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论钢琴弦轴与弦轴板的合理配置

发布日期:2017-05-17  来源:律动钢琴网  作者:翟其敏  浏览次数:6147
       在钢琴调律与维修工作中,经常会碰到弦轴松旷稳不住音或弦轴过紧有“跳进”的情况,无论新琴亦或旧琴,无论杂牌亦或名牌,这让调律工作难以顺利进行,常须花费大量时间来进行改善或维修。就弦轴松旷而言,如果碰到个别松旷情况,可以即时修复;如果是大批量的,那么钢琴基本处于报废阶段了,除非是花大代价进行相关处理。弦轴过紧有“跳进”,微调就会有阻滞,影响调律进度。钢琴这些情况是什么原因导致的,应该如何解决,如何才能提高钢琴制作的品质和维持钢琴良好的音准,本文就目前常用弦轴与弦轴板的合理配置及影响因素进行阐述。
一、弦轴
(一)弦轴的工作原理
       弦轴是用于稳固琴弦和调整音律的金属销,栽在弦轴板上,调音时通过转动弦轴来提高或降低琴弦的张力以达到一定的音高,弦越紧音高越高,弦越松音高越低。弦轴是钢琴调修师调准钢琴音律的关键所在,它的持音性决定了钢琴的价值,如果音准都无法保证,那么钢琴的弹奏性能调整得再好也是多余,一架无法维持音准的钢琴对于演奏来说毫无价值。
(二)弦轴的制作
       弦轴承载了琴弦的拉力,调音时须转动弦轴来达到相应音高,所以弦轴须耐磨硬度高,扭转时不应出现弯曲变形,一般采用优质碳素结构钢丝(GB3206-82)中的45号钢制成。新琴弦轴直径一般在6.8-7.0mm, 7.1mm以上的弦轴一般用于修理钢琴长期使用后弦轴松旷。弦轴长度在65-70mm,一端呈四棱锥体,锥度一般为1:10-1:7.5,锥体上有穿弦孔,琴弦一端通过穿弦孔绕在四棱锥体上,利于稳定音准;一端是纹路清晰规整的多头螺纹,螺纹头数在5-7头,这种多头螺纹由于纹牙表面光洁度不同,与弦轴板配置时有一定的摩擦力,利于调音时的微调。
       每一个弦轴都会承载对应琴弦的拉力,大约每个弦轴承担150斤。在这么大的拉力下,想要挂住琴弦,弦轴不松动,弦轴下端多头螺纹与弦轴板间就必须有极大的摩擦力。弦轴安装在弦轴板后要满足倒退旋转的拉力大于琴弦拉力的50%,否则就会产生弦轴松旷的现象。弦轴螺纹要具有高精度和光滑度,并且要均衡,其精度的误差会使保持力不均衡而容易走音。

图为弦轴置入弦轴板的状态。
       弦轴通过其与弦轴孔壁的摩擦力来张紧琴弦,该摩擦力称为回转阻力矩,弦张力增大,回转阻力矩也相应增大。弦轴的扭转力矩是钢琴质量好坏的重要标志之一,弦轴的扭转力矩要大于1.3kN·cm,可用扭矩扳手测量。但是并不是弦轴的扭转力越大就越好,如果过大会给调律带来困难,甚至会扭断弦轴。弦轴的扭转力矩是由弦轴板的硬度、弹性、含水率和弦轴孔钻头质量等多项因素决定的。
二、弦轴板
(一)弦轴板的工作原理
       弦轴板装在铁支架甲板的后面,用来稳固弦轴,同时与木背架主体牢固地胶装在一起,也对钢琴背架结构的稳定起着重要作用,并同铁支架一同承受琴弦的张力。弦轴板由若干层山毛榉、色木等硬木制成的薄板按木材纹理横竖交叉排列再经过热压粘合在一起,使弦轴多头螺纹一端在弦轴板孔内四周都有轴向纤维支撑,一般具有150kg以上的握钉力,保证了钢琴音准的稳定。握钉力的大小取决于木材的种类、含水率、密度、硬度、弹性、纹理方向、钉子的形状及其与木材接触面的大小等。
       弦轴板固定着220多根弦轴,而220根有着近20吨张力的琴弦都靠弦轴来张紧,弦轴板须支撑这一张力,如果在张力作用下,弦轴有松动或弯曲现象,就会破坏钢琴音准,所以弦轴板须具有较好的握钉力、较强的抗压强度、较好的弹性、耐摩擦、不易变形等特性。
(二)弦轴板的制作
       弦轴板在钢琴制造的早期,通常是用山毛榉、色木等密度大、纤维致密的整木来制作的,不过这样制作的弦轴板在不同气候变化情况下,切向受力容易开裂,且易弯曲变形,处理不当的弦轴板还会出现木质腐烂,从而导致弦轴松动无法持音。后来人们改用几层实木板根据横竖纹理的胶合,一定程度上解决了弦轴板易裂的缺陷。而随着技术的发展,多层薄板的出现进一步提高了木材的利用率,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,被广泛采用。多层薄板所制的弦轴板在厚度一定的情况下,最少要3层,最多不应超过21层,目前市场上大多数钢琴弦轴板层数为19层,从上至下每一层的密度和重量逐渐递增。 

图为制作弦轴板的多层板材。
       弦轴板的弦轴板长约140cm,宽约20cm,厚度在3-3.5cm,含水率在6-8%,上下表层拼接必须密实且须横向旋切板,不应有腐朽、开裂、离胶、鼓泡、翘曲、透胶等缺陷。每一层薄板都要按一横一纵粘贴,因为这样木纹是上下交错的,钻入多层板内的弦轴会受到一横一纵四个方向的摩擦力。弦轴板的密度要大于0.76g/cm3,因为在其它条件一样的情况下,弦轴板的密度大,与弦轴之间的摩擦力越大,越能稳定音准;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与弦轴的配合有很大的影响,含水率过高时,易由于干缩造成弦轴孔径加大,使弦轴松动不能保持音准。
       弦轴板多层板材一般用酚醛树脂胶或与此性能相同或更好的粘结剂热压,在胶中加入固化剂氯化铵搅拌均匀,涂胶量为280-330g/m2,涂胶放置5-15分钟后,用热压机以105-135℃的温度,1-1.5MPa的压力热压35-40分钟,组坯时上下左右对正,卸压放置48小时即成型。需注意的是,板材层数越多,胶层就越多,而胶没有弹性,过多就会降低弦轴板的握钉力,影响音准的稳定。
(三)弦轴板的钻孔
       一般而言,弦轴孔比弦轴小0.3mm即可,钻孔的深度大概为40-43mm,最好使用木工钻头,慢速钻进一半时,将钻头提起10mm,使木屑顺畅退出,避免孔壁焦糊。为了加强弦轴的稳定性和抵抗弦的张力,弦轴孔在钻孔过程中要有8-10度的向上倾斜角,即铁板垂直放置时,弦轴装好后要向上翘8-10度。
       弦轴板钻孔时会有几个不同直径规格的钻嘴进行配钻,一般使用直径为6.1-6.3mm等规格钻嘴。当钻好弦轴孔后,分别置入弦轴,然后进行扭矩测试,如扭矩不符合标准1.9-2.0kN.cm,则调整钻嘴直径,直至扭矩符合要求。扭力过大,需更换更大直径的钻头;扭力过小,需更换更粗的弦轴。扭转力矩的影响因素包括弦轴直径与弦轴板孔径的配合,弦轴板的用材及加工后的密度、弹性,弦轴的表面状态及弦轴板孔的加工状态。
三、弦轴与弦轴板的衔接固件——弦轴木圈
       弦轴木圈位于弦轴与铁板之间,分担弦轴对弦轴板的压力,一般采用硬木色木来制作。弦轴木圈和弦轴板一定程度上可以保持置入的弦轴处于平衡状态,不易倾倒歪斜。弦轴木圈的直径在10.5mm左右,长度为8-14mm,一般根据铁板的厚度选用合适的木圈置入铁板弦轴孔内。铁板的厚度一般在10 mm,如果孔直径和弦轴直径一样大,则弦轴在弦的拉力下会向下弯曲,转动时会碰到铁板孔边沿,伤及弦轴。所以,铁板孔一般比弦轴大些,不过这样又会使弦轴受力部分太长,所以必须要有支撑,而弦轴木圈担当了这样的角色,减少弦轴受力变形度。弦轴木圈承受的最大压力为3.28N/cm2,所以弦轴木圈壁厚宜小不宜大。如果木圈材质密度小,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撑弦轴,这样就致使支撑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。因此木圈的选材极为重要,要有足够的强度,这样可以增加轴与孔壁的摩擦面积,适当加大轴径就可以使得弦轴松紧适度,调起来轻松。此外,弦轴木圈置于弦轴与铁板之间,还可以封闭铁板孔间隙,保护弦轴板不受湿气的侵蚀。
四、弦轴与弦轴板的配置
       弦轴与弦轴板采用过盈配合,并且是高精度配合。过盈量在1.2-1.3mm左右,扭转力矩不低于1.3kN.cm。过盈量小,回转力矩就小,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,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。过盈量的大小选择不是固定不变的,需要根据弦轴板材质和环境条件等因素的不同而不同。弦轴与孔的过盈量与弦轴板木材的密度、硬度、弹性和含水率等因素有关。
       弦轴表面的螺纹对弦轴力矩的影响也会影响弦轴与弦轴板的配置。若弦轴表面的螺纹过于尖锐,在弦轴转动时就会切断弦轴板孔壁的木材纤维,弦轴不久就会松动,若弦轴表面螺纹过于平滑,弦轴转动时静阻力就会加大,弦轴就不能顺畅地转动,调律时转动弦轴就会发生“啪啪”响声的“跳进”现象。若弦轴板密度较大,弦轴在孔内不能顺畅地转动,也会出现“跳进”现象,使调律时微调无法进行。
       温湿度对弦轴与弦轴板的配置也有一定影响。温湿度变化,会改变钢琴中木材的含水率,使弦轴板、弦轴木圈等木材构件因吸收或释放水分而产生变化。湿度过高,弦轴板和弦轴木圈等木质构件会吸湿而膨胀;湿度过低,弦轴板和弦轴木圈会过度收缩,导致弦轴松动。木材膨胀与收缩,会引起弦轴板与弦轴木圈湿胀干裂等变形现象。
       另外,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也关系到弦轴与弦轴板的合理配置。
五、弦轴松动的处理方法
       弦轴松动大致可分为大多数松动和个别松动,如果是个别松动的情况则可以进行简单的更换。如果是大多数出现松动,就需要在更换弦轴上耗费大量时力,如果是弦轴板老化腐朽的话,就要更换弦轴板。
(一)弦轴个别松动处理方法
1、在弦轴孔内加入木片
       用调律扳手将弦轴倒退一圈,用螺丝刀挑出穿弦孔中的弦头,将取下旧弦,不要破坏弦圈,再用扳手将弦轴全部退出来,用0.2-0.3cm厚的硬质横纹刨花或薄木片放入弦轴孔内,对正弦轴孔,用锤子和弦轴冲子将轴敲入轴孔内,弦轴螺纹外露3mm,将弦圈套入弦轴,再将弦头穿入穿弦孔内,将弦轴紧至琴弦基本拉直,用改锥挑住弦圈再度紧弦,若挑不起来可将弦轴松一下再挑,再用将轴敲进至看不到弦轴螺纹,观察弦轴高低是否一致。需注意的是,加入的木片不宜过厚,否则会将弦轴孔弄坏。处理完成后最好调两遍音,隔一周再调音一次,这样可以较好的稳住音准。
2、更换新弦轴
(1)换新弦轴使用旧弦
       按在弦轴内加入木片的方法退出弦轴,不同的是取合适的新轴(通常比原轴直径大0.2mm)重新置入,置入方法也与前述方法相同。
(2)换新弦轴使用新弦
       按前述方法将弦轴与弦取出,取合适的新轴,用锤子和弦轴冲子将轴敲入轴孔内,弦轴螺纹外露3mm,将琴弦拉直至弦轴处,在弦轴以上留出80mm左右(通常人四个手指宽度),多余部分剪断。在琴弦上端7mm处向右折成小于90度的弯头,将折好的弯头穿入穿弦孔,用调律扳手顺时针旋转弦轴,弦圈应排列紧密无间隙,张紧琴弦后,用螺丝刀和锤子将弦下部的环扣敲实,弦轴上折弯处用钳子夹紧。后续调音与第一种处理方法相同。
(二)弦轴大部分松动处理方法
1、换新弦轴使用旧弦
       取下压弦条,先将中高音区的压弦条螺丝松开,每个螺丝先逐次松一圈,然后再将压弦条螺丝逐个取下;用调律扳手将弦轴退一圈,挑出弦头,将旧弦按顺序放置一旁待用,不要破坏弦圈,然后逐个退出弦轴;置入弦轴与琴弦同前述方法;将压弦条圆弧面清理干净后按原弦放好,螺丝对正原孔眼,逐个拧紧,不要先将某一个螺丝拧得过紧,注意观察压弦条将弦压低于弦枕约3mm,压的深浅与压弦条至弦枕距离有关,成12-15度角为宜。注意,退压弦条螺丝时要用力压住螺丝,不然会损坏丝口;压弦条全部拧紧后应以直尺测量是否平直。后续调音与第一种处理方法相同。
2、换弦轴使用新弦
       该方法请结合前述方法处理。
3、更换弦轴板
       更换弦轴板的维修费用相对于重新购琴而言过高,而且也有一系列副作用,钢琴声学性能与持音性能也会有所下降。
       更换弦轴板要将所有的弦轴松开,取下所有琴弦、弦轴、铁板螺丝,铁板取下后注意铁板垫圈要按原数量、位置标记放置。旧弦轴板取下后,要将背架修平,余胶清理干净,用硬木削成圆柱形涂乳胶后置入背架原螺丝孔并修平,因为重新装置的铁板与原孔不可完全吻合。新弦轴板放好后要注意是否平整,胶合面必须严密,以0.1-0.2mm薄铁片不能插入为合适,如有缝隙或不平整,须修平。之后,背柱、弦轴板双面涂乳胶,位置放好后用打卡子卡牢,静置24小时。然后试装铁板,待铁板上好后对弦轴板钻孔,再重新装配所有部件。
       以上方法,重新置入弦轴后,要与安装前弦轴的高矮、缠绕琴弦圈数,缠绕琴弦的紧凑度一致。
六、弦轴过紧的处理方法
       弦轴紧一般而言只要稳住音而不影响调音或导致弦轴变形,就可以接续使用。如果过紧,就有可能导致弦轴折断,这是就要更换弦轴。这时,可用专用的退销扳手来取出断轴,再装置合适的弦轴。如果断轴过短无法置入退销扳手,可以挫平断口,用3mm左右钻头垂直钻穿弦轴,再换比原弦轴直径小2mm的钻头沿原钻口钻下去,当钻透时弦轴周围开始出现烟雾或弦轴跟着钻头转时,轻提钻头,就可将断轴取出。之后,再置入合适的弦轴。
七、结语
       随着技术与人们审美能力的提高,钢琴制造将会更具科学性与艺术性,相信在钢琴制造人的努力下,弦轴与弦轴板的设计与制造技术也会愈加完善,从而提高钢琴的声学品质,使钢琴的音响效果更加优越。

 


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