钢琴中的机械原理.docx

钢
琴
中
的
机
械
原
理

学院 机械学院
班级 09师本一
姓名 杨建绩
时间 2012 12.5

钢琴中的机械原理

本文的研究很好的综合了机械和音乐领域的知识,实现了对钢琴机械机构的性能分析,研究了不同参数对音质的影响。研究结果达到了预期期望并有一定的实用价值,为钢琴生产和以后这方面的研究奠定了基础。

接触钢琴，首先映入眼帘的就是那一排黑白相间的键盘，这里也是应用机械原理最多的地方：如杠杠原理、振动、声波的传递等。由于音乐与机械在这里的完美结合，使得钢琴成为当之无愧的乐器之王。
钢琴键盘机械的基本构造 键盘机械由键盘和击弦机组成。
　　打开钢琴的上门,露出被称为“钢琴的心脏”的键盘机械,不甚了解钢琴的人会感到眼花缭乱。的确,由数千零件组成的键盘及击弦机确实复杂。无论从零件的制造工艺还是组装调整,都充分体现了人类智慧的精妙奇巧。
　　钢琴的键盘机械是一个相互作用的杠杆系统。其作用是把弹奏者手指施加的能量传递给琴弦,从而获得声音。在钢琴发展过程中,键盘曾有过一系列的演变和改进。其中最著名的是意大利人B克里斯托夫利1709年的重大革命。其创造的擒纵结构及带小槌的键盘机械沿用至今,在根本道理上,基本没有重大变革。原因大致是其已经能够满足弹奏者的所有表现要求了。
　　对于键盘机械的要求非常严格。因为它必须能够满足演奏者在演奏复杂的音乐作品时的需要。对键盘机械的基本要求：
第一 灵敏度要极强。当演奏者以极快的速度运指时,弹键和发音的时间差应该极短。也就是说,要保证击发琴键的力,瞬间即能够传达到琴弦。演奏者几乎同时听到声音。
　　第二 音量轻重变化自如。所有音乐作品各个部分都规定有音量的变化。演奏者则用改变在琴键上的敲击力度来调节钢琴的音量:轻弹音量小,重弹音量大。因此,键盘机械应该能够按照演奏者的意愿,在指定的音量范围之内,传达出对琴键的不同敲击力量,将力度的微小变化反映在音的强弱上。
　 第三 震奏性能。作品演奏中,经常需要快速地重复弹奏同一个琴键,而且还要求非常清晰。这就要求键盘机械必须有良好的震奏性能。通常,立式琴要求8次/秒,三角琴要求12次/秒。
第四 阻力要适度。演奏者弹下琴键时要习惯地感觉到必须克服键盘机械的一些阻力。而阻力的大小非常讲究:过大易导致演奏者手指疲劳;过小则感觉轻飘,不易控制力度。所以,其阻力应该适度,一般从低音到高音,由重到轻为115克—55克。有一种观点,认为键盘愈重愈好,有助于手指力量的练习。所以,国产钢琴键盘静阻力一般都设定的较重。但不可否认的是,沉重的键盘容易使手指弹奏时疲劳,特别是较长时间的弹奏,更不要说钢琴独奏音乐会。另外,对于孩童来说,沉重的键盘之于其尚在发育阶段的手指来说,必定是一个沉重的负担,也许长时间弹奏这种钢琴,手指将产生变形也未可知。当然,触键较轻的钢琴,不容易把握,但是恰因为此,有利于演奏技巧的锤炼。故目前国产钢琴键盘较重的测定标准,也越来越向较轻的国际标准靠拢。
　　第五 广泛的气候适应性。全球气候类型差异很大,对钢琴键盘机械的要求是,当温度和湿度发生变化时,尽量不变形或少变形,最起码决不能影响弹奏性能。
　　第六 祛除杂音。键盘机械在运动中应该不出现任何杂音。任何磕碰声、吱嘎声都会对演奏产生不良影响。
　　第七 耐久性能。一架钢琴的寿命至少五十至六十年(百年以上的钢琴还在使用的也屡见不鲜),而在长期的使用过程中,键盘机械总是处于受力后的运动状态,故要求其材料和零件结构以及它们之间的相互联结,必须坚固牢靠、经久耐用。否则它将承受不起长期弹奏的要求,以至影响整架钢琴的使用寿命。

钢琴的主要构造除了键盘以外还由以下几部分组成：击弦机、踏板、外壳、机芯。这些部分或多或少都与机械知识有点关系。
击 弦 机
对于钢琴击弦机相当于汽车的发动机，是钢琴的心脏部件，使音源部分的基础之一。击弦机的耐用性和故障率直接影响钢琴的正常使用时间，也就是钢琴的寿命。很多顾客挑选钢琴时只检查钢琴音色和手感，忽略了对击弦机的检查，造成使用中故障不断的结果。
击弦机是由88组机械部件通过机架组装而成，88组机械部件要求排列整齐、运行顺畅、反应灵敏、无杂音。目前，少数厂家使用成本低、奈温湿度、易成形、摩擦力小等优点的高强度尼龙材料做为零部件材料；其他厂家则使用传统的木制零件。
键 盘
踏 板 部 分
立式钢琴的踏板一般有三个：
右踏板：是最常用到的效果踏板——延长音踏板。
中踏板：弱音踏板。踩下后，88个音的音量都会减弱，是为了练琴时不影响周围其他人使用的。
左踏板：效果弱音踏板。是演奏中处理部分弱音的效果踏板。少数品牌的中踏板设计成其他功能的踏板，例如：低音延长踏板等。
外 壳 部 分
立式钢琴的外壳对钢琴的音源和机械分布影响不大，主要起装饰作用。分芯层和表层（一般为漆层）。国外钢琴的外壳芯层材料一般是实木单层板的，少数厂家也用高强度尼龙板或复合板、高密度纤维板代替实木板。国内钢琴基本都用复合板或高强度纤维板。
表层一般为漆层，分亮光漆和亚光漆。
现代的亮光漆一般是由不饱和聚酯树脂、催化剂、蜡水等化学材料按不同比例调配而成的。亮度越高，硬度相对越低；硬度越高，亮度也会相应降低。亮光漆中，以黑色钢琴最为常见。从生产角度上讲，工艺较为简单；从家居角度上看，黑色是传统的钢琴颜色，较易适合周围的颜色搭配。透明漆中的颜色丰富多彩。白色漆生产难度较大，价格也比其他漆贵很多。
亚光漆分古典色和原木色。国外品牌钢琴大多精选天然木料，按照不同树种的颜色、木纹等雕琢、排列而成。国内品牌大都是仿造国外经典钢琴外观设计的，一般都用人造印花贴皮工艺替代成本昂贵的原木材料。表面上也很漂亮，可是存在很多隐患，容易起皮、表面发霉、开胶。两种工艺中，亮光漆较容易修补，亚光漆的补漆工艺较复杂。
机芯分三种：
1、机芯明确标明“made in”：整机在国外原厂生产。
2、原装零件，国内组装：为了降低成本，尽可能减小机芯各部件精密度的损失，提高耐用性，少数厂家在国外原厂完成零件制造工艺，在国内完成零件组装工艺，基本可以保证原厂机芯的精密度和耐用性。
3、原装材料，国内加工、组装：虽然使用了进口材料，但因国内零部件的加工工艺、人员素质（技术水平及工作态度）、工业标准、企业管理等方面跟国外原厂差距较大，生产出的零部件精密度、耐用性跟原装零部件相比差距还是很大的。
很多厂家所谓的“进口机芯”都是国产的，原装机芯上标明了“made in 哪里”。再强调一次：机芯是决定钢琴能否长期正常发音的关键部件，由几千个零部件组成，像汽车发动机；机芯也是影响钢琴琴键触感、灵敏度的重要组件。对于钢琴这种乐器来说，拥有优美的音色的前提是拥有良好的机芯，再好的音色，没有精密、耐用的机芯做基础也是无用的。
可见，音乐与机械方面的知识有着紧密的联系，所以要深刻的了解音乐，必须要知道些许的机械原理，这样才能了解到音乐的真谛。音乐还与其他方面的知识有联系，音乐存在于生活的各个角落里，音乐是无处不在的。