鋼琴音準穩定性一直以來都是人們衡量鋼琴質量的一個重要因素,而音準的穩定性主要靠弦軸裝配后的握釘力來保證。影響握釘能力的關鍵因素有弦軸板、弦軸、弦軸木圈、鉆孔直徑、環境溫濕度,下面本文逐一進行闡述。
一、弦軸板
顧名思義,弦軸板就是裝置弦軸的板。其作用是通過與弦軸之間的摩擦力來維續鋼琴的握釘力,從而保證鋼琴音準的穩定。該板長1400多公分、寬20多公分、厚約3公分,采用山毛櫸、色木、槭木等硬木制成薄板,按木材紋理橫豎交叉排列再經過熱壓,將多層薄板粘合在一起,這就使得弦軸在弦軸板孔內的四面都有軸向支撐,弦軸板的握釘力就更趨于均勻。弦軸板的發展經歷了以下三個階段。
(一)整木弦軸板:在鋼琴制造的早期,是選用山毛櫸、色木等密度大、纖維致密的整塊木料來制作的。這種方法對木材材質的依賴性很大,且切向受力易造成劈裂,同時木板產生彎曲變形的可能性很大。
(二)膠拼弦軸板: 在弦軸板結構改革方面的一個主要進步是層狀結構的采用。這種層狀結構最初用二層實木板膠,后來改為用幾層實木板膠拼制成。這種弦軸板孔內的四周都有軸向纖維支撐,使得弦軸板的握釘力更趨均勻。層壓板橫豎紋理的粘合,解決了弦軸擠壓易開裂的弊端。同時由于采用熱固性化學膠,在熱壓膠合的工藝過程中,膠液成為堅硬而不可還原的固體,保證了膠合強度,使層壓板得到普通的認可。
(三)膠合板結構的弦軸板:就是用多層夾板結構代替原來的二層和四層的實木板拼結構。用此方法加工進一步提高了木材的利用率,膠合過程中以機械手段涂膠后,用專用設備熱壓,在熱壓過程中木材的毛細孔被膠液充填,不僅木材的強度增加,膠合牢固,而且大大降低了受溫濕度的影響,因此,被廣泛采用。
弦軸板的質量要求有哪些呢?
1、木材方面:一般選用材質堅硬耐摩擦、握釘力高的木材,如山毛櫸、色木。
2、層次:層數最少要3層,最多不應超過21層,多層弦軸板的層數、層厚和膠層厚度都必須執行有關標準。因為在弦軸板厚度一定的情況下,層數越多,膠層也越多,而膠粘劑無彈性,因此膠層過多,弦軸在剛擰入時握釘力較大,反復擰幾次后握釘力就會降低,從而影響音準的穩定性。
3、其它要求:弦軸板一般由單一樹種組成,面板和背板拼接必須密實;不允許有腐朽、離膠、鼓泡、翹曲、透膠等缺陷;弦軸板的密度大于0.76g/cm3,因為在其它條件一樣的情況下,弦軸板的密度大,握釘力就越大,密度越小,握釘力就小;同時弦軸板的含水率在掛弦前應控制在4%-6%,因為含水率對弦軸板的握釘力有很大的影響,含水率過高時,使用中由于干縮易造成弦軸孔徑加大,握釘力下降,使弦軸松動不能保持音準。
二、弦軸
顧名思義,弦軸就是張掛、纏繞琴弦的軸。其作用是將琴弦的一端通過穿弦孔繞在弦軸上,在調音時轉動弦軸來提高(擰緊)或降低(放松)琴弦的張力,達到調整音高和穩定音準的目的。弦軸應能承載琴弦的拉力,在弦軸板強大握釘力的作用下扭轉時不得出現彎曲變形。
弦軸通常采用45號鋼制成。直徑為6.75mm-7.25mm,弦軸直徑的大小與扭釘力的大小有直接關系。在軸孔與軸配合不變的情況下,軸徑越大,握力越大,但握力過大會給調音造成困難。弦軸分外露和內埋兩部分。外露部分是四棱錐體,錐度一般1:10-1:7.5,在錐體上有穿弦孔,便于琴弦纏繞。弦軸的埋入部分是國際通用的多頭螺紋,要求螺紋規整,螺紋頭數一般5-7頭,這樣有利于調音時的微調。弦軸表面螺紋的加工方法有三種,分別是搓絲、滾絲和挑絲。以搓絲法生產的弦軸,在釘入弦軸板而不張掛弦時,倒、順旋轉的阻力矩基本一致;在張緊弦后由于弦的拉力,在逆時針旋轉時手感偏松。用滾絲和挑絲加工的弦軸,由于在進刀時紋牙的表面光潔度不同,倒轉時阻力大于順轉,張緊弦后手感倒與順基本趨于一致,更有利于音準的穩定。無論采用哪種方法加工的弦軸螺紋,只要其倒退旋轉的拉力能大于琴弦拉力的50%,就不會對音準穩定造成影響。好的弦軸更有利于長期音準的穩定,因此,在弦軸的選擇上應給予足夠的重視。
三、弦軸木圈
弦軸木圈即弦軸與鐵板之間的木圈。弦軸在琴弦張力作用的情況下,有傾斜和轉動的趨勢,而保持弦軸處于平衡狀態的外力則來自于弦軸木圈和弦軸板。弦軸木圈的直徑為10.5mm,長度為8mm-14mm(由于所安裝的鐵板的厚度不同,有多種規格,需要根據鐵板的厚度選用合適木圈種入鐵板弦軸孔內),材料為色木。色木橫紋受壓,其所承受的最大壓力為3.28N/cm2。它與弦軸的關系類似于螺釘與螺母,木圈在弦軸沒有受鋼絲張力的情況下已被嚴重壓縮,壁厚壓縮率達11%左右,壁厚方向上已相當密實, 因此在鋼絲張力作用下,木圈下側進一步受壓,但壓縮變形在理論上不宜再有,故木圈壁厚宜小不宜大。如果色木木圈材質密度小,其橫紋絕對壓縮量增加,這樣,弦軸一旦受琴弦張力的作用,木圈就會因進一步壓縮而無法支承弦軸,這樣就致使支承弦軸的力嚴重向弦軸板轉移,導致弦軸板內應力成倍上升而出現開裂現象。因此木圈的選材顯得極為重要。
四、鉆孔直徑
我們都知道為保持弦軸有足夠的握釘力,一般都要求弦軸與軸孔必須是過盈配合,過盈量越大,回轉力矩越大。選擇合適的過盈量對鋼琴音準穩定性至關重要,因為過盈量小,回轉力矩就小,即握釘力小,不能保證音準的穩定性;但過盈量過大,回轉力矩太大,會給調音造成困難,更重要的是,過大的過盈量,會使弦軸在壓入過程中由于過度擠壓而破壞弦軸孔壁處的纖維組織,彈性減弱,反復擰幾次后握釘力就會降低,從而影響音準的穩定性,因此,我們應該選擇合適的過盈量。而過盈量的大小選擇也不是固定不變的,需要根據弦軸板材質和環境條件等因素的不同而不同。弦軸孔鉆孔通常要準備幾個不同直徑規格的鉆嘴進行配鉆(如選用直徑為6.1mm或者直徑為6.2mm、6.3mm等多種直徑的鉆嘴)。通常的做法是分別在不同的音區鉆若干個弦軸孔,然后分別種入弦軸,再進行扭矩測試,如扭矩不符合標準,則應調整鉆嘴直徑,直到扭矩符合要求為止。
五、環境的溫、濕度
鋼琴生產中,雖然對木材都進行干燥處理,但由于處理的方法或程度不同,仍不能避免溫、濕度的變化對木制品的影響。空氣中溫、濕度的變化,會改變鋼琴中木材的含水率,使弦軸板、弦軸木圈等木材因吸收或釋放水分而產生變化。如在氣候干燥的環境下,弦軸板和弦軸木圈會過度收縮,從而握釘力下降,導致弦軸松動,鋼琴的音準被破壞。木材的含水率與溫度、空氣相對濕度之間存在著一定的相互關系。如下表:
從表中我們可以看出,如果冬季室內溫度達到20℃左右時,相對濕度在20%,木材的含水率為5.0%。 到了溫度同樣是20℃的夏季,空氣的相對濕度如果達到60%,那么,木材的含水率將達到11.5%。可見,同樣溫度下的不同季節,空氣中的相對濕度不同,木材的含水率會發生很大的變化,使木材產生膨脹現象。經過夏季這一段時間后,空氣濕度又回到冬季的狀態(在沒有采用任何措施的情況下),木材的含水率又發生變化,使木材發生了收縮的現象。木材的這一膨脹與收縮,必然會引起濕脹干裂的變形現象的發生。
影響握釘力的因素是多方面的,除上述五點關鍵因素外,還與加工過程中弦軸孔的鉆孔角度、軸釘內埋深度以及工人的熟練程度等因素有關。要保證弦軸獲得適當、可靠的握釘力,保證鋼琴具有良好的音準穩定性,我們必須把每一個環節的工作做精做細。