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钢琴音准稳定性

时间:2016-08-22 10:45:27  来源:  作者:

 

——音准的确立、音准的保证及音准稳定的人为因素
    绪论
    如果把一架钢琴比作人,钢琴的音准有如人的思维。失去音准的钢琴,有如失去思维能力的人。
    如同人的思维能力要学习培养一样,钢琴的音准,需要设计结构的保证和材料工艺的保证,调律师贯穿于使用全过程的维护调整。
    多数乐器在制成成品时,就已调整到可以使用的程度。如管乐器、簧片乐器、弦乐器、钢琴……等。
    乐器音准变化受自然条件改变(如温度、湿度、气压)而变化是正常现象。多数乐器由演奏人员自行调整。由于钢琴220多根琴弦,不仅要熟练掌握专用工具,还要掌握以声学为理论依据的科学方法,所以钢琴调律成为一种专门行业。
    钢琴的音准除结构因素外,音准变化程度与温、湿度变化及两次调律之间的时间间隔成正比,即:温、湿度变化大,两次调律间隔时间长,音准变化大,反之亦然。
    钢琴音准的确立,要依据国际标准。钢琴的音准需依靠设计结构、加工工艺来保证。钢琴音准判定的最终标准是人的听觉,因此要有具备音乐听觉的调律师来确立音准。调律师水准不仅表现在对音准的要求上,也表现在音准稳定性的要求上。
音准的确立
    音乐是国际语言,钢琴是国际通用乐器。因此钢琴除了造型等审美因素外,都必须是国际标准,音准更是如此。钢琴音高的确定从属于音乐体系。17世纪的古典高度仅为415430Hz/周秒。1740年时期音乐家所使用的音高标准仅为a1=416Hz/周秒。18世纪初,海顿、莫扎特等大音乐家们使用a1=422Hz/周秒。
绝对音高
    1834年德国声学大会确立了a1=440Hz/周秒的第一国际高度。1859年德国会议又确立a1=435Hz/周秒为国际高度。现多数情况下音乐家们更喜欢用a1=440Hz/周秒为标准,故称其为音乐会标准第一国际高度。近年不少交响乐团喜欢用a1=443Hz/周秒为标准。目的是为了更加铿锵的音乐效果。这种以从古典高度音乐会高度的变化不仅反映了人们对音响色彩的变化趋向,更反映出乐器制造工业的发展,对音乐的影响。弦乐器的琴弦,从丝线肠衣钢丝,的演进同音准高度的变化是同步的。其中尤以钢琴更为典型。虽然1709钢琴的击弦机构已为意大利的克列思朵富利改进为较完善的现代结构,但其张弦系统的木架结构,铜铁材料制成的琴弦,不可能承受较强的张力,音高、音量、音色均不可能达到理想程度,音域也仅为五组(与现在的风琴近似)到1852年张弦系统改为铸铁支架,为音域的扩展及张力的增加提供了可能。于是1834年琴钢丝问世,我们今天所听到的现代钢琴才真正诞生,因此我们可以说钢琴标准音高的确立是在人类音乐审美需求的动力下,不断改变,不断完善的过程。今日世人公认的a1=440Hz/周秒为国际标准。未来a1=443Hz/周秒是否会成为国际标准?因为这就不仅是乐器制造的技术问题了,若443Hz/周秒成为标准,以帕瓦罗帝、多明哥、卡雷拉斯为代表的当代男高声能否唱到c4将成为问题。
3.相对音高
    钢琴音高的确立,仅有a1=440Hz是不够的,因为这仅确立了绝对音高,其相对音高即音程关系还需调律师来确立。而相对音高确立的依据是律学理论。
    大家知道,多数弦乐器制定相对音高均采用纯律的法则,例如小提琴的g-d-a1-e2,按此法定出的五度关系是完全和谐的。但若我们以这个原则将a1弦减去一个纯律大二度构成g1时,其音高应为g的高八度音,但其频率却相比g1高出了2.46Hz/周秒,因此钢琴调律遵循的十二平均律制中g-d五度的音程关系,就需缩小2音分,而4度音程就需扩大2音分,对调律师来说45度音程成为不谐和音程,钢琴调律师的难,大约就难在把握这不和谐的程度。而一个高明的调律师正是他能精确的把握住不和谐的程度,并把这不和谐的程度计算出来,以其作为标尺来测量每个音的音低。因此对于一个调律师而言,音准不仅是一种音高的感觉,音准是以听觉来计量的数据。
   二、音准的保持:
    音准保持是钢琴的重要技术指标。音准保持程度的优劣,直接反映了钢琴设计水平。
    钢琴音准的保持,取决于钢琴张弦系统的设计水平及制造工艺两方面。
    总体来说,三角钢琴的音准保持性能优于立式钢琴。这是由于三角钢琴的击弦器系统,设置在弦列的下面,弦列上面有较大的空音,使得设计师有条件在张弦铁板(骨)的上面高于弦平面处,设置多条粗大的杆盘,从而最大限度的避免了铁板的弯曲变形,从根本上保持了音准。
    立式钢琴的张弦系统,是将琴弦张挂于铁板(骨)平面以上8—10mm处,因此形成了铁板向前弯曲的力量,由于立式琴击弦机距张弦系统的距离有限(8—10mm),山由于必须保持弦码的连续性才能达到音色统一的目的,帮只在中高音分档处,设置一条不很大的中音梁,来支撑弦的拉力和抵抗铁板的向前弯曲变形,但效果有限。
    这里主要论述立式钢琴对音准保持有重大影响的部件,以求对其加深认识,达到在制造上尽力改进,在加工工艺及后期调整中尽量完善。

铁板(骨)对音准的影响。
    钢琴的铁板是支撑弦张力的最主要的部件,其支撑强度,抗弯曲程度是音准保持的基础。
    北京钢琴厂技术人员曾同北京科技大学的有关人员,以科学手段对钢琴的铁板进行受力分析得知,在钢琴琴弦被张紧的初始阶段,应力主要集中在铁板的左下角及中高音分档处的中音梁下部。琴弦张紧后应力即逐渐分散,但中音支撑梁部位(见图2)仍是应力最集中的部位。
    通过图1—2我们可以看到,被张紧的琴弦布置在离开铁板中心线10mm左右处,琴弦张紧后近20吨的张力,形成了促使铁板弯曲的巨大能量。为了减少这种变形,钢琴设计师在铁板中音与高音分档处布置了高于弦面的支撑梁。但由于受弦码音色统一和击弦机与弦平面距离的限制,支撑梁不可能做的很大,往往不足以克服铁板的弯曲。
    为弥补其不足,设计师在铁板的中腰部位设计了柱顶螺栓,使铁板的中腰部位固定在钢琴背架的粗大背柱上,有效的减少了铁板的变形,而铁板上部5—8条加长大螺栓,将铁板又固定在背架的上梁上,将受力近20吨的铁板从上、中、下部都与粗大的背架紧密的结合在一起,进一步防止铁板前倾的可能。
    但是,大家都知道物体的冷缩热涨、木材的湿涨干缩是不可避免的客观现象,因此虽然钢琴技师们采取了种种措施,铁板(骨)的变形在理论上是不可避免的。制作精良的工厂,对经过严格处理的木材和对加工过程的保证,可相对减少变形,但铁板(骨)的变形是对音准影响最大的因素,是音准保证的基础,这一点是行家们公认的。
弦轴板对音准的影响
    顾名思义,弦轴板是装置弦轴的板。
  弦轴板长140多公分、宽20多公分、厚3.2公分。这块板竟然能握住220多根、有近20吨拉力的弦轴,并且在经常旋转的情况下,30年乃至更长的时间不松动,堪称奇迹。虽然这一方法已延用了近300年,虽然今天的高科技已将人类送入太空,然而在钢琴制作方面却没有比这一简单的近乎原始的方法更为有效而易行的工艺措施。
  钢琴220多根琴弦,相应也必有220多根弦轴,每根弦轴均承担着80——130公斤的拉力(三角琴低音区有的琴弦拉力近200公斤),弦轴板必须有超过其拉力50%以上的握钉力,才能保证音准的确立及音准的保持。
当木材的纤维受到挤压时,纤维变形的状态。俗话所说立木支千斤即是指,在木材纤维轴向受压时,其纤维变形的所能受的力,比切向受压时所能承受的压力大的多。
  钢琴制造在早期,是选用密度大,纤维致密的整块木板来制造。如牛毛赋、山毛榉、色木等。将这些材料精选后,经较长时间的自然干燥、人工干燥后,制成弦轴板。
  由于这种方法对木材材质的依赖性太高,且切向受力易造成劈裂,加之32毫米厚、1.4米长的木板产生弯翅曲变形的可能性很大,这种加工方法早已被淘汰,取而代之的是层压板。层压弦轴板是将山毛榉或色木等硬木制成薄板,按木材纹理横顺交叉排列,三或五层粘合在一起,这就使得弦轴在弦轴板孔内的四面都有轴向纤维支撑,使得弦轴板的握钉力更趋于均匀。由于层压板横竖纹理的粘合,解决了受弦轴挤压易开裂的弊病。又由于采用热固性化学胶,在热压胶合的工艺过程中,胶液成为坚硬而不可还原的固体,保证了胶合强度,使层压板得到普遍的认可。
  据说某些国家的高级琴,普经采用6层薄板,将木材纹理作60旋转配料,以达到弦轴孔的圆周都成轴向纤维,使弦轴握钉力更加均匀稳定。此法即使不考虑成本因素也似不必要。因为只要弦轴板能达到握钉力的要求,又不易开裂,就已经符合保持音准的要求。
  我国在80年代引进国外多层(19)胶合弦轴板,实践证明此种弦轴板,在温湿度变化的条件下,稳定性是很好的。此法加工进一步提高了木材的利用率,胶合过程中以机械手段涂胶,以专用设备热压,在热压过程中木材的毛细孔为胶液充填,不仅木材强度增加,胶合牢固,受温湿度影响的因素大大降低,因此被广泛的采用。此种轴板国内也能生产。
  多层弦轴板胶合前的单板厚度仅为1.5—2毫米,热压后胶液成为不可还原的固体,使木材强度增加的同时,弹性下降,在钻弦轴孔时,需适当加大,否则会使弦轴过紧。
  还应注意的是,在钻轴孔时,钻头退屑不畅,连续钻孔使钻头表面温度升高,造成孔壁呈焦糊状。这不仅大大降低了木材的强度,给以后的音准稳定带来隐患,还使弦轴孔壁过于光滑,使弦轴转动时静阻力加大,导致调音时弦轴发出拍、拍响声的跳进,给调音造成困难(大幅度倒顺两次即可缓解)
  弦轴板与铁板()、背架的胶合装配工艺至关重要。铁板在铸造时多有背筋,即在铁板背后的一条约一公分见方的凸起。设计意图是防止铁板向后弯曲变形及防止弦轴板受琴弦拉力整体下降。但由于铁板轴孔壁客观上形成支撑点,弦轴前端受琴弦拉力时,轴板应有向上翅起的趋向,所以应不会造成轴板下降而影响音准。弦轴板与背架的胶合才是影响音准的重要因素。
  不管以何种方式加工弦轴板,其含水率均应低于8%,否则必然引起中远期轴板收缩造成的弦轴松动,音准不能保持。
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