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鋼琴的結構和原理

鋼琴,有樂器之王的美譽,它以寬闊的音域,豐富的聲音層次表現而著稱。自從18世紀在歐洲問世后,三百多年來,鋼琴的結構由簡單到復雜經歷了一個漫長的發展過程,它的制作方法,工藝也越來越完善、科學。鋼琴在音樂會、酒店、家庭、教室、教堂等各種需要音樂的地方廣泛使用。

 

  下面針對立式鋼琴來介紹一下鋼琴音源部分(也稱作共鳴盤)的原理,它是鋼琴眾多部件中最重要的部分。共鳴盤分為四大部分,分別是琴弦(弦列)、音板弦碼、鐵板和背架。

 

  1、 琴弦是發聲的首要部件,主要材料是鋼線,是專門為鋼琴和其他弦樂器生產制造的特殊鋼絲。早前,曾經使用鐵絲和銅絲制作,但其聲音太弱、不悅耳,直到19世紀才開始全面使用強度特種鋼絲做專用琴弦。此外,琴弦要被調音釘(弦軸)拉緊,弦槌打在弦上才能發出聲音,所以每條琴弦都要有一定張力,選材必須要謹慎,不然會造成斷弦和出現其他雜音的現象。而弦列是指按一定規律排列起來緊繃在鋼琴鐵板上的琴弦,琴鍵對應的弦分別由一條、兩條、三條或更多的弦組成,每一組弦的振動頻率相同,因此弦列的作用就是在琴弦受不同力度激發琴弦產生振動時,能發出具有固定頻率、不同響度、不同音色的音。

 

  2、 鐵板又稱鐵骨,無論是臥式鋼琴還是立式鋼琴,其鐵板的制作都是最為重要和關鍵的。鐵板是琴弦張力的載體,在設計上應該注意琴弦拉力的分布情況,它主要支撐高達18~20噸的琴弦張力,分傳統砂模鑄造和真空技術鑄造。真空鑄造技術是近年來科技發展的結晶,具有鐵水分布均勻、無氣泡、強度高等優點,一般用在原裝鋼琴及三角琴上(國內很少使用)。索菲婭.倫納德正在使用此技術,效果非常顯著。鐵板鑄造好后,在繼續加工前,應特別注意觀察有無裂縫,完好的鐵板需再進行弦枕位置的校對和鐵板上的各個孔位的校對,合格后,再轉入外觀油漆涂飾。如果鑄造不好,鑄鐵板會因為承受不住琴弦強大的張力發生斷裂的情況,因為鐵板鑄成成品后是很難焊接的,所以斷裂鑄鐵板的鋼琴基本就報廢了。

 

  3、 振動的琴弦發出的聲音通過弦馬傳遞給音板,音板再把振動得來的能量輻射到空中。音板主要分實木音板(國外品牌一般都用實木單板,縱向拼接)和多層板(國內品牌95%以上都在用),縱向拼接的實木音板在聲學品質上優于橫向拼接的多層板,但造價、技術工藝都比多層板高。實木材料優點:根據不同品質木材,傳音效果不同,但整體傳音效果、音質保持性能優于復合材料;缺點:抗張力、抗溫濕度性能較復合板差,但經過嚴格篩選、成型、干燥處理后(一般選用寒帶生長緩慢、密度較大、年輪分布較密且均勻的魚鱗松、楓木為主要原材料),一樣可以保證優良品質,但就是造價及技術要求較高,因此價位高于同型號復合材料鋼琴。復合材料優點:抗張力、抗溫濕度強,生產成本(材料、技術)較低,價格較低;缺點:傳音效果差,音質保持能力差(使用23年就會出現不同程度的回音,音質下降,這是由于復合音板是橫向拼接制造,膠層影響聲音傳播造成的,因此多層板鋼琴只考慮機械質量而不考慮聲學品質,一般多做為初學用琴或練習琴),到了鋼琴彈奏程度較高時,很多曲目在這種琴上就很難彈奏出感覺了。

 

  鋼琴的弦碼是所有樂器中最長的(因為有200多根琴弦通過弦碼),分中高音弦碼和低音弦碼,分布在音板的不同位置,使中高音琴弦和低音琴弦交叉排列。弦碼的作用是將琴弦的振動傳到音板上,從而擴大琴弦的音量,因此,弦碼的品質也是至關重要的。但由于兩組弦碼在音板上的位置不同,因此兩組弦列的張力在每臺琴上的分布都不相同,這是造成鋼琴中高音弦組與低音弦組經常產生不均勻音質的主要原因,所以買琴最好有幾臺琴來比較、挑選。對于二手鋼琴來說,弦碼的檢查就更為重要了,碼橋承受了幾噸的琴弦張力,與音板的膠合處會因為時間或其他原因老化開膠,開膠或錯位的碼橋會造成音質的較大變化,主要是發生木音,影響正常使用,嚴重的需要大修或直接就報廢了!需仔細檢查!

 

  4、 鋼琴的木質支架稱為背架,立式鋼琴和臥式鋼琴的背架形狀有很大區別,但零件名稱相同。背架一般是框架結構,由上梁、下梁、邊柱、立柱(中柱)、后背板和把手等組件組成。它是用來支撐來自琴弦約20噸的強大拉力而必須使用的部件,是整個音源部分的強大后盾,一般選用針葉樹,如紅松、白松等軟質木材制作。背架使用的木材不能有腐朽、裂縫和較大的木節,為提高利用率,背架用材可采用層壓及指接工藝。弦軸板安裝在背架和鐵板之間,它緊固地支撐著弦軸釘,使琴弦掛上后不會松動并保證鋼琴音準的穩定性。

 

  這四個部件經過一系列復雜的工序首先將鐵板、音板、背架經過一系列工序裝配成一整體后,再裝上琴弦,然后進行粗調律,再靜止,次日再進行反復調律,直到琴弦拉力相對穩定。這樣,一個成品共鳴盤就制作出來了。因關系到音色和整體穩定性問題,一些知名品牌的工廠會聯合一些經驗比較豐富的鋼琴制造大師到現場評估。一個好的音源能對一臺好的鋼琴創造出好的性價比,當然也要鍵盤機械和踏板機械來配合好。

 

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