钢琴弦轴漫谈之二

金先斌

【摘 要】 介绍钢琴弦轴的变形及其与回转阻力矩的关系，从而得出改进国产钢琴弦轴松紧的措施。

【关键词】 钢琴弦轴；调音扳手；变形幅度；回转阻力距

文章编号： 10.3969/j.issn.1674-8239.2014.08.011

A Talk about Piano String Axis （Part 2）

JIN Xian-bin

（Beijing Heintzman Piano Co.，Ltd， Beijing 101111， China）

【Abstract】This writer introduced the deformation of piano string shaft and its relationship with rotary torque， thus concluded the measures to improve elastic of the domestic piano string axial.

【Key Words】piano string axis； tuning wrench； deformation extent； rotary resistance moment

钢琴是以弦为音源的乐器，是少有的需专业调律师负责调律的乐器。由于钢琴琴弦张力较大、弦轴较紧，需使用专用工具，因此，驾驭工具成为核心技术。

调音扳手之所以难以驾驭，是因为把音调准之后放开调音扳手，音准就有变化，其变化的原因是弦轴的弹性变形。本文中，笔者将就弦轴的弹性变形加以解析，提出利用弦轴变形调音的方法以及改进弦轴变形的措施。

1 弦轴的变形

弦轴是以弦为音源的乐器的基础部件，是缠绕琴弦、用以调整音高的重要零件。弦轴通过轴与轴孔壁的摩擦力来张紧琴弦，该摩擦力称为回转阻力矩。弦张力增大，回转阻力矩也相应增大。当弦张力很大、阻力矩亦很大时，弦的张力就产生了对弦轴的切向力（横向力或称剪切力）。

在所有以弦为音源的乐器中，钢琴琴弦的张力最大，总张力近30 t，每根弦的平均张力超过90 kg。当然，每台钢琴有220多根琴弦，因型号不同，弦的数量和张力略有不同。钢琴的弦轴采用钢轴，不仅张力大，轴的回转阻力矩也较大，因此，调律时必须使用有加长手柄的专用工具——调音扳手。为了操作方便，将扳子头一侧的木柄加长，这就使得在扭转弦轴时必然先产生对弦轴的切向力，当弦轴克服了切向力才开始转动，使琴弦被张紧或放松，使音升高或降低。本文要研究的即是弦轴受切向力而变形的问题。

在巨大的弦张力和轴的回转阻力矩的双重切向力作用下，轴的变形是不可避免的。但轴过紧时产生的轴的较大变形则是有害的。一则调音困难，有时会造成弦轴折断。二则弦轴过紧会造成轴孔壁的木材纤维被过度挤压破碎而失去弹性。从钢琴的生产制造方面来看，过紧的弦轴是低档琴的标志，若琴轴的松紧都不能把握，其制造水平更是可想而知。

钢琴的弦轴以低碳钢制成，直径为6.8 mm，轴的长度为65 mm，其中，42 mm载入铁板，外露23 mm。外露的部分中，端头以下的15 mm用以穿弦孔和调音的方头，其余8 mm为绕弦和调弦圈所用。调音时，弦的着力点即在琴弦缠绕处。有人指出扭转弦轴时应存在“扭曲”变形。事实上，尽管弦的回转阻力矩达到100 kg，但直径6.8 mm的钢轴，在长度仅8 mm的前提下，即使理论上存在扭曲变形，也是微乎其微，对音高不会产生影响。因此，弦轴受切向力压迫而产生变形的部分并不是弦轴外露在铁板以上的部分。切向力作用在弦轴上，使弦轴弯曲变形的着力点应为铁板木圈以下、弦轴板以上的部位。

弦轴产生的切向力，主要来自琴弦和调音扳手所放的位置。琴弦对轴的拉（张）力所形成的切向力是不变的，主要问题是轴过紧。轴的松紧与轴所受的切向力大小成正比，当轴的回转阻力超过150 kg或更大时，轴会折断就不是个别现象了。

调音扳手所放位置可有三种选择，如图1①所示。以调立式钢琴为例，当扳手手柄放在时钟“9点”位置时，若想提升音高，轴需作顺时针旋转，此时，弦轴所受切向力为“向上”的力，而琴弦拉（张）力所形成的切向力总是“向下”的。两力相抵消，弦轴所受的切向力就很小，轴的变形相应也很小。当将扳手手柄置于“9点”处，降低音高时，切向力是“向下”的，琴弦拉（张）力也是“向下”，似乎形成有些人说的“压线轴”。实则不然，因为弦的拉（张）力不会使轴旋转、扳子向下，弦的拉力加上扳子的切向力，只要超过轴的回转阻力，轴即会转动，使弦轴受扳手施加的切向力很小。反之，将扳子置于“3点”位置，提升音高时，弦从轴的左侧向下拉，扳手从右侧往下压，达到轴转动提升音高的目的。此时，轴必须承担左右两侧同时施加的切向力，不但不可能实现轴的微调，而且轴稍紧必断无疑。由于三角钢琴是水平放置，弦的拉力在轴的右侧，所以，调律时扳手使用的角度与立式琴对弦轴受切向力的方向完全相同，由此可得出这样的结论：若以为调三角琴用右手持扳子是正确的，则只能承认调立式琴用左手扳子是正确的，所以，调律师应该左右手都能持扳手。使用右手将扳手置于“12点”的位置，似乎左右运转扳手都对轴无害，哪个方向都不会对轴施加重叠的切向力，无疑是好方法。但调三角琴时，除了调最高音身体转到侧面去，调其他音则不能将扳手置于“12点”位置操作。

2 轴的变形与阻力矩

根据分析可得出以下结论：轴的变形幅度与轴的回转阻力矩成正比，即阻力矩越大，轴的变形越大；轴的变化越大，音越难调，音准稳定性越差。

弦的回转阻力加大（轴很紧）、轴的变形加大，原因在于铁板木圈强度弱，弦轴受切向力向一侧倾斜时，木圈的一侧被压缩而形成轴的弯曲变形。由于钢轴的弹性，一旦放开扳手、变形恢复，之前调准的音一松手又“跑”了。如此看来，降低轴的紧度即可解决问题。但弦轴保持一定的“紧度”是必要的，否则音准就难以保持。这就产生了两个问题：一是轴的松紧度多少才适当；二是在适当松紧度前提下，如何尽力减少因轴受切向力影响的变形。endprint

弦轴适当的回转阻力早已有成熟的实践和理论数值：当弦的最大张力为150 kg～160 kg时，回转阻力矩约为100 kg～110 kg。其计算公式②为：

（1）

式中：

M 表示回转阻力距；

F 表示弦张力；

D 表示弦轴直径；

d 表示琴弦直径；

s表示系数（通常取50%）。

当弦张力为160 kg，弦轴直径为7 mm，琴弦直径为12 mm时，其回转阻力距即为98.4 kg。

目前，国产琴弦轴过紧，大约源自上世纪70年代，使用五层薄木板胶合的弦轴板，加工过程受潮，导致弦轴松动的现象时有发生。所采取的措施，即加大弦轴的过盈量（轴径大于孔径的配比）。由于五层轴木板弹性较大，取得了很好的效果。1980年以后，普遍采用进口多层胶合板的工艺，热压时含胶量大，木材不易受潮，但木材弹性下降，且未及时调整轴与孔的配比。另外，有人认为新琴弦轴过紧，经几年调律会磨损，孰不知调律对轴板孔壁的磨损微乎其微，完全可忽略不计（实验报告见本刊2014年第2期《论钢琴弦轴的松紧》一文）。

3 改进措施

上文讲到轴的变形主要源自铁板木圈强度不够，但目前木圈的生产工艺和用料不可能使其强度增加，这就需要从以下方面解决。

笔者参加国际钢琴调律师会议时，曾与某国调律师交流得知：他们的轴孔配比为6.8：6.6，即直径为6.8 mm的轴，孔径为6.6 mm。笔者大吃一惊，就问：“那轴不会松吗？”，回答曰：“当然不会”。经思考得知原因如下：若木圈起不到握紧弦轴的作用，轴板与轴的摩擦，除去木圈和弦轴的倒角仅有25 mm，若将木圈进行处理，增加其强度，就没有问题。

增加木圈强度的方法有多种：（1）采用新材料，如工程塑料、木纤维注塑；（2）将木圈进行浸胶处理；（3）将现在的铁板轴孔由10 mm改为9 mm，不要倒角，木圈直径改为9.5 mm，木圈倒角处向下强压进铁板。如此，一则将木圈强压进铁板孔，以增加木圈的密度，再则将铁板孔径减小即减少了木圈的壁厚，也就减少了木圈被压缩造成的轴的弯曲变形量。

加大了木圈的强度，就增加了轴与孔壁的摩擦面积，适当加大轴孔径就可以使得弦轴松紧适度，调起来很轻松，国产琴的口碑也会大大提高。细节决定品质。以上这个不必增加成本的小小改进，也许会对提高国产琴的质量起到不小的作用。endprint

弦轴适当的回转阻力早已有成熟的实践和理论数值：当弦的最大张力为150 kg～160 kg时，回转阻力矩约为100 kg～110 kg。其计算公式②为：

（1）

式中：

M 表示回转阻力距；

F 表示弦张力；

D 表示弦轴直径；

d 表示琴弦直径；

s表示系数（通常取50%）。

当弦张力为160 kg，弦轴直径为7 mm，琴弦直径为12 mm时，其回转阻力距即为98.4 kg。

目前，国产琴弦轴过紧，大约源自上世纪70年代，使用五层薄木板胶合的弦轴板，加工过程受潮，导致弦轴松动的现象时有发生。所采取的措施，即加大弦轴的过盈量（轴径大于孔径的配比）。由于五层轴木板弹性较大，取得了很好的效果。1980年以后，普遍采用进口多层胶合板的工艺，热压时含胶量大，木材不易受潮，但木材弹性下降，且未及时调整轴与孔的配比。另外，有人认为新琴弦轴过紧，经几年调律会磨损，孰不知调律对轴板孔壁的磨损微乎其微，完全可忽略不计（实验报告见本刊2014年第2期《论钢琴弦轴的松紧》一文）。

3 改进措施

上文讲到轴的变形主要源自铁板木圈强度不够，但目前木圈的生产工艺和用料不可能使其强度增加，这就需要从以下方面解决。

笔者参加国际钢琴调律师会议时，曾与某国调律师交流得知：他们的轴孔配比为6.8：6.6，即直径为6.8 mm的轴，孔径为6.6 mm。笔者大吃一惊，就问：“那轴不会松吗？”，回答曰：“当然不会”。经思考得知原因如下：若木圈起不到握紧弦轴的作用，轴板与轴的摩擦，除去木圈和弦轴的倒角仅有25 mm，若将木圈进行处理，增加其强度，就没有问题。

增加木圈强度的方法有多种：（1）采用新材料，如工程塑料、木纤维注塑；（2）将木圈进行浸胶处理；（3）将现在的铁板轴孔由10 mm改为9 mm，不要倒角，木圈直径改为9.5 mm，木圈倒角处向下强压进铁板。如此，一则将木圈强压进铁板孔，以增加木圈的密度，再则将铁板孔径减小即减少了木圈的壁厚，也就减少了木圈被压缩造成的轴的弯曲变形量。

加大了木圈的强度，就增加了轴与孔壁的摩擦面积，适当加大轴孔径就可以使得弦轴松紧适度，调起来很轻松，国产琴的口碑也会大大提高。细节决定品质。以上这个不必增加成本的小小改进，也许会对提高国产琴的质量起到不小的作用。endprint

弦轴适当的回转阻力早已有成熟的实践和理论数值：当弦的最大张力为150 kg～160 kg时，回转阻力矩约为100 kg～110 kg。其计算公式②为：

（1）

式中：

M 表示回转阻力距；

F 表示弦张力；

D 表示弦轴直径；

d 表示琴弦直径；

s表示系数（通常取50%）。

当弦张力为160 kg，弦轴直径为7 mm，琴弦直径为12 mm时，其回转阻力距即为98.4 kg。

目前，国产琴弦轴过紧，大约源自上世纪70年代，使用五层薄木板胶合的弦轴板，加工过程受潮，导致弦轴松动的现象时有发生。所采取的措施，即加大弦轴的过盈量（轴径大于孔径的配比）。由于五层轴木板弹性较大，取得了很好的效果。1980年以后，普遍采用进口多层胶合板的工艺，热压时含胶量大，木材不易受潮，但木材弹性下降，且未及时调整轴与孔的配比。另外，有人认为新琴弦轴过紧，经几年调律会磨损，孰不知调律对轴板孔壁的磨损微乎其微，完全可忽略不计（实验报告见本刊2014年第2期《论钢琴弦轴的松紧》一文）。

3 改进措施

上文讲到轴的变形主要源自铁板木圈强度不够，但目前木圈的生产工艺和用料不可能使其强度增加，这就需要从以下方面解决。

笔者参加国际钢琴调律师会议时，曾与某国调律师交流得知：他们的轴孔配比为6.8：6.6，即直径为6.8 mm的轴，孔径为6.6 mm。笔者大吃一惊，就问：“那轴不会松吗？”，回答曰：“当然不会”。经思考得知原因如下：若木圈起不到握紧弦轴的作用，轴板与轴的摩擦，除去木圈和弦轴的倒角仅有25 mm，若将木圈进行处理，增加其强度，就没有问题。

增加木圈强度的方法有多种：（1）采用新材料，如工程塑料、木纤维注塑；（2）将木圈进行浸胶处理；（3）将现在的铁板轴孔由10 mm改为9 mm，不要倒角，木圈直径改为9.5 mm，木圈倒角处向下强压进铁板。如此，一则将木圈强压进铁板孔，以增加木圈的密度，再则将铁板孔径减小即减少了木圈的壁厚，也就减少了木圈被压缩造成的轴的弯曲变形量。

加大了木圈的强度，就增加了轴与孔壁的摩擦面积，适当加大轴孔径就可以使得弦轴松紧适度，调起来很轻松，国产琴的口碑也会大大提高。细节决定品质。以上这个不必增加成本的小小改进，也许会对提高国产琴的质量起到不小的作用。endprint