鋼琴弦軸漫談之二

金先斌

【摘 要】 介紹鋼琴弦軸的變形及其與回轉(zhuǎn)阻力矩的關(guān)系，從而得出改進(jìn)國產(chǎn)鋼琴弦軸松緊的措施。

【關(guān)鍵詞】 鋼琴弦軸；調(diào)音扳手；變形幅度；回轉(zhuǎn)阻力距

文章編號： 10.3969/j.issn.1674-8239.2014.08.011

A Talk about Piano String Axis （Part 2）

JIN Xian-bin

（Beijing Heintzman Piano Co.，Ltd， Beijing 101111， China）

【Abstract】This writer introduced the deformation of piano string shaft and its relationship with rotary torque， thus concluded the measures to improve elastic of the domestic piano string axial.

【Key Words】piano string axis； tuning wrench； deformation extent； rotary resistance moment

鋼琴是以弦為音源的樂器，是少有的需專業(yè)調(diào)律師負(fù)責(zé)調(diào)律的樂器。由于鋼琴琴弦張力較大、弦軸較緊，需使用專用工具，因此，駕馭工具成為核心技術(shù)。

調(diào)音扳手之所以難以駕馭，是因?yàn)榘岩粽{(diào)準(zhǔn)之后放開調(diào)音扳手，音準(zhǔn)就有變化，其變化的原因是弦軸的彈性變形。本文中，筆者將就弦軸的彈性變形加以解析，提出利用弦軸變形調(diào)音的方法以及改進(jìn)弦軸變形的措施。

1 弦軸的變形

弦軸是以弦為音源的樂器的基礎(chǔ)部件，是纏繞琴弦、用以調(diào)整音高的重要零件。弦軸通過軸與軸孔壁的摩擦力來張緊琴弦，該摩擦力稱為回轉(zhuǎn)阻力矩。弦張力增大，回轉(zhuǎn)阻力矩也相應(yīng)增大。當(dāng)弦張力很大、阻力矩亦很大時(shí)，弦的張力就產(chǎn)生了對弦軸的切向力（橫向力或稱剪切力）。

在所有以弦為音源的樂器中，鋼琴琴弦的張力最大，總張力近30 t，每根弦的平均張力超過90 kg。當(dāng)然，每臺鋼琴有220多根琴弦，因型號不同，弦的數(shù)量和張力略有不同。鋼琴的弦軸采用鋼軸，不僅張力大，軸的回轉(zhuǎn)阻力矩也較大，因此，調(diào)律時(shí)必須使用有加長手柄的專用工具——調(diào)音扳手。為了操作方便，將扳子頭一側(cè)的木柄加長，這就使得在扭轉(zhuǎn)弦軸時(shí)必然先產(chǎn)生對弦軸的切向力，當(dāng)弦軸克服了切向力才開始轉(zhuǎn)動(dòng)，使琴弦被張緊或放松，使音升高或降低。本文要研究的即是弦軸受切向力而變形的問題。

在巨大的弦張力和軸的回轉(zhuǎn)阻力矩的雙重切向力作用下，軸的變形是不可避免的。但軸過緊時(shí)產(chǎn)生的軸的較大變形則是有害的。一則調(diào)音困難，有時(shí)會造成弦軸折斷。二則弦軸過緊會造成軸孔壁的木材纖維被過度擠壓破碎而失去彈性。從鋼琴的生產(chǎn)制造方面來看，過緊的弦軸是低檔琴的標(biāo)志，若琴軸的松緊都不能把握，其制造水平更是可想而知。

鋼琴的弦軸以低碳鋼制成，直徑為6.8 mm，軸的長度為65 mm，其中，42 mm載入鐵板，外露23 mm。外露的部分中，端頭以下的15 mm用以穿弦孔和調(diào)音的方頭，其余8 mm為繞弦和調(diào)弦圈所用。調(diào)音時(shí)，弦的著力點(diǎn)即在琴弦纏繞處。有人指出扭轉(zhuǎn)弦軸時(shí)應(yīng)存在“扭曲”變形。事實(shí)上，盡管弦的回轉(zhuǎn)阻力矩達(dá)到100 kg，但直徑6.8 mm的鋼軸，在長度僅8 mm的前提下，即使理論上存在扭曲變形，也是微乎其微，對音高不會產(chǎn)生影響。因此，弦軸受切向力壓迫而產(chǎn)生變形的部分并不是弦軸外露在鐵板以上的部分。切向力作用在弦軸上，使弦軸彎曲變形的著力點(diǎn)應(yīng)為鐵板木圈以下、弦軸板以上的部位。

弦軸產(chǎn)生的切向力，主要來自琴弦和調(diào)音扳手所放的位置。琴弦對軸的拉（張）力所形成的切向力是不變的，主要問題是軸過緊。軸的松緊與軸所受的切向力大小成正比，當(dāng)軸的回轉(zhuǎn)阻力超過150 kg或更大時(shí)，軸會折斷就不是個(gè)別現(xiàn)象了。

調(diào)音扳手所放位置可有三種選擇，如圖1①所示。以調(diào)立式鋼琴為例，當(dāng)扳手手柄放在時(shí)鐘“9點(diǎn)”位置時(shí)，若想提升音高，軸需作順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，此時(shí)，弦軸所受切向力為“向上”的力，而琴弦拉（張）力所形成的切向力總是“向下”的。兩力相抵消，弦軸所受的切向力就很小，軸的變形相應(yīng)也很小。當(dāng)將扳手手柄置于“9點(diǎn)”處，降低音高時(shí)，切向力是“向下”的，琴弦拉（張）力也是“向下”，似乎形成有些人說的“壓線軸”。實(shí)則不然，因?yàn)橄业睦◤垼┝Σ粫馆S旋轉(zhuǎn)、扳子向下，弦的拉力加上扳子的切向力，只要超過軸的回轉(zhuǎn)阻力，軸即會轉(zhuǎn)動(dòng)，使弦軸受扳手施加的切向力很小。反之，將扳子置于“3點(diǎn)”位置，提升音高時(shí)，弦從軸的左側(cè)向下拉，扳手從右側(cè)往下壓，達(dá)到軸轉(zhuǎn)動(dòng)提升音高的目的。此時(shí)，軸必須承擔(dān)左右兩側(cè)同時(shí)施加的切向力，不但不可能實(shí)現(xiàn)軸的微調(diào)，而且軸稍緊必?cái)酂o疑。由于三角鋼琴是水平放置，弦的拉力在軸的右側(cè)，所以，調(diào)律時(shí)扳手使用的角度與立式琴對弦軸受切向力的方向完全相同，由此可得出這樣的結(jié)論：若以為調(diào)三角琴用右手持扳子是正確的，則只能承認(rèn)調(diào)立式琴用左手扳子是正確的，所以，調(diào)律師應(yīng)該左右手都能持扳手。使用右手將扳手置于“12點(diǎn)”的位置，似乎左右運(yùn)轉(zhuǎn)扳手都對軸無害，哪個(gè)方向都不會對軸施加重疊的切向力，無疑是好方法。但調(diào)三角琴時(shí)，除了調(diào)最高音身體轉(zhuǎn)到側(cè)面去，調(diào)其他音則不能將扳手置于“12點(diǎn)”位置操作。

2 軸的變形與阻力矩

根據(jù)分析可得出以下結(jié)論：軸的變形幅度與軸的回轉(zhuǎn)阻力矩成正比，即阻力矩越大，軸的變形越大；軸的變化越大，音越難調(diào)，音準(zhǔn)穩(wěn)定性越差。

弦的回轉(zhuǎn)阻力加大（軸很緊）、軸的變形加大，原因在于鐵板木圈強(qiáng)度弱，弦軸受切向力向一側(cè)傾斜時(shí)，木圈的一側(cè)被壓縮而形成軸的彎曲變形。由于鋼軸的彈性，一旦放開扳手、變形恢復(fù)，之前調(diào)準(zhǔn)的音一松手又“跑”了。如此看來，降低軸的緊度即可解決問題。但弦軸保持一定的“緊度”是必要的，否則音準(zhǔn)就難以保持。這就產(chǎn)生了兩個(gè)問題：一是軸的松緊度多少才適當(dāng)；二是在適當(dāng)松緊度前提下，如何盡力減少因軸受切向力影響的變形。endprint

弦軸適當(dāng)?shù)幕剞D(zhuǎn)阻力早已有成熟的實(shí)踐和理論數(shù)值：當(dāng)弦的最大張力為150 kg～160 kg時(shí)，回轉(zhuǎn)阻力矩約為100 kg～110 kg。其計(jì)算公式②為：

（1）

式中：

M 表示回轉(zhuǎn)阻力距；

F 表示弦張力；

D 表示弦軸直徑；

d 表示琴弦直徑；

s表示系數(shù)（通常取50%）。

當(dāng)弦張力為160 kg，弦軸直徑為7 mm，琴弦直徑為12 mm時(shí)，其回轉(zhuǎn)阻力距即為98.4 kg。

目前，國產(chǎn)琴弦軸過緊，大約源自上世紀(jì)70年代，使用五層薄木板膠合的弦軸板，加工過程受潮，導(dǎo)致弦軸松動(dòng)的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。所采取的措施，即加大弦軸的過盈量（軸徑大于孔徑的配比）。由于五層軸木板彈性較大，取得了很好的效果。1980年以后，普遍采用進(jìn)口多層膠合板的工藝，熱壓時(shí)含膠量大，木材不易受潮，但木材彈性下降，且未及時(shí)調(diào)整軸與孔的配比。另外，有人認(rèn)為新琴弦軸過緊，經(jīng)幾年調(diào)律會磨損，孰不知調(diào)律對軸板孔壁的磨損微乎其微，完全可忽略不計(jì)（實(shí)驗(yàn)報(bào)告見本刊2014年第2期《論鋼琴弦軸的松緊》一文）。

3 改進(jìn)措施

上文講到軸的變形主要源自鐵板木圈強(qiáng)度不夠，但目前木圈的生產(chǎn)工藝和用料不可能使其強(qiáng)度增加，這就需要從以下方面解決。

筆者參加國際鋼琴調(diào)律師會議時(shí)，曾與某國調(diào)律師交流得知：他們的軸孔配比為6.8：6.6，即直徑為6.8 mm的軸，孔徑為6.6 mm。筆者大吃一驚，就問：“那軸不會松嗎？”，回答曰：“當(dāng)然不會”。經(jīng)思考得知原因如下：若木圈起不到握緊弦軸的作用，軸板與軸的摩擦，除去木圈和弦軸的倒角僅有25 mm，若將木圈進(jìn)行處理，增加其強(qiáng)度，就沒有問題。

增加木圈強(qiáng)度的方法有多種：（1）采用新材料，如工程塑料、木纖維注塑；（2）將木圈進(jìn)行浸膠處理；（3）將現(xiàn)在的鐵板軸孔由10 mm改為9 mm，不要倒角，木圈直徑改為9.5 mm，木圈倒角處向下強(qiáng)壓進(jìn)鐵板。如此，一則將木圈強(qiáng)壓進(jìn)鐵板孔，以增加木圈的密度，再則將鐵板孔徑減小即減少了木圈的壁厚，也就減少了木圈被壓縮造成的軸的彎曲變形量。

加大了木圈的強(qiáng)度，就增加了軸與孔壁的摩擦面積，適當(dāng)加大軸孔徑就可以使得弦軸松緊適度，調(diào)起來很輕松，國產(chǎn)琴的口碑也會大大提高。細(xì)節(jié)決定品質(zhì)。以上這個(gè)不必增加成本的小小改進(jìn)，也許會對提高國產(chǎn)琴的質(zhì)量起到不小的作用。endprint

弦軸適當(dāng)?shù)幕剞D(zhuǎn)阻力早已有成熟的實(shí)踐和理論數(shù)值：當(dāng)弦的最大張力為150 kg～160 kg時(shí)，回轉(zhuǎn)阻力矩約為100 kg～110 kg。其計(jì)算公式②為：

（1）

式中：

M 表示回轉(zhuǎn)阻力距；

F 表示弦張力；

D 表示弦軸直徑；

d 表示琴弦直徑；

s表示系數(shù)（通常取50%）。

當(dāng)弦張力為160 kg，弦軸直徑為7 mm，琴弦直徑為12 mm時(shí)，其回轉(zhuǎn)阻力距即為98.4 kg。

目前，國產(chǎn)琴弦軸過緊，大約源自上世紀(jì)70年代，使用五層薄木板膠合的弦軸板，加工過程受潮，導(dǎo)致弦軸松動(dòng)的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。所采取的措施，即加大弦軸的過盈量（軸徑大于孔徑的配比）。由于五層軸木板彈性較大，取得了很好的效果。1980年以后，普遍采用進(jìn)口多層膠合板的工藝，熱壓時(shí)含膠量大，木材不易受潮，但木材彈性下降，且未及時(shí)調(diào)整軸與孔的配比。另外，有人認(rèn)為新琴弦軸過緊，經(jīng)幾年調(diào)律會磨損，孰不知調(diào)律對軸板孔壁的磨損微乎其微，完全可忽略不計(jì)（實(shí)驗(yàn)報(bào)告見本刊2014年第2期《論鋼琴弦軸的松緊》一文）。

3 改進(jìn)措施

上文講到軸的變形主要源自鐵板木圈強(qiáng)度不夠，但目前木圈的生產(chǎn)工藝和用料不可能使其強(qiáng)度增加，這就需要從以下方面解決。

筆者參加國際鋼琴調(diào)律師會議時(shí)，曾與某國調(diào)律師交流得知：他們的軸孔配比為6.8：6.6，即直徑為6.8 mm的軸，孔徑為6.6 mm。筆者大吃一驚，就問：“那軸不會松嗎？”，回答曰：“當(dāng)然不會”。經(jīng)思考得知原因如下：若木圈起不到握緊弦軸的作用，軸板與軸的摩擦，除去木圈和弦軸的倒角僅有25 mm，若將木圈進(jìn)行處理，增加其強(qiáng)度，就沒有問題。

增加木圈強(qiáng)度的方法有多種：（1）采用新材料，如工程塑料、木纖維注塑；（2）將木圈進(jìn)行浸膠處理；（3）將現(xiàn)在的鐵板軸孔由10 mm改為9 mm，不要倒角，木圈直徑改為9.5 mm，木圈倒角處向下強(qiáng)壓進(jìn)鐵板。如此，一則將木圈強(qiáng)壓進(jìn)鐵板孔，以增加木圈的密度，再則將鐵板孔徑減小即減少了木圈的壁厚，也就減少了木圈被壓縮造成的軸的彎曲變形量。

加大了木圈的強(qiáng)度，就增加了軸與孔壁的摩擦面積，適當(dāng)加大軸孔徑就可以使得弦軸松緊適度，調(diào)起來很輕松，國產(chǎn)琴的口碑也會大大提高。細(xì)節(jié)決定品質(zhì)。以上這個(gè)不必增加成本的小小改進(jìn)，也許會對提高國產(chǎn)琴的質(zhì)量起到不小的作用。endprint

弦軸適當(dāng)?shù)幕剞D(zhuǎn)阻力早已有成熟的實(shí)踐和理論數(shù)值：當(dāng)弦的最大張力為150 kg～160 kg時(shí)，回轉(zhuǎn)阻力矩約為100 kg～110 kg。其計(jì)算公式②為：

（1）

式中：

M 表示回轉(zhuǎn)阻力距；

F 表示弦張力；

D 表示弦軸直徑；

d 表示琴弦直徑；

s表示系數(shù)（通常取50%）。

當(dāng)弦張力為160 kg，弦軸直徑為7 mm，琴弦直徑為12 mm時(shí)，其回轉(zhuǎn)阻力距即為98.4 kg。

目前，國產(chǎn)琴弦軸過緊，大約源自上世紀(jì)70年代，使用五層薄木板膠合的弦軸板，加工過程受潮，導(dǎo)致弦軸松動(dòng)的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。所采取的措施，即加大弦軸的過盈量（軸徑大于孔徑的配比）。由于五層軸木板彈性較大，取得了很好的效果。1980年以后，普遍采用進(jìn)口多層膠合板的工藝，熱壓時(shí)含膠量大，木材不易受潮，但木材彈性下降，且未及時(shí)調(diào)整軸與孔的配比。另外，有人認(rèn)為新琴弦軸過緊，經(jīng)幾年調(diào)律會磨損，孰不知調(diào)律對軸板孔壁的磨損微乎其微，完全可忽略不計(jì)（實(shí)驗(yàn)報(bào)告見本刊2014年第2期《論鋼琴弦軸的松緊》一文）。

3 改進(jìn)措施

上文講到軸的變形主要源自鐵板木圈強(qiáng)度不夠，但目前木圈的生產(chǎn)工藝和用料不可能使其強(qiáng)度增加，這就需要從以下方面解決。

筆者參加國際鋼琴調(diào)律師會議時(shí)，曾與某國調(diào)律師交流得知：他們的軸孔配比為6.8：6.6，即直徑為6.8 mm的軸，孔徑為6.6 mm。筆者大吃一驚，就問：“那軸不會松嗎？”，回答曰：“當(dāng)然不會”。經(jīng)思考得知原因如下：若木圈起不到握緊弦軸的作用，軸板與軸的摩擦，除去木圈和弦軸的倒角僅有25 mm，若將木圈進(jìn)行處理，增加其強(qiáng)度，就沒有問題。

增加木圈強(qiáng)度的方法有多種：（1）采用新材料，如工程塑料、木纖維注塑；（2）將木圈進(jìn)行浸膠處理；（3）將現(xiàn)在的鐵板軸孔由10 mm改為9 mm，不要倒角，木圈直徑改為9.5 mm，木圈倒角處向下強(qiáng)壓進(jìn)鐵板。如此，一則將木圈強(qiáng)壓進(jìn)鐵板孔，以增加木圈的密度，再則將鐵板孔徑減小即減少了木圈的壁厚，也就減少了木圈被壓縮造成的軸的彎曲變形量。

加大了木圈的強(qiáng)度，就增加了軸與孔壁的摩擦面積，適當(dāng)加大軸孔徑就可以使得弦軸松緊適度，調(diào)起來很輕松，國產(chǎn)琴的口碑也會大大提高。細(xì)節(jié)決定品質(zhì)。以上這個(gè)不必增加成本的小小改進(jìn)，也許會對提高國產(chǎn)琴的質(zhì)量起到不小的作用。endprint