钢琴内腔主要部件研究

程生宝

摘要：钢琴内腔的主要部件承担着发声、传导、扩音的重要功能，现在我国钢琴生产领域在这些方面普遍存在的问题和可以改善的结构，都值得研究。本课题主要是结合科学的理论研究成果，通过对钢琴内腔结构调整的实体实验，论证和验证琴弦在钢琴内腔中的重要作用，充分利用琴弦击弦点的物理属性对声音的决定性作用和改善弦码的传导效率，实现钢琴内腔和整体振动的最大化。

关键词：击弦点  弦马  基音  传导  振动效率

钢琴内腔里最重要的部件就是琴弦，钢琴的琴弦是钢琴的唯一音源，也就是发音体，琴弦由裸钢丝和缠绕铜丝的钢丝构成。钢琴琴弦也称为琴钢丝，它的横截面为圆形，它具备了柔顺、直径均匀、有适度刚性的特征。钢琴琴弦的两端都挂在铸铁板的挂弦桩上。最上端的挂弦桩称为弦轴，它是可以转动的，用于调节琴弦的张力，因为琴弦只有被绷紧，达到一定张力后，才能被激发产生声音。钢琴琴弦被按规律张挂在铸铁板上，形成弦列。这些弦列大致分为三个区域，即低音区、中音区、高音区，钢琴琴弦的直径数值也从低音区向高音区逐渐过渡，越来越小，越来越细，琴弦的有效振动长度也从低音区向高音区逐渐过渡，越来越短。

钢琴琴弦的两端被固定在铸铁板上，因此这两个固定点就被称为波节节点，简称节。钢琴发音的激发方法是由琴键操纵弦槌击打琴弦，弦槌在完成击打琴弦后快速弹回归位，琴弦就可以鸣响。击打动作作用在琴弦上，琴弦受力，振动形式以横向往复振动为主，以击弦点为振动运动的起点，以琴弦的静止位置为轴心，琴弦快速往复震荡，形成一个纺锤形的震荡轨迹，最后归于静止。振动轨迹的最高点被称为振动波腹。击弦点的位置不同，波腹的位置也随之改变，并且在激发力度相同的情况下，击弦点越靠近琴弦的中心点，波腹的数值就越大，直到琴弦的中心点时，震荡波腹达到最大值。但由于钢琴交叉弦列设置的局限性和击弦机构造的特殊性，钢琴的击弦点不能设置在琴弦的中心点，而是只能选择靠近琴弦上端的部位。因此一条琴弦整体振动时，全长振动和分段振动产生的频率就构成一套复杂而巧妙的谐音列，由于基音在谐音列里面强度最大，所以人的耳朵就只能听到基音。由于琴弦的七分之一段和九分之一段产生的频率与基音的频率构成极不和谐的音程，如果能够抑制七分之一段和九分之一段的发音，整体琴弦的音色就会明显改善。我们可以把低音区的击弦点设置在琴弦上端的七分之一节点上，这样原先的七分之一波节点就变成基音的波腹，七分之一段的频率被彻底抑制，同样道理，中音区的击弦点设置在九分之一处，高音区由于琴弦向着更短更细过渡，高音区的击弦点也逐渐越过九分之一点，向着十分之一、十一分之一……过渡，最右侧的最高音，击弦点可以设置在琴弦的十四分之一处，此时的声音如银铃般脆响。

在钢琴内腔中，另一个重要的部件就是弦码，弦码是固定在音板上的一条弧形硬木，多数采用色木，其上有规律地楔入金属码钉，用来固定琴弦，也确保琴弦之间精确的间隔，保证弦列的美观和精确度。弦码被压在琴弦下面，承受琴弦施加的压力和绞力，也主要接受琴弦传递的振动能量，再把这种能量传递到音板上。而弦码的材质和形状对能量传递效果影响很明显。过去的钢琴生产过程中，都用纯实心的色木木板锯出弧形，这样木纤维和木头内部的腔管就被弧形的切割路线多次切断。琴弦输出的能量就不能顺着木纤维和腔管纵向传导，而只能在以年轮为结构体的相邻木纤维和腔管中横向传递，这样振动能量被一层层的年轮木纤维过滤，能量衰减很快，结果音板得到的能量远远小于琴弦输出的能量，如此音板的发音效果就大打折扣了。另外纯实木的弦码由于干燥和长期承受琴弦的压力和绞力，很多旧钢琴出现弦码开裂的现象。因此，为克服这种开裂现象，也为顺应天然木材蓄积量明显减少的客观现状，可以采用多层热压曲面胶合板来生产弦码，由于胶合板对木材的品质要求不高，木材利用率又很高，降低了生产成本，所以低档钢琴适合采用这种工艺。复合板琴码固然结实，不会开裂，但多层复合板在加工制作过程中，要加入很多胶液和固化剂，在高温高压的胶合过程中，胶液渗入木纤维的缝隙和腔管内，制成后的多层复合板密度远远大于实木木板，而胶质的物理属性又对振动产生缓冲和阻隔效应，因此多层复合板制成的弦码令音板得到的能量更加贫乏，谐音列中的中低频率音波被弦码过滤掉很多，只剩下高频率的音波通过，因此产生的声音音质偏于单薄，不丰满，音色僵硬呆板。

要想从根本上提升立式钢琴的音响效果，还是要从技术工艺上突破设计和材料的局限。针对单纯实木弦码和多层复合弦码各自存在的问题与弊端，用什么样的技术和工艺能实现钢琴弦码既不开裂，又能高效传导琴弦的能量呢？实心硬木弦码的功能有两个：固定码钉和传导琴弦能量。码钉钉入硬木的深度其实不会超过一厘米，这就表明，硬木的厚度只需要不超过一厘米就足够固定码钉了，弦码厚度剩下的部分只需要传导能量就可以了，依据这种功能划分，弦码的上面一层用厚度在一厘米一下的硬木，用来装配码钉，下面一层用软木，最好是用与音板相同的木材，因为相同的木材，它们密度相同，振动频率相同，这样它们能形成同步振动，提高振动效率，把硬木层和软木层胶合在一起，这种工艺就把原先各种弦码的阻碍性能削减了三分之二以上，使得琴弦撼动音板的能力得到提升，音质和音量都会有显性的提高。

这种双层同体异木制造弦码的工艺技术，一方面杜绝了单体实木（硬木）弦码开裂的可能性，又取消了多层复合板和实心硬木板明显的阻隔振动的弊端属性。所以双层同体异木工艺可以作为今后生产弦码的重要方式之一。

琴弦击弦点的科学设置和弦码传导效率的提高，对于整体提升钢琴的振动效率，改善音质音色有很大的帮助和意义，可以增强我们国产钢琴的竞争力。

基金项目：

本文为内蒙古民族大学资助科学研究项目，项目名称：钢琴内腔结构设计调整研究，项目编号：NMD1270。

参考文献：

[1][美]怀特.钢琴调律与有关技术[M].王可茂译.北京：人民音乐出版社，2006.

[2][德]卡尔·莱默尔、瓦尔特·吉泽金.现代钢琴演奏技巧[M].姜丹译.上海：上海音乐出版社，2004.

[3][美]帕特里夏·法洛斯·哈蒙德.钢琴艺术三百年[M].冯丹等译.重庆：西南师范大学出版社，1998.