钢琴调律方法研究

钢琴调律方法研究

钢琴调律是科学有效地调整钢琴系统中的弹簧张力，实现正确、稳定的钢琴运动位置。我们研究和探讨调律操作技术与方法,必须首先关注琴弦受力问题。钢琴的张弦结构分为“定位装置”和“压弦装置”两部分,在这两部分装置结构中主要的受力点分别为:弦轴、压弦条、弦枕、弦马和别弦钉、挂弦钉五个部分(如图1所示)。在进行钢琴调律时,对于采用操作技术方式、方法的不同,张弦结构的五个主要受力点的琴弦受力情况则会随之发生不同的改变。在诸多改变中,弦轴部分的受力变化与钢琴调律方法之间的影响关系最为密切。由于弦轴作为调律时施加外力的直接受力部分,当调律者采用不同的操作方式方法对其施加外力时,弦轴部分的受力情况明显不同,进而对音高的稳定性会产生直接的影响。而对于其他四个受力点而言,由于它们并不与外力直接发生接触,因此它们受力的改变与调律操作技术方法(即采用左手持扳、右手持扳或者调高、调低的操作方式)并无很大的关联。在实际调律过程中,弦张力的改变主要是由两个策动外力引起的:一个是弦槌施加在弦上的外力,另一个是扳手施加在弦轴上的外力。因此,本文的讨论的将在这两个范围内进行。一、钢琴优美的骨骼变化分析(一)弦作为弦生长的装置我们知道,当钢琴调律时,弦受迫至少会产生三种形式的振动模式,即横振动、纵振动、扭转振,从而引起琴弦张力的变化。1.弦槌击弦时首先产生横振动。横振动使弦产生与弦体挂置方向垂直的横向位移,如图2—a所示。图中F1是弦槌敲击力,F2是与F1方向相反的回复力。调律过程中,当F1>F2时弦做横向的往复运动,这时弦的受力变化是随着横向位移运动的幅度不同而发生强弱改变,最终当F1=F2时,弦回到新的平衡位置。2.弦槌击弦时同时产生纵振动。弦在做横向运动的同时也在顺着弦体挂置方向产生纵向位移。这是因为当弦受到力的作用做横向运动时,弦的有效长度发生改变,而弦所具有的张弛性要求恢复其变形,因此弦在纵向上进行往复运动,如图2-b所示。图中AB表示弦在受力前的长度,在受力变形后变成AB’曲线,可以看出两条虚线间的对应距离明显变长,说明弦发生纵向振动位移。3.弦槌击弦时还产生扭转振动。当弦槌击弦的瞬间,弦槌对琴弦施加切向的力,迫使琴弦以自身为轴心产生扭转振动。由于其扭转力产生的振动能量很小,所以对音高变化影响很小。4.在产生上述三种振动运动的同时,弦槌与弦贴合在一起共同运动产生一个摩擦力(F摩)。如图2-c所示,当弦槌与弦接触时,由于敲击力大于回弹力(F1>F2),使弦弯曲变形,这时弦槌与弦贴合在一起共同作抛线位移,直到回弹力的分力大于击弦力的分力(F回>F3)时,才使得弦槌脱开琴弦,完成一次弦槌对弦的摩擦运行。由此看来,以上三种振动和产生的摩擦力同时作用于弦使弦张力发生改变,这种变化是调律时要考虑的重要因素。首先要求调律者根据受力变化规律,在微调设置拉幅时要同时考虑弦所具有的张弛性和受力变化的滞后性的影响,将音高调整到“上纯点”的位置;其次是要利用弦受力变化的幅度即击弦力度,对调到“纯点”后音高的稳定性进行修正和检验。(二)轴的等效力分析1.弦张力t与弦张力t的关系弦轴与琴弦的受力关系如图3-a所示。图中m是弦轴露在弦轴板外部的部分,n是弦轴镶嵌入弦轴板内部的部分。在调律之前,弦轴未受到施加外力的影响,即弦轴处于静止的状态时,弦轴的m部分主要是承受着向下方向的弦张力T,而弦张力T与弦的各项参数关系为:f为音高的频率、L为弦长、p为弦密度、S为弦的截面积、d为弦直径,T=f2L2d2p∏/S2(泰勒公式)。同时弦轴还形成一个向左方向扭转的力距M1=T·r,r为弦轴的半径。这时弦轴的n部分则承受着相反方向的回转摩擦力P,形成一个摩擦力矩M2,一般情况下M2≧M1,因此弦轴的内外部分保持平衡处于静止状态,如图3-b所示。2.作用力调律时弦轴将受到至少以下三种主要力的作用:弦拉力T、扳子施加外力F、摩擦力P。在这个过程中,对于弦轴施加外力的调律技术方法不同,即操作的方式(左手与右手操扳)和运扳的方向(拉高与降低音高运扳)不同,使弦轴产生的受力变化情况截然不同。(1)弦轴张力作用的弯力当采用左手进行调律操作时,弦轴的受力情况如图4—b所示。图中,琴弦在外力F的作用下,向拉高的方向运扳时,在X、Y、Z轴的三维方向上产生了三个分力F1、F2、F3;同时产生逆时针方向的弦张力T1和相同方向的摩擦力P1(图4-b)。这时,弦轴在弦张力作用下产生逆时针方向的扭矩M张=T1·r,在F1的作用下产生顺时针方向扭力矩M推=F1·r;同时,向上方向的分力F2产生了一个向上的弯力矩:M弯1=F2·L(L为弦到弦轴板的距离)和向下方向的弦张力所产生的弯力矩:M弯2=T1·L;另外,在调律时所施加的外力F一般情况下很都难理想的与弦处于同一个平面上,当采取左手调律时外力F大都向里(面向弦轴板)有一个倾斜角度,因此,外力F还分解一个向里方向的分力F3。此外,由于弦轴设计是以一定的角度(普通标准是与弦轴板呈约95º)嵌入弦轴板中,所以弦轴在受F力的作用时也分解一个向里(面向弦轴板)方向的微小分力,这个力我们可以忽略不计,故在图4—b中没有标记。(2)y、z轴的三维力学性能相反的,当向调低音高的方向运扳时,弦轴的受力情况如图4—C所示。图中,当在外力F作用下,同样在X、Y、Z轴的三维方向上产生三个分力F4、F5、F6,以及与弦张力T2相反方向的摩擦力P2。同样的,在调律运扳时外力F与弦平面也形成一定的角度,一般情况下,左手持扳调律所作用的外力F稍向外(面向调律者)倾斜,因此F分解一个背向弦轴板的力F6,并且产生两个向下方向的弯力矩M弯3=T2·L和M弯4=F5·L等。(3)运动方向上的弯力采用右手持扳进行调律时,弦轴的受力情况如图5-a所示。图中,当调高音律时,弦轴在外力F的作用下,分别在X、Y、Z轴上分解为三个分力F7、F8、F9,以及与运动方向相反的摩擦力P3。同时在弦张力T3和F8的作用下产生了两个向下方向的弯力矩:M弯5=T3·L和M弯6=F8·L,以及在T3和F7作用下产生了两个相反方向的扭力矩,即顺时针方向的M拉=F7·r和逆时针方向的M张1=T3·r。通常外力F与弦平面形成一个向外(向调律者倾斜)的角度,因此F会分解一个向外的拉力F9。(4)左、右持断线右手持扳调低时弦轴的受力情况如图5-b所示。图中,在外力F作用于弦轴时,产生了一个逆时针方向的分力F10、向下方向的分力F11和向弦轴板方向的分力F12,同时也产生与运动方向相反的摩擦力P4。与右手持扳调高时所产生的弯力矩相同,在弦张力T4和分力F11的作用下产生向下的弯力矩:M弯7=T4·L和M弯8=F11·L。运扳的外力也常常不能理想的与弦保持在同一个平面中,但采用右手持扳调低时往往会有两种情况出现,即:“推扳”和“拉扳”。如果采用“推扳”操作方法时,通常情况下F会分解一个向里方向(面向弦轴板方向)的分力,如图5-b中的F12;如果采用“拉扳”操作方法时,F则会分解一个向外方向(背向弦轴板方向)的分力。可见运扳方法不同,弦轴的受力变化也不同。二、左持双排的方式方法传统的调律技术从大多数人们的操作习惯出发,训练的是右手持扳的方式方法。近年来,在教学和实践中我们逐渐认识到调律操作方法不同(即策动力不同),琴弦会产生不同的受力变化。(一)左、右操身份证的调节作用从上一节的论述中我们看到,右手持扳调高时的情况表明,由于右手调高所需的运扳外力F较大,因此分解的向下的分力F8的值也偏大,由此产生的两个向下方向的弯力矩:M弯5=T3·L和M弯6=F8·L的值也较大,而这两个向下方向较大的弯力矩对弦轴孔的B端(图4-a)造成较大的压力,长期采用此种方法调律就会对B端产生挤压而使之变形,同时,在弦轴板的上端A处也会由于弦轴向下弯曲而产生空隙,使弦轴在弦轴板中上下都发生松动。另一方面,外力F分解的向外方向的分力F9,由于外力F值较大使得分力F9值较大(这个值大于左、右手其他任何情况下在这个方向的分力),这个向外的力会进一步破坏弦轴的稳定,从而引起调纯音位弦张力的改变。相比之下,左手持扳调高时的情况则有所不同,从上一节的论述中我们也看到,当左手操扳,由于产生一个向上方向的弯力矩M弯1=F2·L,它与向下拉产生的弯力矩M弯2=T1·L能够相互抵消,这就大大减小了对于弦轴孔的A、B两个端点的压力(图4—a);此外,外力F分解的面向弦轴板方向的分力F3,这个外力有效地保证了弦轴在弦轴板内的稳定,使音高调纯后弦张力的改变可控在最小范围。(二)左、右操作时,左一般来说,调低都是对调高的修正。因为在调高的过程中,由于运用扳手难以把握精准而做到一步到位,常常使音出现在偏高的位置上,这种情况往往需要向下修正。由于调低施加的外力F与弦的拉力方向一致,因此,只需施加较小的外力弦轴就能容易转动相对产生较大量的位移。当采用右手操作调低音高时,外力F分解的分力F11产生一个向下的弯力矩,对弦轴板孔的下方B端产生压力,但因为外力F值非常小,分解的分力F11的值就更小,因此对弦轴孔的B端产生挤压的影响有限。另外,右手操作有向下“推扳”或向下“拉扳”两种运扳方式。如果采用向下“推扳”的操作方法时,施加的外力F分解一个顺着弦轴向里的分力F12,这个力对弦轴具有保护和稳定作用。如果采用向下“拉扳”的操作方法时,所施加的外力F则分解的分力顺着弦轴方向向外,这个分力值虽然不大,但与“推扳”的方法相比较会对弦轴的平衡稳定产生一定的负面作用。因此,右手操作调低音高时“推扳”的方法更有利于弦张力的稳定。当采用左手操作调低音高时,与右手操作时对B端的影响相同,因为F值非常小,外力F分解的分力F5产生一个向下的弯力矩很小,所以对于弦轴孔的A、B端的稳定尚且不会产生影响。同时,由于左手调低一般采用向下“拉扳”的操作方式,因此分解一个向外方向(背着弦轴板方向)的分力F6,但因其值很小并与弦轴呈角度时分解的向内方向的分力产生一定的相互抵消,因此不会对弦轴在弦轴板内的稳定产生不利的影响。由此可以看出,钢琴调律者采用不同的操作方法会使弦轴的受力变化不同,进而会对弦张力的变化与稳定产生不同的影响。比较左手调律与右手调律各自的优势后我们认为:当琴弦被匀减速地推高或拉低至所需音位时,左手调律的技术方法对弦轴与弦轴板结构设计所产生的不利影响值最小,因此说,采用左手调律比右手调律更具合理性。三、种“综合调律方法”虽然采用左手调律比右手调律更具优势,但是左手调律也有其不可回避的问题,那就是对于大多数采用右手操作习惯的初学者而言,使用左手调律控扳和微调短时间都很难适应和掌握。怎样将左、右手调律操作的各自优势结合在一起,既能在调律时对弦轴与弦轴板结构产生的不利影响最小,又能兼顾多数人使用的右手操作习惯?笔者在教学中尝试采用一种“综合调律方法”,即在以右手持扳的基础上,改变传统右手操作方法的插扳方向和运行轨迹,有意识地将左手调律的特征和操作方法融合进去,其操作方式如图6-a所示。例如在调高音高时,综合调律方法是采用右手持扳,但是插扳的角度与左手操作时相同,用拇指带动扳子运行,用力方向稍倾于弦轴板一侧,弦轴的受力变化则与左手调律操作时的情况完全相同,如图6-b所示,因此体现出左手调律操作的效果特征与优势;而在调低音高时用食