鋼琴音準的穩(wěn)定問題對演奏者及鋼琴生產(chǎn)廠家來說是非常重要的。鋼琴所特有的聲學品質(zhì)及音色特征，只有在音律準確的鋼琴上才能表現(xiàn)出來。然而，氣候條件的改變，破壞了鋼琴的音準穩(wěn)定性，使鋼琴的音準由于所處環(huán)境（溫、濕度）的變化而受到影響，鋼琴演奏的穩(wěn)定性和準確性發(fā)生了變化。本文分別就溫度與濕度對鋼琴音準穩(wěn)定的影響這一實際問題作一初步的分析。
溫度與琴弦
在鋼琴結(jié)構(gòu)中，弦列是鋼琴重要組成部分之一，是聲音的發(fā)源體。張緊的琴弦受迫振動后發(fā)出一定頻率的音，不同音律的十二音體系構(gòu)成了鋼琴所特有的音域。我們知道，當物體所處環(huán)境的溫度發(fā)生變化時，物體的許多性質(zhì)將發(fā)生改變。鋼琴的琴弦受熱后，隨著溫度的升高，能夠?qū)е虑傧抑饾u膨脹。琴弦的表面有一層金屬保護膜，對于溫度的初始變化階段（或溫差不是很大時）起到保護作用，使鋼琴的音準暫時處于一種穩(wěn)定狀態(tài)，但隨著溫度的繼續(xù)升高，金屬保護膜的溫度也會升高，琴弦的溫度隨之變化，頻率就會發(fā)生改變。
物理學中，金屬的膨脹系數(shù)非常小，大約在6.7×10ˉ6/℃。當溫度的變化不是很大時，琴弦在線性方向上單位長度的改變量與原長的比值近似的與溫度的改變量成正比，即：
ΔL/L=αΔt ΔL=L×αΔt
ΔL----琴弦單位長度的改變量
L------琴弦的原長
α-----琴弦的膨脹系數(shù)
Δt----溫度的改變量
為便于說明問題，我們以一臺YAMAHA五尺半三角鋼琴為例，第42鍵琴弦的長度為58cm，當陽光照射到鋼琴上，溫度由12℃增加到37℃時，由上述公式即可得出，ΔL=6.7×58×25=0.009715cm，琴弦的長度由原來的58cm增加到58+0.009715=58.009715cm 。雖然琴弦長度的改變只有0.009715cm，但對于固定在弦枕與弦碼之間的有效弦長，即使是一個很微小的熱量膨脹后的琴弦長度的變化，都會引起它的張力改變，因而，頻率產(chǎn)生了變化。
由琴弦的振動公式
f----琴弦振動的頻率
l----琴弦的長度
T----琴弦的張力
m----琴弦的質(zhì)量
可看出，琴弦振動的頻率受琴弦的長度、張力、以及琴弦質(zhì)量等因素的制約，當溫度升高時，琴弦有微量的伸長，張力減小，使頻率降低；當溫度恢復到原來的高度時，音準也隨之好轉(zhuǎn)，但不一定回到原來的音準狀態(tài)。因為琴弦部分的張力平衡受到破壞，當溫度繼續(xù)降低時，琴弦因此而緊縮變短，張力增大，頻率則升高。
以上是通過理論計算得出的結(jié)果，實際工作中仍然能說明溫度的改變給音準穩(wěn)定所帶來的問題。本人用一臺普通的三角鋼琴作了實驗，在這臺琴的音律全部調(diào)完之后，用音準儀測量了小字三組的e和f兩個音的音分值。然后采用加熱器使室內(nèi)溫度升高，20分鐘后，兩個音的音分值分別降低了8音分和9音分，其它音也出現(xiàn)了跑律的現(xiàn)象。當停止了加熱器的使用后，溫度又降低到原來的度數(shù)后，兩個音的音分值即開始回升至原來的位置。
綜上所述，由于溫度的改變，使鋼琴的琴弦發(fā)生了微小的熱脹冷縮的現(xiàn)象，固然對鋼琴的音準產(chǎn)生了一定的影響，但在正常的自然環(huán)境下，將鋼琴擺放在離加熱器較遠、陽光不能直接照射的位置，溫度只要相對比較穩(wěn)定，那些與頻率變化有關(guān)的因素就會影響很小，音準就處于穩(wěn)定狀態(tài)下。
濕度與音板
濕度對鋼琴音準的影響也是不容忽視的。因鋼琴的各個組成部分中，絕大多數(shù)都是由木材加工制成的。在鋼琴生產(chǎn)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，仍不能避免濕度的變化對音準穩(wěn)定的影響。空氣中濕度的變化，會改變鋼琴中木材的含水率，使用以制作音板、弦軸板、擊弦機等木材因此吸收或釋放水分而產(chǎn)生變化。影響了鋼琴的音準穩(wěn)定程度。
鋼琴的音板是由一張厚度約8—9毫米面積約1.5平方毫米的共振板、隆起音板弧面的肋木、傳導琴弦振動能量的弦碼、以及音板框組成的薄木板，是決定鋼琴音色、音量的重要組成部分之一，對鋼琴的音準穩(wěn)定起著重要的作用。由于一年四季氣侯的交替變化而引起空氣濕度的改變，使木材的含水率隨之改變。空氣中的濕度包括相對濕度和絕對濕度兩種含義，相對濕度是一個不定量的百分數(shù)值，是以空氣中所含有的水分子的百分比來表示的，是一個相對的數(shù)值。而絕對濕度是定量的。是一個固定數(shù)值。相對濕度的數(shù)值大小，決定空氣的干燥與潮濕程度。鋼琴使用環(huán)境的相對濕度應(yīng)在50%--60%之間最合適。如果相對濕度值超出了鋼琴所適應(yīng)的范圍，無論是過于潮濕還是過于干燥，都對鋼琴的使用產(chǎn)生一定的影響。因此，這些環(huán)境因素的變化，決定了音板木材的含水率是否失去平衡，音準能否處于穩(wěn)定狀態(tài)。
因為空氣中所含有的水分與溫度是密切相關(guān)的，也就是說，相對濕度是隨著一年四季溫度的變化而改變的，木材的含水率也發(fā)生變化。三者之間存在著一定的相互關(guān)系（如圖）。
從圖中我們可看出，如果冬季室內(nèi)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℃夏季，空氣的相對濕度如果達到50%，那么，木材的含水率將達到9.5%。可見，同樣溫度下的冬季到夏季，空氣中的相對濕度不同，木材的含水率發(fā)生了如此大的變化，使木材產(chǎn)生膨脹現(xiàn)象。經(jīng)過夏季這一段時間后，空氣濕度又回到冬季的狀態(tài)（在沒有采用任何措施的情況下），木材的含水率又發(fā)生變化，使木材產(chǎn)生了收縮的現(xiàn)象。木材的這一膨脹與收縮，必然會引起濕脹干裂的變形現(xiàn)象的發(fā)生。
一般情況下，在木材含水率變化相同時，弦向切割的木材變化程度要大于徑向切割的變化程度，這與木材的構(gòu)造有關(guān)（這里不作詳細介紹）。音板在選材時，為了達到一定的聲學常數(shù)值，選用的即是徑向切割的木材。實驗得出，假設(shè)音板木材的含水率發(fā)生1%的變化時，音板木材的寬度將發(fā)生0.12%的變化，既是說，當空氣相對濕度由30%變化到50%，木材的含水率即由5.0%變化到9.5%，那么，4.5%的濕度變化，將會引起音板寬度以每100cm伸縮4.5mm的變化。嚴重情況下可達到每100cm伸縮8mm的變化程度。這么大的變化率，對于有著音板框固定的音板來說，無法承受，只能使音板的弧度發(fā)生變化，濕脹時向上更加隆起，干縮時音板弧度趨平（嚴重者可能會開裂），從而使琴弦向下的壓力和音板向上的支撐力失去平衡，為了能夠維持這種平衡狀態(tài)，琴弦的張力勢必發(fā)生變化，從而導致了音準不穩(wěn)定的現(xiàn)象。
制作鋼琴的主要材料是木材，所以難免受到溫度與濕度變化的影響，無論鋼琴使用與否，都是如此。無論是多么高級的鋼琴都存在這個問題，只是問題存在的嚴重程度不同。但是，如果能夠控制住鋼琴存放環(huán)境的干、濕度，并定期請專業(yè)調(diào)律師進行調(diào)律及保養(yǎng)，就能夠保證鋼琴的正常使用，奏出美妙的樂章。
溫度與琴弦
在鋼琴結(jié)構(gòu)中，弦列是鋼琴重要組成部分之一，是聲音的發(fā)源體。張緊的琴弦受迫振動后發(fā)出一定頻率的音，不同音律的十二音體系構(gòu)成了鋼琴所特有的音域。我們知道，當物體所處環(huán)境的溫度發(fā)生變化時，物體的許多性質(zhì)將發(fā)生改變。鋼琴的琴弦受熱后，隨著溫度的升高，能夠?qū)е虑傧抑饾u膨脹。琴弦的表面有一層金屬保護膜，對于溫度的初始變化階段（或溫差不是很大時）起到保護作用，使鋼琴的音準暫時處于一種穩(wěn)定狀態(tài)，但隨著溫度的繼續(xù)升高，金屬保護膜的溫度也會升高，琴弦的溫度隨之變化，頻率就會發(fā)生改變。
物理學中，金屬的膨脹系數(shù)非常小，大約在6.7×10ˉ6/℃。當溫度的變化不是很大時，琴弦在線性方向上單位長度的改變量與原長的比值近似的與溫度的改變量成正比，即：
ΔL/L=αΔt ΔL=L×αΔt
ΔL----琴弦單位長度的改變量
L------琴弦的原長
α-----琴弦的膨脹系數(shù)
Δt----溫度的改變量
為便于說明問題，我們以一臺YAMAHA五尺半三角鋼琴為例，第42鍵琴弦的長度為58cm，當陽光照射到鋼琴上，溫度由12℃增加到37℃時，由上述公式即可得出，ΔL=6.7×58×25=0.009715cm，琴弦的長度由原來的58cm增加到58+0.009715=58.009715cm 。雖然琴弦長度的改變只有0.009715cm，但對于固定在弦枕與弦碼之間的有效弦長，即使是一個很微小的熱量膨脹后的琴弦長度的變化，都會引起它的張力改變，因而，頻率產(chǎn)生了變化。
由琴弦的振動公式
f----琴弦振動的頻率
l----琴弦的長度
T----琴弦的張力
m----琴弦的質(zhì)量
可看出，琴弦振動的頻率受琴弦的長度、張力、以及琴弦質(zhì)量等因素的制約，當溫度升高時，琴弦有微量的伸長，張力減小，使頻率降低；當溫度恢復到原來的高度時，音準也隨之好轉(zhuǎn)，但不一定回到原來的音準狀態(tài)。因為琴弦部分的張力平衡受到破壞，當溫度繼續(xù)降低時，琴弦因此而緊縮變短，張力增大，頻率則升高。
以上是通過理論計算得出的結(jié)果，實際工作中仍然能說明溫度的改變給音準穩(wěn)定所帶來的問題。本人用一臺普通的三角鋼琴作了實驗，在這臺琴的音律全部調(diào)完之后，用音準儀測量了小字三組的e和f兩個音的音分值。然后采用加熱器使室內(nèi)溫度升高，20分鐘后，兩個音的音分值分別降低了8音分和9音分，其它音也出現(xiàn)了跑律的現(xiàn)象。當停止了加熱器的使用后，溫度又降低到原來的度數(shù)后，兩個音的音分值即開始回升至原來的位置。
綜上所述，由于溫度的改變，使鋼琴的琴弦發(fā)生了微小的熱脹冷縮的現(xiàn)象，固然對鋼琴的音準產(chǎn)生了一定的影響，但在正常的自然環(huán)境下，將鋼琴擺放在離加熱器較遠、陽光不能直接照射的位置，溫度只要相對比較穩(wěn)定，那些與頻率變化有關(guān)的因素就會影響很小，音準就處于穩(wěn)定狀態(tài)下。
濕度與音板
濕度對鋼琴音準的影響也是不容忽視的。因鋼琴的各個組成部分中，絕大多數(shù)都是由木材加工制成的。在鋼琴生產(chǎn)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，仍不能避免濕度的變化對音準穩(wěn)定的影響。空氣中濕度的變化，會改變鋼琴中木材的含水率，使用以制作音板、弦軸板、擊弦機等木材因此吸收或釋放水分而產(chǎn)生變化。影響了鋼琴的音準穩(wěn)定程度。
鋼琴的音板是由一張厚度約8—9毫米面積約1.5平方毫米的共振板、隆起音板弧面的肋木、傳導琴弦振動能量的弦碼、以及音板框組成的薄木板，是決定鋼琴音色、音量的重要組成部分之一，對鋼琴的音準穩(wěn)定起著重要的作用。由于一年四季氣侯的交替變化而引起空氣濕度的改變，使木材的含水率隨之改變。空氣中的濕度包括相對濕度和絕對濕度兩種含義，相對濕度是一個不定量的百分數(shù)值，是以空氣中所含有的水分子的百分比來表示的，是一個相對的數(shù)值。而絕對濕度是定量的。是一個固定數(shù)值。相對濕度的數(shù)值大小，決定空氣的干燥與潮濕程度。鋼琴使用環(huán)境的相對濕度應(yīng)在50%--60%之間最合適。如果相對濕度值超出了鋼琴所適應(yīng)的范圍，無論是過于潮濕還是過于干燥，都對鋼琴的使用產(chǎn)生一定的影響。因此，這些環(huán)境因素的變化，決定了音板木材的含水率是否失去平衡，音準能否處于穩(wěn)定狀態(tài)。
因為空氣中所含有的水分與溫度是密切相關(guān)的，也就是說，相對濕度是隨著一年四季溫度的變化而改變的，木材的含水率也發(fā)生變化。三者之間存在著一定的相互關(guān)系（如圖）。
| 相對濕度（％） | 木材平均含水量（％） |
20 30 40 50 60 70 80 90 |
6．5 6．0 5．5 5．0 4．0 8．0 7．5 7．0 6．5 6．0 9．0 8．5 8．0 7．5 7．0 11．0 10．5 10．0 9．5 8．0 13．0 12．5 12．0 11．5 10．0 15．0 14．5 14．0 13．5 12．0 18．5 18．0 17．5 17．0 15．5 24．0 23．0 22．5 22．0 20．5 |
| 0 10 15 20 40 |
一般情況下，在木材含水率變化相同時，弦向切割的木材變化程度要大于徑向切割的變化程度，這與木材的構(gòu)造有關(guān)（這里不作詳細介紹）。音板在選材時，為了達到一定的聲學常數(shù)值，選用的即是徑向切割的木材。實驗得出，假設(shè)音板木材的含水率發(fā)生1%的變化時，音板木材的寬度將發(fā)生0.12%的變化，既是說，當空氣相對濕度由30%變化到50%，木材的含水率即由5.0%變化到9.5%，那么，4.5%的濕度變化，將會引起音板寬度以每100cm伸縮4.5mm的變化。嚴重情況下可達到每100cm伸縮8mm的變化程度。這么大的變化率，對于有著音板框固定的音板來說，無法承受，只能使音板的弧度發(fā)生變化，濕脹時向上更加隆起，干縮時音板弧度趨平（嚴重者可能會開裂），從而使琴弦向下的壓力和音板向上的支撐力失去平衡，為了能夠維持這種平衡狀態(tài)，琴弦的張力勢必發(fā)生變化，從而導致了音準不穩(wěn)定的現(xiàn)象。
制作鋼琴的主要材料是木材，所以難免受到溫度與濕度變化的影響，無論鋼琴使用與否，都是如此。無論是多么高級的鋼琴都存在這個問題，只是問題存在的嚴重程度不同。但是，如果能夠控制住鋼琴存放環(huán)境的干、濕度，并定期請專業(yè)調(diào)律師進行調(diào)律及保養(yǎng)，就能夠保證鋼琴的正常使用，奏出美妙的樂章。
