鋼琴內(nèi)腔主要部件研究

程生寶

摘要：鋼琴內(nèi)腔的主要部件承擔(dān)著發(fā)聲、傳導(dǎo)、擴(kuò)音的重要功能，現(xiàn)在我國(guó)鋼琴生產(chǎn)領(lǐng)域在這些方面普遍存在的問題和可以改善的結(jié)構(gòu)，都值得研究。本課題主要是結(jié)合科學(xué)的理論研究成果，通過對(duì)鋼琴內(nèi)腔結(jié)構(gòu)調(diào)整的實(shí)體實(shí)驗(yàn)，論證和驗(yàn)證琴弦在鋼琴內(nèi)腔中的重要作用，充分利用琴弦擊弦點(diǎn)的物理屬性對(duì)聲音的決定性作用和改善弦碼的傳導(dǎo)效率，實(shí)現(xiàn)鋼琴內(nèi)腔和整體振動(dòng)的最大化。

關(guān)鍵詞：擊弦點(diǎn) ?弦馬 ?基音 ?傳導(dǎo) ?振動(dòng)效率

鋼琴內(nèi)腔里最重要的部件就是琴弦，鋼琴的琴弦是鋼琴的唯一音源，也就是發(fā)音體，琴弦由裸鋼絲和纏繞銅絲的鋼絲構(gòu)成。鋼琴琴弦也稱為琴鋼絲，它的橫截面為圓形，它具備了柔順、直徑均勻、有適度剛性的特征。鋼琴琴弦的兩端都掛在鑄鐵板的掛弦樁上。最上端的掛弦樁稱為弦軸，它是可以轉(zhuǎn)動(dòng)的，用于調(diào)節(jié)琴弦的張力，因?yàn)榍傧抑挥斜豢嚲o，達(dá)到一定張力后，才能被激發(fā)產(chǎn)生聲音。鋼琴琴弦被按規(guī)律張掛在鑄鐵板上，形成弦列。這些弦列大致分為三個(gè)區(qū)域，即低音區(qū)、中音區(qū)、高音區(qū)，鋼琴琴弦的直徑數(shù)值也從低音區(qū)向高音區(qū)逐漸過渡，越來越小，越來越細(xì)，琴弦的有效振動(dòng)長(zhǎng)度也從低音區(qū)向高音區(qū)逐漸過渡，越來越短。

鋼琴琴弦的兩端被固定在鑄鐵板上，因此這兩個(gè)固定點(diǎn)就被稱為波節(jié)節(jié)點(diǎn)，簡(jiǎn)稱節(jié)。鋼琴發(fā)音的激發(fā)方法是由琴鍵操縱弦槌擊打琴弦，弦槌在完成擊打琴弦后快速彈回歸位，琴弦就可以鳴響。擊打動(dòng)作作用在琴弦上，琴弦受力，振動(dòng)形式以橫向往復(fù)振動(dòng)為主，以擊弦點(diǎn)為振動(dòng)運(yùn)動(dòng)的起點(diǎn)，以琴弦的靜止位置為軸心，琴弦快速往復(fù)震蕩，形成一個(gè)紡錘形的震蕩軌跡，最后歸于靜止。振動(dòng)軌跡的最高點(diǎn)被稱為振動(dòng)波腹。擊弦點(diǎn)的位置不同，波腹的位置也隨之改變，并且在激發(fā)力度相同的情況下，擊弦點(diǎn)越靠近琴弦的中心點(diǎn)，波腹的數(shù)值就越大，直到琴弦的中心點(diǎn)時(shí)，震蕩波腹達(dá)到最大值。但由于鋼琴交叉弦列設(shè)置的局限性和擊弦機(jī)構(gòu)造的特殊性，鋼琴的擊弦點(diǎn)不能設(shè)置在琴弦的中心點(diǎn)，而是只能選擇靠近琴弦上端的部位。因此一條琴弦整體振動(dòng)時(shí)，全長(zhǎng)振動(dòng)和分段振動(dòng)產(chǎn)生的頻率就構(gòu)成一套復(fù)雜而巧妙的諧音列，由于基音在諧音列里面強(qiáng)度最大，所以人的耳朵就只能聽到基音。由于琴弦的七分之一段和九分之一段產(chǎn)生的頻率與基音的頻率構(gòu)成極不和諧的音程，如果能夠抑制七分之一段和九分之一段的發(fā)音，整體琴弦的音色就會(huì)明顯改善。我們可以把低音區(qū)的擊弦點(diǎn)設(shè)置在琴弦上端的七分之一節(jié)點(diǎn)上，這樣原先的七分之一波節(jié)點(diǎn)就變成基音的波腹，七分之一段的頻率被徹底抑制，同樣道理，中音區(qū)的擊弦點(diǎn)設(shè)置在九分之一處，高音區(qū)由于琴弦向著更短更細(xì)過渡，高音區(qū)的擊弦點(diǎn)也逐漸越過九分之一點(diǎn)，向著十分之一、十一分之一……過渡，最右側(cè)的最高音，擊弦點(diǎn)可以設(shè)置在琴弦的十四分之一處，此時(shí)的聲音如銀鈴般脆響。

在鋼琴內(nèi)腔中，另一個(gè)重要的部件就是弦碼，弦碼是固定在音板上的一條弧形硬木，多數(shù)采用色木，其上有規(guī)律地楔入金屬碼釘，用來固定琴弦，也確保琴弦之間精確的間隔，保證弦列的美觀和精確度。弦碼被壓在琴弦下面，承受琴弦施加的壓力和絞力，也主要接受琴弦傳遞的振動(dòng)能量，再把這種能量傳遞到音板上。而弦碼的材質(zhì)和形狀對(duì)能量傳遞效果影響很明顯。過去的鋼琴生產(chǎn)過程中，都用純實(shí)心的色木木板鋸出弧形，這樣木纖維和木頭內(nèi)部的腔管就被弧形的切割路線多次切斷。琴弦輸出的能量就不能順著木纖維和腔管縱向傳導(dǎo)，而只能在以年輪為結(jié)構(gòu)體的相鄰木纖維和腔管中橫向傳遞，這樣振動(dòng)能量被一層層的年輪木纖維過濾，能量衰減很快，結(jié)果音板得到的能量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于琴弦輸出的能量，如此音板的發(fā)音效果就大打折扣了。另外純實(shí)木的弦碼由于干燥和長(zhǎng)期承受琴弦的壓力和絞力，很多舊鋼琴出現(xiàn)弦碼開裂的現(xiàn)象。因此，為克服這種開裂現(xiàn)象，也為順應(yīng)天然木材蓄積量明顯減少的客觀現(xiàn)狀，可以采用多層熱壓曲面膠合板來生產(chǎn)弦碼，由于膠合板對(duì)木材的品質(zhì)要求不高，木材利用率又很高，降低了生產(chǎn)成本，所以低檔鋼琴適合采用這種工藝。復(fù)合板琴碼固然結(jié)實(shí)，不會(huì)開裂，但多層復(fù)合板在加工制作過程中，要加入很多膠液和固化劑，在高溫高壓的膠合過程中，膠液滲入木纖維的縫隙和腔管內(nèi)，制成后的多層復(fù)合板密度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于實(shí)木木板，而膠質(zhì)的物理屬性又對(duì)振動(dòng)產(chǎn)生緩沖和阻隔效應(yīng)，因此多層復(fù)合板制成的弦碼令音板得到的能量更加貧乏，諧音列中的中低頻率音波被弦碼過濾掉很多，只剩下高頻率的音波通過，因此產(chǎn)生的聲音音質(zhì)偏于單薄，不豐滿，音色僵硬呆板。

要想從根本上提升立式鋼琴的音響效果，還是要從技術(shù)工藝上突破設(shè)計(jì)和材料的局限。針對(duì)單純實(shí)木弦碼和多層復(fù)合弦碼各自存在的問題與弊端，用什么樣的技術(shù)和工藝能實(shí)現(xiàn)鋼琴弦碼既不開裂，又能高效傳導(dǎo)琴弦的能量呢？實(shí)心硬木弦碼的功能有兩個(gè)：固定碼釘和傳導(dǎo)琴弦能量。碼釘釘入硬木的深度其實(shí)不會(huì)超過一厘米，這就表明，硬木的厚度只需要不超過一厘米就足夠固定碼釘了，弦碼厚度剩下的部分只需要傳導(dǎo)能量就可以了，依據(jù)這種功能劃分，弦碼的上面一層用厚度在一厘米一下的硬木，用來裝配碼釘，下面一層用軟木，最好是用與音板相同的木材，因?yàn)橄嗤哪静?，它們密度相同，振?dòng)頻率相同，這樣它們能形成同步振動(dòng)，提高振動(dòng)效率，把硬木層和軟木層膠合在一起，這種工藝就把原先各種弦碼的阻礙性能削減了三分之二以上，使得琴弦撼動(dòng)音板的能力得到提升，音質(zhì)和音量都會(huì)有顯性的提高。

這種雙層同體異木制造弦碼的工藝技術(shù)，一方面杜絕了單體實(shí)木（硬木）弦碼開裂的可能性，又取消了多層復(fù)合板和實(shí)心硬木板明顯的阻隔振動(dòng)的弊端屬性。所以雙層同體異木工藝可以作為今后生產(chǎn)弦碼的重要方式之一。

琴弦擊弦點(diǎn)的科學(xué)設(shè)置和弦碼傳導(dǎo)效率的提高，對(duì)于整體提升鋼琴的振動(dòng)效率，改善音質(zhì)音色有很大的幫助和意義，可以增強(qiáng)我們國(guó)產(chǎn)鋼琴的競(jìng)爭(zhēng)力。

基金項(xiàng)目：

本文為內(nèi)蒙古民族大學(xué)資助科學(xué)研究項(xiàng)目，項(xiàng)目名稱：鋼琴內(nèi)腔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)調(diào)整研究，項(xiàng)目編號(hào)：NMD1270。

參考文獻(xiàn)：

[1][美]懷特.鋼琴調(diào)律與有關(guān)技術(shù)[M].王可茂譯.北京：人民音樂出版社，2006.

[2][德]卡爾·萊默爾、瓦爾特·吉澤金.現(xiàn)代鋼琴演奏技巧[M].姜丹譯.上海：上海音樂出版社，2004.

[3][美]帕特里夏·法洛斯·哈蒙德.鋼琴藝術(shù)三百年[M].馮丹等譯.重慶：西南師范大學(xué)出版社，1998.