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浅谈立式钢琴键盘联动机械的工作原理

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一台钢琴弹奏时要能发出和美悦耳的声音,弹奏性能是其重要指标,而键盘键子的行程、负重等指标及键盘联动系统又是影响钢琴弹奏性能、手感的重要因素。

当弹奏者用手指按下琴键前端时,装有顶柱(卡定)的后端就向上翘起,从而把联动杆抬起,通过联动作用使弦槌打在弦上。键子下沉的深度,即所谓的行程,在立式钢琴中的标准尺寸一般介于9到11毫米之间。弦槌行程的尺寸,即从弦槌头部到击弦点的距离,大约是48到50毫米,也就是比键子行程大4倍。弦槌行程与键子行程之间的比例为5:1,这是钢琴键盘机械结构设计的基本准则之一。

为了发音,必须使弦槌在敲击后立即离开弦。假如弹奏者把键子按下去并在若干时间内不抬起来,从而使顶杆把弦槌紧压在弦上,那么弦的振动就会被弦槌压制住。为避免上述情况,现代钢琴在顶杆凸出体的上面装有调节器,使弦槌在击弦后立即退回。顶杆在一定的运动力矩中,凸出体会抵在调节器上,当再升高时,顶杆就围绕自己的轴反转而脱出凸轮插口。顶杆与调节器之间的距离愈短,那么顶杆脱出凸轮插口就愈早。这个距离可以用调节器上的螺钉来调整。顶杆脱开凸轮后,弦槌靠惯性继续运动,在击弦之后立即弹回。这样,依靠调节器的帮助,弦的振动就不会被弦槌压住了。当弦槌在顶杆脱开靠惯性继续动作时,它的自由行程尺寸在现代键盘机械中一般是3毫米左右,增加这个行程的尺寸,就会使顶杆更早地脱开,这样就会减弱弦槌的击弦力;而缩短这一尺寸就容易造成推杆把弦槌压在弦上的情况。

弦槌在强有力地击弦后,就以较大的速度退回,如果不加抑制,弦槌在弹回后又会自己重复打在弦上,有时甚至会自行来回打好几次。为了使弦槌在击弦后返回途中就停住,就需要在联动杠杆上装上挡接木。挡接木和凸轮尾枕接触,它把尾枕托住,就使弦槌停住。要弦槌在什么时候停住,可以靠弯曲挡接木下边的铁丝杆来调整。弦槌从击弦点返回到停住时的距离,应该相当于全部行程的1/3到1/2。

良好的振奏,即能够在同一音弦上迅速重复敲击,取决于顶杆能不能迅速地返回原位。立式钢琴键盘机械每秒钟至少要能够传送八次敲击,在这样快速敲击下,键子会由于本身惯性而来不及返回原位,特别是弹奏者反复击键时,往往是当键子最多只处在回程的半途时就又弹下去。因此,这就要求键子在回程的半途中,顶杆就应返回原位,准备做重复敲击。顶杆是在弹簧的作用下回到凸轮插口里去的,弹簧的弹性愈大,顶杆返回原位的速度就愈快,但是在顶杆脱开时,弹簧弹力大就会使键盘机械的静阻力大为增加,这是极不合乎理想的。因此,这就要把弹簧的弹性设计控制在最适宜的数值范围内。

在立式钢琴的机械中,键子的后臂总是比前臂要重一些。键子后臂做得较重的必要性可以解释为:在踩下左踏瓣时,靠活动关节的帮助把弦槌枕木抬起,从而所有的弦槌都会稍微向弦靠近一些。这时凸轮把攀带拉紧,并把联动杠杆拉起,结果就在顶柱与联动杠杆之间形成一个2.5到3.0毫米的间隙。如果键子前比后端重的话,那么键子前端就要下沉,键子行程的标准值(键子下沉深度)就会被破坏,因此键子后端总要做得比前端重一些。当踩下左踏瓣后再按键子时,键子在开始要空着走一部分行程,只有当顶柱升高到抵住联动杠杆下部时,才开始把联动杠杆顶上去,然后推动弦槌。由于键子空行了一段行程,弦槌与弦之间的距离缩短了,弦槌的速度也变慢了,因而敲击力就减弱了。制音器是在联动杠杆升起时开始工作的,当联动杠杆升起时,勺钉就推动制音杆,使制音器在弦槌击弦之前完全离开弦。当联动杠杆回程时,制音器又回落到弦上,压制住弦的振动。

键盘的手感与键子下沉深度及键子下沉负重这两个重要的指标相关,也有设计者根据欧、亚洲人种身材的差异而设定不同的指标。在平时钢琴制造过程中,也对这指标进行严格测定和统计分析。

通过对数据的分析,一方面使每台钢琴达到设计的要求,另一方面不断改良,提高品质,在设计上提供客观数据依据。

 

 


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