钢琴的结构和原理

【专家解说】：　　钢琴，有“乐器之王”的美誉，它以宽阔的音域，丰富的声音层次表现而著称。自从18世纪在欧洲问世后，三百多年来，钢琴的结构由简单到复杂经历了一个漫长的发展过程，它的制作方法，工艺也越来越完善、科学。钢琴在音乐会、酒店、家庭、教室、教堂等各种需要音乐的地方广泛使用。

　　下面针对立式钢琴来介绍一下钢琴音源部分（也称作“共鸣盘”）的原理，它是钢琴众多部件中最重要的部分。共鸣盘分为四大部分，分别是琴弦（弦列）、音板弦码、铁板和背架。

　　1、 琴弦是发声的首要部件，主要材料是钢线，是专门为钢琴和其他弦乐器生产制造的特殊钢丝。早前，曾经使用铁丝和铜丝制作，但其声音太弱、不悦耳，直到19世纪才开始全面使用强度特种钢丝做专用琴弦。此外，琴弦要被调音钉（弦轴）拉紧，弦槌打在弦上才能发出声音，所以每条琴弦都要有一定张力，选材必须要谨慎，不然会造成断弦和出现其他杂音的现象。而弦列是指按一定规律排列起来紧绷在钢琴铁板上的琴弦，琴键对应的弦分别由一条、两条、三条或更多的弦组成，每一组弦的振动频率相同，因此弦列的作用就是在琴弦受不同力度激发琴弦产生振动时，能发出具有固定频率、不同响度、不同音色的音。

　　2、 铁板又称“铁骨”，无论是卧式钢琴还是立式钢琴，其铁板的制作都是最为重要和关键的。铁板是琴弦张力的载体，在设计上应该注意琴弦拉力的分布情况，它主要支撑高达18~20吨的琴弦张力，分传统砂模铸造和真空技术铸造。真空铸造技术是近年来科技发展的结晶，具有铁水分布均匀、无气泡、强度高等优点，一般用在原装钢琴及三角琴上（国内很少使用）。日本品牌的YAMAHA公司正在使用此技术，效果非常显著。铁板铸造好后，在继续加工前，应特别注意观察有无裂缝，完好的铁板需再进行弦枕位置的校对和铁板上的各个孔位的校对，合格后，再转入外观油漆涂饰。如果铸造不好，铸铁板会因为承受不住琴弦强大的张力发生断裂的情况，因为铁板铸成成品后是很难焊接的，所以断裂铸铁板的钢琴基本就报废了。

　　3、 振动的琴弦发出的声音通过弦马传递给音板，音板再把振动得来的能量辐射到空中。音板主要分实木音板（国外品牌一般都用实木单板，纵向拼接）和多层板（国内品牌95%以上都在用），纵向拼接的实木音板在声学品质上优于横向拼接的多层板，但造价、技术工艺都比多层板高。实木材料优点：根据不同品质木材，传音效果不同，但整体传音效果、音质保持性能优于复合材料；缺点：抗张力、抗温湿度性能较复合板差，但经过严格筛选、成型、干燥处理后（一般选用寒带生长缓慢、密度较大、年轮分布较密且均匀的鱼鳞松、枫木为主要原材料），一样可以保证优良品质，但就是造价及技术要求较高，因此价位高于同型号复合材料钢琴。复合材料优点：抗张力、抗温湿度强，生产成本（材料、技术）较低，价格较低；缺点：传音效果差，音质保持能力差（使用2到3年就会出现不同程度的“回音”，音质下降，这是由于复合音板是横向拼接制造，胶层影响声音传播造成的，因此多层板钢琴只考虑机械质量而不考虑声学品质，一般多做为初学用琴或练习琴），到了钢琴弹奏程度较高时，很多曲目在这种琴上就很难弹奏出“感觉”了。

　　钢琴的弦码是所有乐器中最长的（因为有200多根琴弦通过弦码），分中高音弦码和低音弦码，分布在音板的不同位置，使中高音琴弦和低音琴弦交叉排列。弦码的作用是将琴弦的振动传到音板上，从而扩大琴弦的音量，因此，弦码的品质也是至关重要的。但由于两组弦码在音板上的位置不同，因此两组弦列的张力在每台琴上的分布都不相同，这是造成钢琴中高音弦组与低音弦组经常产生不均匀音质的主要原因，所以买琴最好有几台琴来比较、挑选。对于二手钢琴来说，弦码的检查就更为重要了，码桥承受了几吨的琴弦张力，与音板的胶合处会因为时间或其他原因老化开胶，开胶或错位的码桥会造成音质的较大变化，主要是发生“木音”，影响正常使用，严重的需要大修或直接就报废了！需仔细检查！

　　4、 钢琴的木质支架称为“背架”，立式钢琴和卧式钢琴的背架形状有很大区别，但零件名称相同。背架一般是框架结构，由上梁、下梁、边柱、立柱（中柱）、后背板和把手等组件组成。它是用来支撑来自琴弦约20吨的强大拉力而必须使用的部件，是整个音源部分的“强大后盾”，一般选用针叶树，如红松、白松等软质木材制作。背架使用的木材不能有腐朽、裂缝和较大的木节，为提高利用率，背架用材可采用层压及指接工艺。弦轴板安装在背架和铁板之间，它紧固地支撑着弦轴钉，使琴弦挂上后不会松动并保证钢琴音准的稳定性。

　　这四个部件经过一系列复杂的工序首先将铁板、音板、背架经过一系列工序装配成一整体后，再装上琴弦，然后进行粗调律，再静止，次日再进行反复调律，直到琴弦拉力相对稳定。这样，一个成品共鸣盘就制作出来了。因关系到音色和整体稳定性问题，一些知名品牌的工厂会联合一些经验比较丰富的钢琴制造大师到现场评估。一个好的“音源”能对一台好的钢琴创造出好的性价比，当然也要键盘机械和踏板机械来配合好。