现代钢琴结构从行业标准上来说,共分为共鸣盘、击弦机、键盘、外壳、踏瓣系统和脚轮等六大部件。众所周知,木材是钢琴的主要原材料,整架钢琴约有八千个零件,除脚轮和共鸣盘系统的铁板、琴弦,以及各大部件中的螺丝、弹簧等连接件,整架钢琴均为木材制成。例如:共鸣盘系统中的音板、肋木、音板框、弦码、背架、背板;击弦机系统中有联动器、转击器、制音器、背档、总档;键盘系统中的键子、卡钉座、键盘架;踏瓣系统中的支棍、传动梁;外壳部分中的所有零件,一架钢琴耗原木近1立方米。
木材是一种天然生长的有机体,具有容易加工、质轻强度高、良好的热绝缘和电绝缘性、吸收能量缓和冲击、美观自然等优点;但同时具有湿胀干缩、变异性、腐朽性、天然缺陷和容易燃烧等缺点。木材具有吸湿性,其尺寸会随着其含水率的变化而不稳定,在温湿度变化大的空间中极易产生形状变化,而且干缩率或湿胀率会随着木材纹理方向不同而不同,径向、弦向的干缩率或湿胀率也不同,因此,木材的尺寸和形状都会改变,从而导致开裂、扭曲等弊病;其变异性,不同树种的木材,其性质差异很悬殊,例如密度,这就需要我们了解树种的特性、规定适宜的用途加以利用;同一树种的木材也有相当大的变异性,例如年轮宽度、晚材率和密度等等,同一树种木材,也会因产地、生长条件和树干中的部位不同而有差异;其腐朽性,当木材的含水率低于18%,一般木腐菌是不能寄生于木材的,只有空气占木材空隙体积达到20%以上时,真菌才能生存,而在一定的湿温度条件下,木材容易受到昆虫、真菌等侵害而腐朽。
木材是天然生成的材料,具有很多优点,但从利用方面来看还有不少缺点。上述木材的一些缺陷,对提高乐器质量、降低乐器的成本是有很大影响的。为了保证乐器的质量,必须减除或改变木材的缺陷,使木材更适于加工和提高利用率,使木制零件具有更高的稳定性。虽然钢琴在制造过程中,木材必须经过人工干燥、防腐等科学方法处理手段防止菌类、虫害的侵蚀,通过先进的加工工艺处理制作,使这些缺陷极大程度地得到改进和弥补,但还不能完全的杜绝胀缩性所导致的缺点的发生。无论新钢琴或是旧钢琴的音板、键盘击弦机械性能,都会在不同时期,不同的环境条件下,产生不同程度的变化,且多以触感不良,音准、音色失调等形式表现出来。产生这些毛病的原因很多,除钢琴本身工艺质量问题和人为的损伤外,很重要的一条要数钢琴对环境条件的敏感性了。
我国各个地区的地理环境和气候条件相差悬殊,如我国南方地处热带的海南岛等地区最热的年最大相对湿度达80%~90%之间,而黄河河套地区最小相对湿度仅为5%~10%之间;木材平衡含水率年平均在北京地区室外约11.4%,上海地区约16%,广州地区约15.1%,而且,平衡含水率在不同地区、不同季节、不同月份都是不同的。木材的平衡含水率还与空气状态有关,随空气温度、相对湿度变化而变化,一般来讲,温度越高,平衡含水率越低;相对湿度越大,平衡含水率越高。在同一环境内干燥生材,如果树种不同则快慢也不一样。通常是重的木材含水率较低,百分之几十;轻的木材则高达300%或以上。按干燥的快慢来讲,重的木材往往干燥得慢或不易干燥,容易开裂和翘曲,生材天然干燥一年还不能达到气干状态;轻的木材则干燥得快些。钢琴受环境温湿度的影响变化很大,在运输和使用过程中可能经受各种交变温湿度的严峻考验。我们知道,钢琴击弦机的大部分零部件是木制品,音板也是多块木板拼制而成的。这些木料都是经过科学严格的工艺流程处理,在达到一定的干燥指标后才被使用的。钢琴木材干燥指标规定:含水率应在6%~8%之间。当这一干燥指标与钢琴生产地和使用地的湿度相适应时,钢琴的各项性能才能达到最佳状态;否则,零部件将会因木材的干缩或膨胀翘曲变形和应力不均衡,这将导致钢琴开裂、脱胶等问题。而钢琴最佳的使用环境,应是温度为20℃~25℃,相对湿度为40%~70%。
从多年的钢琴设计、制造工作实践和研究中发现,当木材长时间置于大气中,到一定程度就会达到一个平衡状态,所以,钢琴置于一定的环境中,也会因空气中的温度和湿度到一定程度,达到一个平衡的状态,但前提是木材的干燥指标应满足6%~8%的含水率标准限度。我国南部沿海一带是钢琴的主产地,地区的气候特征,夏季是高温多雨的热带、亚热气候;西北地区的气候特征,常年气温较高,日内温差小,空气湿度大;北方地区属温带大陆性气候,夏季炎热多雨,冬季寒冷干燥、空气湿度低,日内温差大,钢琴经受这种气候条件变化,如果适应性不强,钢琴跟空气环境达不到一个平衡的状态,就会出现零部件变形、脱胶、开裂等问题,甚至造成击弦机结构上的扭曲、错位而不能正常工作,弦轴松旷而无法调音,琴键变形而不能顺利弹奏,音板开裂、脱胶致使出现杂音而影响音色。凡此种种,必然导致钢琴保养修理周期缩短,保养修理成本增加,降低了钢琴价值及使用周期。
改变木材缺陷的办法很多,如对木材进行合理的干燥和储存,即能防止变形、开裂、变色和虫蛀。把木材制成胶合板、细木工板、中密度纤维板等人造板,可使其强度趋于均匀一致。对木材进行防裂防变形处理使其材性稳定,在空气湿度变化时较少开裂变形。用资源丰富价格低廉的木材浸渍塑料单体,聚合成木材塑料复合木以代替质地坚硬、纹理致密、价格昂贵、美观而资源稀少,适合于制造乐器的贵重木材。以上各种方法统称为乐器木材的改性技术。
干燥木材的方法,可分为自然干燥和人工干燥两大类。自然干燥法又叫大气干燥法,简称气干。自然干燥法投资少、节约能源、成本较低,工艺技术较为简单易于实施。但是,木材的干燥程度受自然条件下的平衡含水率限制,随地区、季节、树种的不同,一般只能把含水率降到10%~20%;而且占地面积大、干燥时间长;同时,气干过程的空气温度、湿度不能人为控制,易导致发生虫蛀、变色、开裂、翘曲等。自然干燥尽管有这些缺点,但仍是木材干燥的主要方法之一。即使有足够的干燥窑,在入窑前先把木材气干到一定程度,也可缩短窑干时间,提高干燥窑的生产效率。乐器用材经过自然干燥含水率还较高,根据技术要求还不能直接用来制造乐器,必须进行人工干燥,使含水率继续降低,达到符合要求的程度。人工干燥就是把木材放在保温性和气密性都很完好的特制窑内,即干燥窑内,用人工控制介质的温度、湿度以及气流循环的方向和速度,使木材在一定时间内达到指定含水率的一种木材干燥方法。人工干燥法可以把木材干燥到任何程度的最终含水率,而不像自然干燥法那样只能干到随当地气候条件而异的平衡含水率。人工干燥法生产周期短,容易保证木材加工全过程的连续性和干燥质量。但是,窑干的基建和设备投资较大,耗煤耗电、成本较高。 胶合板是利用原木旋切成单板,经过干燥、涂胶,按木材纹理纵横交错重叠起来,在热压机上加热而成的一种人造板。胶合板具有强度均匀一致、稳定性高、幅面宽阔及强重比大等优点,在钢琴共鸣盘系统和外壳零件中广泛使用,例如弦轴板和顶盖。细木工板是一种拼板结构,这种结构的木板,不容易开裂和变形,强度比同样厚度的木板要高,并且外表美观。细木工板比厚胶合板耗胶量少,可以充分利用加工剩余物,成本低,是一种良好的结构材料,钢琴外壳零件中盘是使用这种材料最多的零件。中密度纤维板是以木质纤维或其他植物纤维为原料,施加脲醛树脂或其他适用的胶粘剂制成密度在0.5~0.8g/cm的板材。中密度纤维板板面平整光滑、结构均匀、容重适中,适合油漆、印刷等二次加工,具有锯割、刨切、钻孔、开榫和雕刻等机械加工性能,使用方便,省工省料,综合利用率较高,已成为钢琴外壳零件的上乘材料之一,外壳零件中:上门、下门、侧板、侧臂、前键盖、后键盖和下锁档等零件正广泛使用。
综上所述,加强钢琴生产的技术、新材料的开发和管理,利用科学的方法和先进的工艺对钢琴用材作好前期处理,使钢琴适应更多的气候环境,将会令我国的钢琴制造业取得更大的发展。
参考文献:
1、《钢琴木材与涂饰工艺》,邹孝廉、徐守春,董瑾著,中国轻工业出版社
2、《钢琴制造》苏H•A•捷亚柯诺夫著,关肈元、金菊生合译,轻工业出版社