論鋼琴弦軸的松緊

金先斌，譚漢立

（北京中加合資海資曼鋼琴有限公司，北京 100086）

琴弦的發(fā)音要素之一即必須張緊琴弦。當弦的直徑、長度不變時，音高取決于弦的張力，而調(diào)整琴弦張力的手段即是扭轉(zhuǎn)弦軸。換言之，音準的調(diào)校是通過扭轉(zhuǎn)弦軸，繼而改變琴弦張力來實現(xiàn)的。由此可見，弦軸松緊是否適度是衡量鋼琴質(zhì)量的重要指標之一。弦軸過松，導致調(diào)律無法進行，故當前市場上弦軸松動的鋼琴已基本絕跡。而對于弦軸過緊或有“跳進”現(xiàn)象的鋼琴尚可調(diào)試，故弦軸過緊的鋼琴在市場上普遍存在，大家多是認為“新琴的弦軸緊點好，調(diào)試幾年后，弦軸過緊的問題自然消失”，這是認識上的誤區(qū)。

本文針對弦軸松緊的問題，從理論到實踐，再到實驗進行了實物操作研究。盡管筆者有從事鋼琴調(diào)律工作半個多世紀的職業(yè)經(jīng)歷，但得出的實驗結(jié)論亦讓筆者感到吃驚。這個結(jié)論即是：調(diào)律的次數(shù)多少對弦軸松動的影響近乎為“零”。

立式鋼琴的弦列設(shè)計在“鋼琴鐵板”上呈現(xiàn)交叉分布，近20 t的弦張力通過弦軸板作用在鐵板上。由220多根琴弦組成的弦列，竟然通過弦枕懸浮在鐵板的表面（離開鐵板約10 mm）。這不但使鐵板產(chǎn)生了向前彎曲的力，還由于弦列交叉排布形成兩邊向中間彎曲的力，弦軸板不但起到穩(wěn)固弦張力的作用，還起到防止鐵板橫向變形的“龍骨”作用。

1 弦軸板

弦軸板是音準和音準穩(wěn)定的核心部件。

弦軸板由密度大的優(yōu)質(zhì)木材制成?，F(xiàn)代鋼琴300多年的發(fā)展歷史證明，再優(yōu)質(zhì)的木材，也不能承受近20 t的琴弦張力，以及弦軸扭轉(zhuǎn)產(chǎn)生的回轉(zhuǎn)阻力矩。在早期的鋼琴制造業(yè)，曾試用過金屬、塑料、層壓膠布板作弦軸板原料，但均未獲得成功。迄今，還沒找到比多層木質(zhì)膠合板更具優(yōu)勢的替代品。上世紀五、六十年代，國內(nèi)鋼琴生產(chǎn)均采用5～7 層的膠合弦軸板。由于出材率過低以及材料受氣候溫濕度的影響，導致因弦軸板出現(xiàn)質(zhì)量問題而致弦軸松動現(xiàn)象屢屢發(fā)生。自上世紀70年代后期，鋼琴生產(chǎn)開始采用多層（19層）膠合板軸板，因其出材率高、環(huán)保、不變形、較少受溫濕度影響的優(yōu)勢，而被鋼琴制造業(yè)普遍采用。自上世紀80年代以來，我國主要鋼琴廠均已采用此類型膠合軸板，但由于軸與孔的配合未做調(diào)整，致使弦軸出現(xiàn)過緊現(xiàn)象。雖然多層膠合軸板具備諸多優(yōu)點，但由于膠液充塞了木材的毛細管孔，導致木材彈性下降。

弦的張力通過弦軸作用到弦軸板上形成三種力：一是沿琴弦方向產(chǎn)生的拉力；二是直徑大于軸板孔徑的弦軸栽入軸板后產(chǎn)生的壓力；三是由于琴弦纏繞在弦軸上，弦的張力使弦軸形成回轉(zhuǎn)阻力矩?；剞D(zhuǎn)阻力矩的大小，不僅與弦的張力有關(guān)，還與軸和孔之間的摩擦力有關(guān)。而摩擦力又與軸板木材的密度，軸表面紋牙的狀態(tài)、潔凈程度，軸板鉆孔時孔壁是否焦糊，以及弦軸的直徑與軸孔徑的配合、軸栽入孔內(nèi)的深度等因素有關(guān)。這些材質(zhì)、工藝問題并非復(fù)雜問題，假設(shè)以上問題均達標的前提下，調(diào)律時松緊適度的弦軸回轉(zhuǎn)阻力矩相關(guān)力學參數(shù)是可以計算出來的。前蘇聯(lián)學者H?A?捷亞科諾夫在其所著《鋼琴制造》一書中指出：“現(xiàn)代鋼琴弦的最大張力可能相當于175 kg①。當弦軸直徑為7 mm，弦直徑為1.2 mm時，最大張力矩（回轉(zhuǎn)阻力矩見圖1）為”

顯然，此張力矩是弦張力與弦軸回轉(zhuǎn)阻力矩的臨界點。如此看來，在實際應(yīng)用中，這個回轉(zhuǎn)阻力矩需加以修正。根據(jù)實踐及實測數(shù)據(jù)，將回轉(zhuǎn)阻力矩增加50%較為適宜：

71.75 × 1.5 kg= 107.6 kg（100 kg～120 kg）

當軸的直徑加大或軸孔過小時，回轉(zhuǎn)阻力矩必然加大，弦軸即呈現(xiàn)過緊狀態(tài)。這不但不利于調(diào)律，也不利于鋼琴的音準穩(wěn)定。且軸徑過大時，軸孔壁易出現(xiàn)“跳進”現(xiàn)象（孔壁焦糊時亦會出現(xiàn)跳進問題），繼而孔壁的木材纖維被破壞，反而在后期更易出現(xiàn)弦軸松動的問題。因此，如何使軸徑與孔徑達到合理配合狀態(tài)，成為弦軸松緊適度的關(guān)鍵所在。

在鋼琴生產(chǎn)企業(yè)，對于軸徑與孔徑的配合工藝多加以保密。其實，軸徑與孔徑的配合與軸板密度、鉆孔工藝、空氣濕度密切相關(guān)，即使達到最佳配合狀態(tài)的軸、孔配合，也不是一勞永逸和一成不變的。不同批次的軸板，材料密度亦或不同，鉆頭磨削不當及更換都可能導致阻力矩的變化，故經(jīng)常使用力矩扳手進行測定應(yīng)作為工藝規(guī)程（有外國著名廠家透露，軸孔配比以7∶6.8 為宜）。有一點應(yīng)統(tǒng)一認識：弦的張力與弦的回轉(zhuǎn)阻力矩有直接關(guān)系，但兩者并不相等。因為，若弦從弦軸中心通過，頂端用螺絲固定，則其回轉(zhuǎn)阻力矩必為零，而只存在琴弦張力作用在弦軸上的“切向力”。

圖1 弦軸回轉(zhuǎn)阻力矩示意圖

2 調(diào)律時弦軸轉(zhuǎn)動的幅度

在對鋼琴進行調(diào)律時，弦軸被扳手扭轉(zhuǎn)的幅度有多大，此數(shù)據(jù)尚無可查證。對此，筆者進行了實際測量。由于弦長不同，調(diào)律時同樣升高半音，弦軸轉(zhuǎn)動的幅度亦不同。測定結(jié)果顯示：當提高半音時，從A2～a（一號鍵至37號鍵），弦軸轉(zhuǎn)動幅度約為8°，從a1～a2約需扭轉(zhuǎn)6°，從a2～a3約需扭轉(zhuǎn)4°，從a3～a4約需扭轉(zhuǎn)2°。如圖2所示，當小字一組a1音高提升小二度，弦軸旋轉(zhuǎn)約為6.5°。弦軸轉(zhuǎn)動幅度的測量難以做到精確，因為弦軸轉(zhuǎn)動的初始階段存在彈性變形，且因弦軸的松緊狀態(tài)不同，變形大小不盡相同。但此項測試僅為證實在調(diào)律過程中，弦軸轉(zhuǎn)動的幅度不大，似無精確的必要。

圖2 弦軸扳手旋轉(zhuǎn)角度示意圖

3 弦軸轉(zhuǎn)動對孔壁的磨損

在調(diào)律實踐中，很少有提高半音（100音分）的情況，音高變動范圍多為20音分左右。由此看來，每次調(diào)律弦軸轉(zhuǎn)動3°更為適當，按每年調(diào)律2次為計，60年調(diào)律需要調(diào)律120次，則由此大致推算弦軸總體轉(zhuǎn)動角度為：2×120×3°=720°，即正常情況下，鋼琴使用60年，僅相當于弦軸轉(zhuǎn)動二周。

在實踐中，調(diào)律時斷弦現(xiàn)象時有發(fā)生，中高音區(qū)更換一次新弦，通常要將弦軸倒退三周半，換好后把音調(diào)準，還需將軸在正轉(zhuǎn)三周半，即換一次琴弦需要把弦軸轉(zhuǎn)動7周。但實踐中，尚無換好弦后軸即松動的實例。客觀地講，將弦軸轉(zhuǎn)動7周必然對軸的松緊造成影響，但由于影響很小，遠不足以達到更換弦軸的程度。

近20年來，全國各類調(diào)律培訓班紛紛開辦，調(diào)律教學用琴的弦軸幾乎天天處于調(diào)試練習狀態(tài)，尚無一例弦軸松動的現(xiàn)象。為進一步了解弦軸轉(zhuǎn)動對弦軸板磨損的情況，筆者選擇4架“148”型三角鋼琴及“133”型、“132”型、“120”型立式鋼琴，琴體采用進口弦軸板，并在中音區(qū)域選擇10個未纏繞琴弦的常規(guī)弦軸，分別做“十個回合”的扭矩實驗數(shù)據(jù)測試，共取得728個數(shù)據(jù)。此實驗已將弦軸轉(zhuǎn)動對軸孔磨損的測試做到“極致”：每架鋼琴選出10個弦軸，將每個弦軸作順時針和逆時針旋轉(zhuǎn)各10周，即每個弦軸旋轉(zhuǎn)20周（應(yīng)為800個實驗數(shù)據(jù)，最后一架鋼琴因故未做完測試）。弦軸回轉(zhuǎn)阻力矩變化數(shù)據(jù)見表1：

表1 弦軸回轉(zhuǎn)阻力矩變化數(shù)據(jù)實驗測試表 （單位：kg）

由上表可以看出如下問題：

（1）即使選用進口弦軸板，在時間、鉆孔條件和軸孔配比相同的情況下，弦軸的回轉(zhuǎn)阻力矩亦不相同。這種差距形成的原因可能有兩個：同一樹種的木材密度不可能完全一致；不排除同一批次弦軸的軸徑有微小差異。因此，為觀察不同阻力矩在轉(zhuǎn)動20周后的狀況提供了有益的參考；

（2）上表的差值變化及累計差值為：松軸與松軸對應(yīng)，緊軸與緊軸對應(yīng)。松軸即逆時針旋轉(zhuǎn)，緊軸即為順時針旋轉(zhuǎn)；

（3）“1回合”為先逆時針旋轉(zhuǎn)一周（松軸），再順時針旋轉(zhuǎn)一周（緊軸）。各回合數(shù)據(jù)均為“緊軸”比“松軸”阻力矩小，這是因為松軸一周，弦軸退出約3 mm，故緊軸初始的阻力矩小于松軸的阻力矩；

（4）從前三回合的累計誤差看，“松軸”的阻力矩下降19 kg，而總體下降值為25.5 kg，說明初始回轉(zhuǎn)阻力矩過大，則阻力矩下降的幅度加大。由此證明，阻力矩過大時，存在孔壁被破壞的現(xiàn)象；反之，表中“2軸”初始阻力矩僅為120 kg（接近合理阻力矩），20周后僅下降20 kg（松軸）和25 kg（緊軸），且下降到85 kg時手感并不覺得松動。

（5） 表1中第6回合回轉(zhuǎn)阻力矩較第5至第2回合加大，是因其間實驗操作有所停頓。

4 結(jié)論

（1）當弦軸回轉(zhuǎn)阻力矩適當時，調(diào)律時弦軸的轉(zhuǎn)動對軸孔壁的磨損微乎其微。年久的舊琴，弦軸松動是弦軸板木材老化、干燥失去彈性所致。新琴的弦軸過緊會破壞孔壁的木材纖維，無助于后期弦軸的緊固；

（2）弦的張力與弦軸的回轉(zhuǎn)阻力矩有關(guān)，但弦的張力不等于阻力矩。根據(jù)現(xiàn)代鋼琴琴弦的最大張力、阻力矩不應(yīng)大于100 kg～120 kg。力矩扳手所測得的數(shù)據(jù)為弦軸的回轉(zhuǎn)阻力矩，并非弦的張力；

（3）多層弦軸板是當下最優(yōu)選的軸板之一。多層膠合工藝軸板不僅強化了木材的纖維，更加強了其抵御潮濕的能力，使其耐候性大大增強。只要膠質(zhì)不老化、分解，則不會出現(xiàn)木材纖維老化松脆失去彈性的問題；

（4）由于多層板所含膠液通過熱壓固化后，減少了木材纖維的彈性，故而對軸與孔的配合要求更為嚴格，建議應(yīng)將每批琴以力矩扳手進行阻力矩的檢測納入工藝規(guī)程。

弦軸過緊導致琴的品級降低，解決問題的關(guān)鍵在于找到適合的弦軸回轉(zhuǎn)阻力矩，只要軸板合格，調(diào)整軸與孔的配比即可取得適當?shù)淖枇亍Ｎ覈殉蔀槭澜玟撉偕a(chǎn)大國，只要扎實地把每個細節(jié)做到精益求精，鋼琴強國之夢終將成為現(xiàn)實。

注：

① 通常“張力”、“力矩”均應(yīng)以“牛頓”為單位，因上世紀50年代出版的《鋼琴制造》為我國最早的鋼琴技術(shù)文獻，文中的張力、力矩均以kg為單位，故延用至今，1 kgm=9.866 Nm。