论钢琴音板震动对音色的影响

钢琴音板作为钢琴的音源部分，其主要功能是将琴弦的振动能量转换成声能传播出去，音板对钢琴音质的好与坏起着至关重要的作用。钢琴振动有着不同于其他乐器的振动特性，因此，了解钢琴音板的振动特性对音质的影响是十分有必要的。本文主要阐述了钢琴的主要传声系统音板的震动对钢琴音色的影响与钢琴音板和音板的各个组成部分相互之间的震动影响。如果想了解钢琴音色和传音的性能，就要对钢琴的音板进行深入研究。只有深入了解音板的震动特性才能制造出音色更加优美的钢琴，把美妙的声音带给千家万户。

一、钢琴音板的历史

钢琴的音域宽广，其振动频率从27.5Hz到4186Hz，因此，对于一块音板来说，要将所有的音都给予同样的辐射是有困难的。几乎所有音板，都不同程度地对极高音区和极低音区的音缺乏灵敏度，甚至对基频不做辐射。

为了解决这一难题，历史上的制作师们曾做过大量的实验，包括材料的变化和结构的变更。除了我们现在常见的木材，还尝试过其它各种材料的使用，例如早期曾使用过金属材料，但因为金属材料缺乏一定的弹性，后来又使用羊皮纸，但由于缺乏硬度，而以失败告终。不仅在单一材料中作出改进，在复合材料领域也有许多改进。结构上，也出现了双音板、分离音板、圆柱式共鸣器、盒式共鸣器，以及杠杆机构和辅助音板等。通过种种的试验与探索，大约在1951年前后，音板的制作出现了固定的模式：音板材料采用云杉，云杉被证明是最理想的音板材料，主要是因为它具有较高的弹性，而又不乏一定的硬度，在木材中云杉质轻而又富有弹性，整块共鸣板由板条拼接而成，木纹沿同一方向，该方向大致与弦码方向相同。

从声学效果上讲，比较理想的音板振动应符合以下三点：1.音板应该能把它从弦振动得来的能量，尽可能避免过多损耗地传递到空气中去；2.从音板辐射出的音，应过滤掉更多的有害泛音和多余的杂音，使其具有较好的泛音结构和足够的响度及持久性；3.音板应该能均匀地增强钢琴整个音域的所有频率的音的辐射。

二、音板结构与音板震动

音板是由共振板、肋木、弦码、音板框等组成的。共振板像一个薄片，在它的下面粘贴着按照一定距离和方向排列的木条，也就是肋木，在共振板的边缘与音板框紧密相接。在共振板上面，分别固定着中、高音弦码和低音弦码。音板结构对于音质的影响通常可以表现在响度、发音持久性以及音色上。要增强乐器的响度，就要加大音板的弹性；减少共振板的厚度（到一定程度，以出现共振峰频率为条件）；增加稳固音板边缘的稳固性；加大音板的面积；使用高而窄的弦码，把弦码的两端安置在肋木上面。而发音持久性减小是因为：音板或其他组成部分的整个质量增大；音板边缘稳固得不牢靠；音板的弹性减小；音板的框架不够沉重；音板上有显著的胶拼缝；弦码与弦接触的支撑面过小等。

而音色是指音板频率特性曲线内谐音的组成。音板的弹性高，在频率特性曲线中谐音的组成就更完整。提高音板的硬度和音板的振动，及靠近它的边缘，都会促进高频率的辐射。如果音板的中间振动，而离边缘较远，那么音板辐射低频就更好。如果音板的各部分相互之间连接得不够坚固，那么对于声学品质就影响极大。

形状和外围尺寸，基本上已被既定的钢琴外轮廓所确定。三角钢琴具有翼形的特征，立式钢琴则为长方形。我们不应该认为音板的外围尺寸越大，钢琴的音质就越好。参加振动的并不是音板的整个面积，而只是它椭圆形的基本部分。如果这个长轴的尺寸不变，那么音板任何一个边的扩大实际上都是没有用的。由此可见，音板理想的形状是椭圆形，并顺着高音弦码的方向伸展，但由于把音板直接做成椭圆形在制造技术上不方便，因此把音板做成长方形而去掉多余的角，或者用堵木把多余的角阻隔开。静角的尺寸可以按共振板构成近似椭圆形构造的方法来确定，而椭圆形的长轴直径的长度大约等于高音弦码的长度。立式钢琴的音板，大半都是把下面的角切除，把上面的角用堵木阻隔开。

音板共振板厚度，一般在8毫米到10毫米之间。过厚的质量太大，影响共振板振动，衰减较快；过薄会使版面共振峰谷差值过大，破坏音的协调性和均匀度。传统立式钢琴的音板共振板厚度一般在8.5毫米左右，三角钢琴共振板的厚度一般在9.5毫米左右。

肋木是音板不可缺少的组成部分，它可以加强共振板的强度，抵抗来自弦码的压力。由于声波在通过木材中顺年轮和横年轮的时候的传播速度不同，因此声波振动通过弦码振动。我们可以通过后面的实验显而易见地看出这一点。

肋木在音板上布列的根数，是依据音板面积和音板受力情况而设计，通常每块音板上布列有 9 根、11 根、17 根不等。小型钢琴的音板面积小，它的肋木根数较少；大型钢琴的音板面积大，它的肋木根数就较多。肋木在共振板上的排列间距一般在90—140毫米之间，也有排列间距比这个数字小的，是为使声波在音板上传播得更快，音板能够更有效地支撐来自琴弦的作用力。经验认为：肋木的间距如果过小，音板会变得过硬，往往不能得到好的音响效果；肋木的间距如果过大，则会因音板支撑力不足而导致过早变形等问题的产生。同一块音板上，肋木并不是完全等距离排放的，通常处于高音区域的肋木排列的距离小一些，以使音板的这个区域比较硬，增强传播高频的能力。在低音区排列的距离相应大一些，这样有利于低频的传播。

观察新钢琴的背面，会发现共振板与肋木的结合面都是呈两端向上翘的弓形。这是因为肋木在与共振板组合以前，就制成了向上翘起的弓形。肋木于共振板粘连后，使音板呈中间隆起的穹顶状，提高了音板的弹性、负载能力及共振性能。肋木的负荷是中间最大，向两端逐渐减小，临近两端的部分最小。为了增强音板的弹性，使音板不致过“死”过“硬”，避免振动不良、发出“梆硬”的声音，把肋木两端荷重较小的区域做成由高到低的过渡呈顺圆斜坡状。由于倾斜布置的肋木每根所处的位置不同，音板各区域要求的硬度也不一样，所以每块音板上的每根肋木的长度、两端过渡斜坡的尺寸也有区别。

大部分的肋木的截面形状是顶面呈圆弧状的四边形，也有一部份钢琴的肋木截面是呈顶面被削去两个角的四边形。一块音板的肋木，虽然应该只取一种截面形状，但是每根肋木的截面尺寸都有差别，这是为了保证音板的弹性均衡而有意安排的。肋木的截面尺寸的大小应随其长短变化而相异。通常长一些的肋木，截面尺寸要大一些；短一些的肋木，截面尺寸要小一些。一般来说，立式钢琴传统音板的肋木宽度不小于20毫米，高度在15毫米到22毫米之间。有的多层胶合板式复合音板，由于共振板面较硬（与传统音板相比），而降低一点肋木的高度，或剪薄一点两段过渡斜坡的厚度，或两种方法并举。这样做，能适度降低共振板的硬度，调节弹性，增大声音的衰减率。

弦码是将琴弦振动的能量传递到音板上的桥梁，并为有效弦长提供一个支撑点。琴弦的上支点——弦枕是依附在弦架上的，弦架铸造成型以后弦枕的位置就不能再变动，有效弦长只有靠琴弦的下支点——弦码的胶装位置来确定。这也是弦码除传导声音外的又一作用。

由于巨大张力的弦列直接压在弦码上，而且弦码上需要钉装许多弦码釘，要保证弦码自身不变形、损坏，弦码钉不松动、脱位，制造弦码应该使用较高强度和拥有足够握钉力的结构细密的木材，如色木等。音板框与肋木一样，都被牢固地粘贴在共振板的背面，不同的是音板框处于共振板的周边位置。音板框的用料，一般是鱼鳞云杉或是红松。为保证音板板面向上拱起且形态稳定，需要将音板框做成中间略微突起的弓形，这样有益于音板保持一个良好的工作状态。前面介绍过的为隔开音板静角而设置的斜框，应属于音板框的组成部分。斜框的胶装应与四个边框的拱起状态及斜面相符合。

肋木是通过斜框、边框下开出的槽口，被牢固地嵌压在共振板上。音板构件之间相互结合紧密、稳固，是使音板从琴弦的工作中获得能量并有效地发挥出来的重要条件之一。小型立式钢琴，为了减小琴身的宽度，常常将音板框与背架合为一体，用比较坚硬且强度高的枫木等制成截面积比较大的音板框，用以代替背架，这种钢琴被俗称为无背架钢琴。这种结构的音板框，不仅可以粘接、稳固住音板，而且起到支撑琴体、与弦架共同承载弦张力等作用。这种音板的边框截面尺寸大，影响到音板的共振面积（使音板的工作区域减小）。而四边粘音板框的音板，是预先把共振板与肋木粘贴好以后，再将肋木端头装进音板框上相应的预制槽中，与音板框粘连形成一个音板组合件。它被组装到钢琴背架上以后，会给音板的拆卸、更换等大修工作带来方便。另外一种结构的音板，其音板框预先加工成L形界面，在制造背架的过程中就被粘接到背架上，与背架形成一个不可拆分的整体，然后再将粘接好肋木的共振板粘贴在四边呈L形的音板框上，使肋木的端头被夹在音板框缺口及共振板之间。这种固定式音板框在设计和制造合理时，可以起到部分增大音板共振面积的作用，有利于提高音板的响度，但会给音板的翻新、拆修、更换工作带来一定的麻烦。在需要拆修、更换音板的时候，请注意事先看好音板与背架之间的连接方式再动手，以免造成不必要的损失。

三、实木音板与复合音板传音性能比较

在钢琴中，音板与弦架（铁板）、背架等张弦系统的主体结构件，共同承载着来自琴弦的巨大张力。当琴弦受到激发而振动时，通过紧附在音板上的弦码传导，音板被撼动起来。音板不仅对来自琴弦的振动产生响应，并且发生共振，大面积增强声波的辐射，使音量得以加强。音板又像滤波器一样，能使钢琴的音色得以润饰。这是大家对钢琴音板主要功能的共识。正因为如此，人们在谈起一架钢琴音响效果的优劣时，通常会直接联想起它的琴弦和音板的品质。

近几十年来，在占钢琴总产量和销售量最多的普档、中档立式钢琴中，较为广泛地采用了复合音板，替代为数不少的传统结构的板条拼粘音板（以下简称传统音板）。部分钢琴爱好者和关心钢琴制造的朋友提出质疑，认为新结构的复合音板不符合声波传导的理论，会使钢琴音量减弱、音色变差，变传统音板为复合音板是钢琴质量的倒退，是不可取的举措。而另一部分看法则不同，认为钢琴音板从传统的板条拼粘结构转变到表面复贴薄木单板的复合音板，是人们强化钢琴制造理论和工艺技术的反映，是钢琴共鸣体系统的一项革命。还有一部分朋友，因为看到新结构钢琴复合音板从根本上解决了长期存在的音板开裂问题，由音板开裂而造成一系列影响钢琴声学品质的困扰也随之消失，所以他们为复合音板能够替代传统音板而叫好。再有一部分朋友认为，音板开裂是钢琴使用中的正常现象，音板如果不是开裂得非常严重，一般不会影响到钢琴的声音。因此指出没有必要将传统音板改为工艺复杂、经济效益不大的复合音板。

参考文献：

[1] 马伟：《钢琴的结构与维修》，《中国乐器》2001年第7期。

[2] 刘宝利：《钢琴音板振动的有限元分析》，《乐器》1992年第2期。

[3] H·A捷亚柯诺夫[苏]著，关肇元、金菊生合译：《钢琴制造》，中国轻工业出版社，1960年版。

郭靖汾 沈阳音乐学院初级实验师

（责任编辑 于洋）