生较优美的音色是错误的。 (4)缠绕低音弦，不能使用钢丝而要使用紫铜丝。 因为钢丝较硬，不能与核心弦贴紧，且容易生锈。 用铜丝的目的是因为铜丝能与芯弦良 好贴合，要求缠绕的金属丝在弦槌重力敲击下不能松离芯弦，否则将会出现杂音。 若缠绕的过紧时琴弦也不能振动。 为了求得被缠绕的芯弦与外缠弦有较严密的贴合，需将芯弦“刮毛”，以增加芯弦与外缠弦之间的摩擦力而减小杂音。 也有使用六角形芯弦而代替圆形的，其目的只是为了利于与外缠铜丝贴合，没有其他特别功效。 (5)缠绕铜丝时的牵拉角度：铜丝与钢丝之间的缠绕角度很关键，角度大了，弦缠绕时相对铜丝较松，弦在振动时铜线之间有间隙，会产生“杂音”；角度小了，铜丝缠绕时相对较紧，弦缠得过紧，弦的柔韧性受到破坏，会产生“木音”。 外层缠弦与芯弦的角度因外层弦的直径而变化，外缠弦 (铜丝 )越细，与芯弦的角度越接近 90176。 (6)缠绕时的牵拉力：在缠绕时牵拉铜丝的拉力大了，弦就会被缠得过紧，弦在振动时振动受到抑制，琴弦也会发出“木音”；牵拉力小了，弦缠得过松，弦在振动时铜线与铜线、铜线与芯弦之间会有间隙，同样也会发出“杂音”。 综上所述，琴弦虽然属于小型零件，但对钢琴音色影响关系重大，并有许多加工和使用过程中应注意事项。 钢丝弦规格见表 3— 1。 表 3— 1 钢丝弦规格 钢丝弦 编号 直 径 mm 每米质量 (g／ m) 抗拉强度 N／ mm2 每条弦张力 N 12 0． 725 3． 30 2600 1080 121/2 0． 750 3． 53 2600 1150 13 0． 775 3． 76 2550 1200 131/2 0． 800 4． 00 2500 1250 14 0． 825 4． 25 2450 1300 141/2 0． 850 4． 52 2400 1370 15 0． 875 4． 79 2400 1450 151/2 0． 900 5． 06 2400 1520 16 0． 925 5． 35 2400 1600 161/2 0． 950 5． 64 2350 1670 17 0． 975 5． 94 2350 1750 171/2 1． 000 6． 25 2350 1820 18 1． 025 6． 57 2300 1900 181/2 1． 050 6． 89 2300 1970 19 1． 075 7． 22 2250 2050 191/2 1． 100 7． 56 2250 2150 20 1． 125 7． 91 2250 2250 201/2 1． 150 8． 27 2250 2350。