鋼琴內腔主要部件研究

程生寶

摘要：鋼琴內腔的主要部件承擔著發聲、傳導、擴音的重要功能，現在我國鋼琴生產領域在這些方面普遍存在的問題和可以改善的結構，都值得研究。本課題主要是結合科學的理論研究成果，通過對鋼琴內腔結構調整的實體實驗，論證和驗證琴弦在鋼琴內腔中的重要作用，充分利用琴弦擊弦點的物理屬性對聲音的決定性作用和改善弦碼的傳導效率，實現鋼琴內腔和整體振動的最大化。

關鍵詞：擊弦點 ?弦馬 ?基音 ?傳導 ?振動效率

鋼琴內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，也就是發音體，琴弦由裸鋼絲和纏繞銅絲的鋼絲構成。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，它是可以轉動的，用于調節琴弦的張力，因為琴弦只有被繃緊，達到一定張力后，才能被激發產生聲音。鋼琴琴弦被按規律張掛在鑄鐵板上，形成弦列。這些弦列大致分為三個區域，即低音區、中音區、高音區，鋼琴琴弦的直徑數值也從低音區向高音區逐漸過渡，越來越小，越來越細，琴弦的有效振動長度也從低音區向高音區逐漸過渡，越來越短。

鋼琴琴弦的兩端被固定在鑄鐵板上，因此這兩個固定點就被稱為波節節點，簡稱節。鋼琴發音的激發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。擊打動作作用在琴弦上，琴弦受力，振動形式以橫向往復振動為主，以擊弦點為振動運動的起點，以琴弦的靜止位置為軸心，琴弦快速往復震蕩，形成一個紡錘形的震蕩軌跡，最后歸于靜止。振動軌跡的最高點被稱為振動波腹。擊弦點的位置不同，波腹的位置也隨之改變，并且在激發力度相同的情況下，擊弦點越靠近琴弦的中心點，波腹的數值就越大，直到琴弦的中心點時，震蕩波腹達到最大值。但由于鋼琴交叉弦列設置的局限性和擊弦機構造的特殊性，鋼琴的擊弦點不能設置在琴弦的中心點，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時，全長振動和分段振動產生的頻率就構成一套復雜而巧妙的諧音列，由于基音在諧音列里面強度最大，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生的頻率與基音的頻率構成極不和諧的音程，如果能夠抑制七分之一段和九分之一段的發音，整體琴弦的音色就會明顯改善。我們可以把低音區的擊弦點設置在琴弦上端的七分之一節點上，這樣原先的七分之一波節點就變成基音的波腹，七分之一段的頻率被徹底抑制，同樣道理，中音區的擊弦點設置在九分之一處，高音區由于琴弦向著更短更細過渡，高音區的擊弦點也逐漸越過九分之一點，向著十分之一、十一分之一……過渡，最右側的最高音，擊弦點可以設置在琴弦的十四分之一處，此時的聲音如銀鈴般脆響。

在鋼琴內腔中，另一個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，多數采用色木，其上有規律地楔入金屬碼釘，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能量，再把這種能量傳遞到音板上。而弦碼的材質和形狀對能量傳遞效果影響很明顯。過去的鋼琴生產過程中，都用純實心的色木木板鋸出弧形，這樣木纖維和木頭內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，而只能在以年輪為結構體的相鄰木纖維和腔管中橫向傳遞，這樣振動能量被一層層的年輪木纖維過濾，能量衰減很快，結果音板得到的能量遠遠小于琴弦輸出的能量，如此音板的發音效果就大打折扣了。另外純實木的弦碼由于干燥和長期承受琴弦的壓力和絞力，很多舊鋼琴出現弦碼開裂的現象。因此，為克服這種開裂現象，也為順應天然木材蓄積量明顯減少的客觀現狀，可以采用多層熱壓曲面膠合板來生產弦碼，由于膠合板對木材的品質要求不高，木材利用率又很高，降低了生產成本，所以低檔鋼琴適合采用這種工藝。復合板琴碼固然結實，不會開裂，但多層復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，制成后的多層復合板密度遠遠大于實木木板，而膠質的物理屬性又對振動產生緩沖和阻隔效應，因此多層復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，因此產生的聲音音質偏于單薄，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，還是要從技術工藝上突破設計和材料的局限。針對單純實木弦碼和多層復合弦碼各自存在的問題與弊端，用什么樣的技術和工藝能實現鋼琴弦碼既不開裂，又能高效傳導琴弦的能量呢？實心硬木弦碼的功能有兩個：固定碼釘和傳導琴弦能量。碼釘釘入硬木的深度其實不會超過一厘米，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能量就可以了，依據這種功能劃分，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，因為相同的木材，它們密度相同，振動頻率相同，這樣它們能形成同步振動，提高振動效率，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，使得琴弦撼動音板的能力得到提升，音質和音量都會有顯性的提高。

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

琴弦擊弦點的科學設置和弦碼傳導效率的提高，對于整體提升鋼琴的振動效率，改善音質音色有很大的幫助和意義，可以增強我們國產鋼琴的競爭力。

基金項目：

本文為內蒙古民族大學資助科學研究項目，項目名稱：鋼琴內腔結構設計調整研究，項目編號：NMD1270。

參考文獻：

[1][美]懷特.鋼琴調律與有關技術[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.鋼琴藝術三百年[M].馮丹等譯.重慶：西南師范大學出版社，1998.