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論鋼琴弦軸與弦軸板的合理配置
在鋼琴調(diào)律與維修工作中,經(jīng)常會碰到弦軸松曠穩(wěn)不住音或弦軸過緊有“跳進(jìn)”的情況,無論新琴亦或舊琴,無論雜牌亦或名牌,這讓調(diào)律工作難以順利進(jìn)行,常須花費(fèi)大量時間來進(jìn)行改善或維修。就弦軸松曠而言,如果碰到個別松曠情況,可以即時修復(fù);如果是大批量的,那么鋼琴基本處于報廢階段了,除非是花大代價進(jìn)行相關(guān)處理。弦軸過緊有“跳進(jìn)”,微調(diào)就會有阻滯,影響調(diào)律進(jìn)度。鋼琴這些情況是什么原因?qū)е碌?,?yīng)該如何解決,如何才能提高鋼琴制作的品質(zhì)和維持鋼琴良好的音準(zhǔn),本文就目前常用弦軸與弦軸板的合理配置及影響因素進(jìn)行闡述。
一、弦軸
(一)弦軸的工作原理
弦軸是用于穩(wěn)固琴弦和調(diào)整音律的金屬銷,栽在弦軸板上,調(diào)音時通過轉(zhuǎn)動弦軸來提高或降低琴弦的張力以達(dá)到一定的音高,弦越緊音高越高,弦越松音高越低。弦軸是鋼琴調(diào)修師調(diào)準(zhǔn)鋼琴音律的關(guān)鍵所在,它的持音性決定了鋼琴的價值,如果音準(zhǔn)都無法保證,那么鋼琴的彈奏性能調(diào)整得再好也是多余,一架無法維持音準(zhǔn)的鋼琴對于演奏來說毫無價值。
(二)弦軸的制作
弦軸承載了琴弦的拉力,調(diào)音時須轉(zhuǎn)動弦軸來達(dá)到相應(yīng)音高,所以弦軸須耐磨硬度高,扭轉(zhuǎn)時不應(yīng)出現(xiàn)彎曲變形,一般采用優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼絲(GB3206-82)中的45號鋼制成。新琴弦軸直徑一般在6.8-7.0mm, 7.1mm以上的弦軸一般用于修理鋼琴長期使用后弦軸松曠。弦軸長度在65-70mm,一端呈四棱錐體,錐度一般為1:10-1:7.5,錐體上有穿弦孔,琴弦一端通過穿弦孔繞在四棱錐體上,利于穩(wěn)定音準(zhǔn);一端是紋路清晰規(guī)整的多頭螺紋,螺紋頭數(shù)在5-7頭,這種多頭螺紋由于紋牙表面光潔度不同,與弦軸板配置時有一定的摩擦力,利于調(diào)音時的微調(diào)。
每一個弦軸都會承載對應(yīng)琴弦的拉力,大約每個弦軸承擔(dān)150斤。在這么大的拉力下,想要掛住琴弦,弦軸不松動,弦軸下端多頭螺紋與弦軸板間就必須有極大的摩擦力。弦軸安裝在弦軸板后要滿足倒退旋轉(zhuǎn)的拉力大于琴弦拉力的50%,否則就會產(chǎn)生弦軸松曠的現(xiàn)象。弦軸螺紋要具有高精度和光滑度,并且要均衡,其精度的誤差會使保持力不均衡而容易走音。
圖為弦軸置入弦軸板的狀態(tài)。
弦軸通過其與弦軸孔壁的摩擦力來張緊琴弦,該摩擦力稱為回轉(zhuǎn)阻力矩,弦張力增大,回轉(zhuǎn)阻力矩也相應(yīng)增大。弦軸的扭轉(zhuǎn)力矩是鋼琴質(zhì)量好壞的重要標(biāo)志之一,弦軸的扭轉(zhuǎn)力矩要大于1.3kN·cm,可用扭矩扳手測量。但是并不是弦軸的扭轉(zhuǎn)力越大就越好,如果過大會給調(diào)律帶來困難,甚至?xí)嘞逸S。弦軸的扭轉(zhuǎn)力矩是由弦軸板的硬度、彈性、含水率和弦軸孔鉆頭質(zhì)量等多項因素決定的。
二、弦軸板
(一)弦軸板的工作原理
弦軸板裝在鐵支架甲板的后面,用來穩(wěn)固弦軸,同時與木背架主體牢固地膠裝在一起,也對鋼琴背架結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定起著重要作用,并同鐵支架一同承受琴弦的張力。弦軸板由若干層山毛櫸、色木等硬木制成的薄板按木材紋理橫豎交叉排列再經(jīng)過熱壓粘合在一起,使弦軸多頭螺紋一端在弦軸板孔內(nèi)四周都有軸向纖維支撐,一般具有150kg以上的握釘力,保證了鋼琴音準(zhǔn)的穩(wěn)定。握釘力的大小取決于木材的種類、含水率、密度、硬度、彈性、紋理方向、釘子的形狀及其與木材接觸面的大小等。
弦軸板固定著220多根弦軸,而220根有著近20噸張力的琴弦都靠弦軸來張緊,弦軸板須支撐這一張力,如果在張力作用下,弦軸有松動或彎曲現(xiàn)象,就會破壞鋼琴音準(zhǔn),所以弦軸板須具有較好的握釘力、較強(qiáng)的抗壓強(qiáng)度、較好的彈性、耐摩擦、不易變形等特性。
(二)弦軸板的制作
弦軸板在鋼琴制造的早期,通常是用山毛櫸、色木等密度大、纖維致密的整木來制作的,不過這樣制作的弦軸板在不同氣候變化情況下,切向受力容易開裂,且易彎曲變形,處理不當(dāng)?shù)南逸S板還會出現(xiàn)木質(zhì)腐爛,從而導(dǎo)致弦軸松動無法持音。后來人們改用幾層實(shí)木板根據(jù)橫豎紋理的膠合,一定程度上解決了弦軸板易裂的缺陷。而隨著技術(shù)的發(fā)展,多層薄板的出現(xiàn)進(jìn)一步提高了木材的利用率,以機(jī)械手段涂膠后,用專用設(shè)備熱壓,在熱壓過程中木材的毛細(xì)孔被膠液充填,不僅木材的強(qiáng)度增加,膠合牢固,而且大大降低了受溫濕度的影響,被廣泛采用。多層薄板所制的弦軸板在厚度一定的情況下,最少要3層,最多不應(yīng)超過21層,目前市場上大多數(shù)鋼琴弦軸板層數(shù)為19層,從上至下每一層的密度和重量逐漸遞增。
弦軸板的弦軸板長約140cm,寬約20cm,厚度在3-3.5cm,含水率在6-8%,上下表層拼接必須密實(shí)且須橫向旋切板,不應(yīng)有腐朽、開裂、離膠、鼓泡、翹曲、透膠等缺陷。每一層薄板都要按一橫一縱粘貼,因?yàn)檫@樣木紋是上下交錯的,鉆入多層板內(nèi)的弦軸會受到一橫一縱四個方向的摩擦力。弦軸板的密度要大于0.76g/cm3,因?yàn)樵谄渌鼦l件一樣的情況下,弦軸板的密度大,與弦軸之間的摩擦力越大,越能穩(wěn)定音準(zhǔn);同時弦軸板的含水率在掛弦前應(yīng)控制在4%-6%,因?yàn)楹蕦ο逸S板與弦軸的配合有很大的影響,含水率過高時,易由于干縮造成弦軸孔徑加大,使弦軸松動不能保持音準(zhǔn)。
弦軸板多層板材一般用酚醛樹脂膠或與此性能相同或更好的粘結(jié)劑熱壓,在膠中加入固化劑氯化銨攪拌均勻,涂膠量為280-330g/m2,涂膠放置5-15分鐘后,用熱壓機(jī)以105-135℃的溫度,1-1.5MPa的壓力熱壓35-40分鐘,組坯時上下左右對正,卸壓放置48小時即成型。需注意的是,板材層數(shù)越多,膠層就越多,而膠沒有彈性,過多就會降低弦軸板的握釘力,影響音準(zhǔn)的穩(wěn)定。
(三)弦軸板的鉆孔
一般而言,弦軸孔比弦軸小0.3mm即可,鉆孔的深度大概為40-43mm,最好使用木工鉆頭,慢速鉆進(jìn)一半時,將鉆頭提起10mm,使木屑順暢退出,避免孔壁焦糊。為了加強(qiáng)弦軸的穩(wěn)定性和抵抗弦的張力,弦軸孔在鉆孔過程中要有8-10度的向上傾斜角,即鐵板垂直放置時,弦軸裝好后要向上翹8-10度。
弦軸板鉆孔時會有幾個不同直徑規(guī)格的鉆嘴進(jìn)行配鉆,一般使用直徑為6.1-6.3mm等規(guī)格鉆嘴。當(dāng)鉆好弦軸孔后,分別置入弦軸,然后進(jìn)行扭矩測試,如扭矩不符合標(biāo)準(zhǔn)1.9-2.0kN.cm,則調(diào)整鉆嘴直徑,直至扭矩符合要求。扭力過大,需更換更大直徑的鉆頭;扭力過小,需更換更粗的弦軸。扭轉(zhuǎn)力矩的影響因素包括弦軸直徑與弦軸板孔徑的配合,弦軸板的用材及加工后的密度、彈性,弦軸的表面狀態(tài)及弦軸板孔的加工狀態(tài)。
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