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浅谈影响钢琴弦轴握钉力的因素

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钢琴音准稳定性一直以来都是人们衡量钢琴质量的一个重要因素,而音准的稳定性主要靠弦轴装配后的握钉力来保证。影响握钉能力的关键因素有弦轴板、弦轴、弦轴木圈、钻孔直径、环境温湿度,下面本文逐一进行阐述。
  一、弦轴板
  顾名思义,弦轴板就是装置弦轴的板。其作用是通过与弦轴之间的摩擦力来维续钢琴的握钉力,从而保证钢琴音准的稳定。该板长1400多公分、宽20多公分、厚约3公分,采用山毛榉、色木、槭木等硬木制成薄板,按木材纹理横竖交叉排列再经过热压,将多层薄板粘合在一起,这就使得弦轴在弦轴板孔内的四面都有轴向支撑,弦轴板的握钉力就更趋于均匀。弦轴板的发展经历了以下三个阶段。
  (一)整木弦轴板:在钢琴制造的早期,是选用山毛榉、色木等密度大、纤维致密的整块木料来制作的。这种方法对木材材质的依赖性很大,且切向受力易造成劈裂,同时木板产生弯曲变形的可能性很大。
  (二)胶拼弦轴板: 在弦轴板结构改革方面的一个主要进步是层状结构的采用。这种层状结构最初用二层实木板胶,后来改为用几层实木板胶拼制成。这种弦轴板孔内的四周都有轴向纤维支撑,使得弦轴板的握钉力更趋均匀。层压板横竖纹理的粘合,解决了弦轴挤压易开裂的弊端。同时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,使层压板得到普通的认可。
  (三)胶合板结构的弦轴板:就是用多层夹板结构代替原来的二层和四层的实木板拼结构。用此方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后,用专用设备热压,在热压过程中木材的毛细孔被胶液充填,不仅木材的强度增加,胶合牢固,而且大大降低了受温湿度的影响,因此,被广泛采用。
  弦轴板的质量要求有哪些呢?
  1、木材方面:一般选用材质坚硬耐摩擦、握钉力高的木材,如山毛榉、色木。
  2、层次:层数最少要3层,最多不应超过21层,多层弦轴板的层数、层厚和胶层厚度都必须执行有关标准。因为在弦轴板厚度一定的情况下,层数越多,胶层也越多,而胶粘剂无弹性,因此胶层过多,弦轴在刚拧入时握钉力较大,反复拧几次后握钉力就会降低,从而影响音准的稳定性。
  3、其它要求:弦轴板一般由单一树种组成,面板和背板拼接必须密实;不允许有腐朽、离胶、鼓泡、翘曲、透胶等缺陷;弦轴板的密度大于0.76g/cm3,因为在其它条件一样的情况下,弦轴板的密度大,握钉力就越大,密度越小,握钉力就小;同时弦轴板的含水率在挂弦前应控制在4%-6%,因为含水率对弦轴板的握钉力有很大的影响,含水率过高时,使用中由于干缩易造成弦轴孔径加大,握钉力下降,使弦轴松动不能保持音准。
  二、弦轴
  顾名思义,弦轴就是张挂、缠绕琴弦的轴。其作用是将琴弦的一端通过穿弦孔绕在弦轴上,在调音时转动弦轴来提高(拧紧)或降低(放松)琴弦的张力,达到调整音高和稳定音准的目的。弦轴应能承载琴弦的拉力,在弦轴板强大握钉力的作用下扭转时不得出现弯曲变形。
  弦轴通常采用45号钢制成。直径为6.75mm-7.25mm,弦轴直径的大小与扭钉力的大小有直接关系。在轴孔与轴配合不变的情况下,轴径越大,握力越大,但握力过大会给调音造成困难。弦轴分外露和内埋两部分。外露部分是四棱锥体,锥度一般1:10-1:7.5,在锥体上有穿弦孔,便于琴弦缠绕。弦轴的埋入部分是国际通用的多头螺纹,要求螺纹规整,螺纹头数一般5-7头,这样有利于调音时的微调。弦轴表面螺纹的加工方法有三种,分别是搓丝、滚丝和挑丝。以搓丝法生产的弦轴,在钉入弦轴板而不张挂弦时,倒、顺旋转的阻力矩基本一致;在张紧弦后由于弦的拉力,在逆时针旋转时手感偏松。用滚丝和挑丝加工的弦轴,由于在进刀时纹牙的表面光洁度不同,倒转时阻力大于顺转,张紧弦后手感倒与顺基本趋于一致,更有利于音准的稳定。无论采用哪种方法加工的弦轴螺纹,只要其倒退旋转的拉力能大于琴弦拉力的50%,就不会对音准稳定造成影响。好的弦轴更有利于长期音准的稳定,因此,在弦轴的选择上应给予足够的重视。
  三、弦轴木圈
  弦轴木圈即弦轴与铁板之间的木圈。弦轴在琴弦张力作用的情况下,有倾斜和转动的趋势,而保持弦轴处于平衡状态的外力则来自于弦轴木圈和弦轴板。弦轴木圈的直径为10.5mm,长度为8mm-14mm(由于所安装的铁板的厚度不同,有多种规格,需要根据铁板的厚度选用合适木圈种入铁板弦轴孔内),材料为色木。色木横纹受压,其所承受的最大压力为3.28N/cm2。它与弦轴的关系类似于螺钉与螺母,木圈在弦轴没有受钢丝张力的情况下已被严重压缩,壁厚压缩率达11%左右,壁厚方向上已相当密实, 因此在钢丝张力作用下,木圈下侧进一步受压,但压缩变形在理论上不宜再有,故木圈壁厚宜小不宜大。如果色木木圈材质密度小,其横纹绝对压缩量增加,这样,弦轴一旦受琴弦张力的作用,木圈就会因进一步压缩而无法支承弦轴,这样就致使支承弦轴的力严重向弦轴板转移,导致弦轴板内应力成倍上升而出现开裂现象。因此木圈的选材显得极为重要。
  四、钻孔直径
  我们都知道为保持弦轴有足够的握钉力,一般都要求弦轴与轴孔必须是过盈配合,过盈量越大,回转力矩越大。选择合适的过盈量对钢琴音准稳定性至关重要,因为过盈量小,回转力矩就小,即握钉力小,不能保证音准的稳定性;但过盈量过大,回转力矩太大,会给调音造成困难,更重要的是,过大的过盈量,会使弦轴在压入过程中由于过度挤压而破坏弦轴孔壁处的纤维组织,弹性减弱,反复拧几次后握钉力就会降低,从而影响音准的稳定性,因此,我们应该选择合适的过盈量。而过盈量的大小选择也不是固定不变的,需要根据弦轴板材质和环境条件等因素的不同而不同。弦轴孔钻孔通常要准备几个不同直径规格的钻嘴进行配钻(如选用直径为6.1mm或者直径为6.2mm、6.3mm等多种直径的钻嘴)。通常的做法是分别在不同的音区钻若干个弦轴孔,然后分别种入弦轴,再进行扭矩测试,如扭矩不符合标准,则应调整钻嘴直径,直到扭矩符合要求为止。
  五、环境的温、湿度
  钢琴生产中,虽然对木材都进行干燥处理,但由于处理的方法或程度不同,仍不能避免温、湿度的变化对木制品的影响。空气中温、湿度的变化,会改变钢琴中木材的含水率,使弦轴板、弦轴木圈等木材因吸收或释放水分而产生变化。如在气候干燥的环境下,弦轴板和弦轴木圈会过度收缩,从而握钉力下降,导致弦轴松动,钢琴的音准被破坏。木材的含水率与温度、空气相对湿度之间存在着一定的相互关系。如下表:

相对湿度(%) 木材平均含水率(%) 20 6.5 6.0 5.5 5.0 4.0 30 8.0 7.5 7.0 6.5 6.0 40 9.0 8.5 8.0 7.5 7.0 50 11.0 10.5 10.0 9.5 8.0 60 13.0 12.5 12.0 11.5 10.0 70 15.0 14.5 14.0 13.5 12.0 80 18.5 18.0 17.5 17.0 15.5 90 24.0 23.0 22.5 22.0 20.5 温度(℃) 0 10 15 20 40


  从表中我们可以看出,如果冬季室内温度达到20℃左右时,相对湿度在20%,木材的含水率为5.0%。 到了温度同样是20℃的夏季,空气的相对湿度如果达到60%,那么,木材的含水率将达到11.5%。可见,同样温度下的不同季节,空气中的相对湿度不同,木材的含水率会发生很大的变化,使木材产生膨胀现象。经过夏季这一段时间后,空气湿度又回到冬季的状态(在没有采用任何措施的情况下),木材的含水率又发生变化,使木材发生了收缩的现象。木材的这一膨胀与收缩,必然会引起湿胀干裂的变形现象的发生。
  影响握钉力的因素是多方面的,除上述五点关键因素外,还与加工过程中弦轴孔的钻孔角度、轴钉内埋深度以及工人的熟练程度等因素有关。要保证弦轴获得适当、可靠的握钉力,保证钢琴具有良好的音准稳定性,我们必须把每一个环节的工作做精做细。
 

 

 

 


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