钢琴是怎么发出声音的

钢琴的发声原理

一、钢琴的基本构造

踏板

踏板(Pedal)是指钢琴下面用足踩的踏板而言。它是钢琴中除键盘外最重要的配件。1711年意大利乐器制造家克理斯多佛利(Bartolommeo Cristofori)在改造钢琴时发明的。主要分为三个部分。(其中最常用的是延音踏板)

延音踏板(Damper Pedal)：右踏板，也叫做延音踏板，又叫共鸣踏板。是英国人布劳马(John Broadwood)于1783年发明，通常是钢琴下最右内侧的踏板，也有书上称之为“增音器”，当延音踏板被压时下，平时压在弦上的制音器(Damper)立即扬起。使所有的琴弦延续震动，将踏板放开后，所有的制音器又全部压在琴弦上制止发音。由于按下制音踏板会使琴声在一定程度上扩大，故又称强音踏板(Loud Pedal)。

柔音踏板(Soft Pedal)：左踏板，也叫做弱音踏板(ulna cord)。在平台式钢琴里，踩下柔音踏板时，琴槌会立刻向旁推移，使音量减少，并使声音变得非常清纯、柔和。而立式钢琴，踩下柔音踏板时，琴槌移近琴弦，藉以减轻冲力，减少打击的长度与强度，使音量变小。它的作用就不仅是帮助演奏者弹得更弱，也是为了增加声音的柔和，并除掉音质中任何敲击的成分。左踏板往往被比作"旋乐演奏者的弱音器"。

消音踏板(Sostenuto Pedal)：中踏板、选择延长音踏板(sostenuto)。具有特殊性能的踏板。三角钢琴中间踏板的用途是“特定连音踏板”，用法是先弹下琴键并保持，踩下“特定延音踏板”不放，刚才所弹键会继续延音，其他键不受影响。大部分现代立式钢琴的中间踏板被踩下时，一块活动的绒布会夹在琴槌和琴弦之间，使音量变得极低。通常只使用于夜间或清晨弹奏钢琴之时，以免惊扰邻居的安宁。所以有时候也称为也有称之为倍弱音踏板。

调音钉

调音钉(Tuning Pins)是一些能够用特制扳手扭动旋转的钉状螺栓。它的旋床是有锁口的特制高碳钢，因而琴弦能牢固地绕在弦轴钉上，致使音准在琴弦高强度拉力作用下能长期保持并稳定下来。

琴槌

琴槌(Hammer)外包着高品质的毛毡或绒布，由于这层“皮肤”多是羊毛造的，因而又称羊毛槌。它本身连着琴键，当琴键被按下时，琴槌便会打落琴弦上并借着琴弦的振动使钢琴发出声音。因此，它的作用是用来敲击被调音钉紧扣着的琴弦。

制音器

制音器(Damper)制音器是与弦紧贴着，用来阻止弦的震动。例如当钢琴上的琴键被按下时，钢琴内部的琴槌会打在一条条用铜制造的琴弦上，借着琴弦的震动发出声音。

击弦机

击弦机(Action)击弦机连接着琴键和琴槌，是整部钢琴的灵魂和最重要的配件。

音板

音板(Soundboard)音板位于钢琴内部的一块大木板，高档钢琴用枫树实木板拼成，现代低端普及琴有用密度板。它连着调音钉，紧贴着琴弦，当琴弦振动，音板会使声波高效率耦合到空气中，即将声音透过响板反射以及扩大出来。

琴键

琴键(Keyboard)整个琴键都是由黑键和白键组合而成。黑键36个，白键52个，共88个。

二、钢琴的发声原理

钢琴背架上有一排钢丝弦，有单根的缠弦，有两根和三根的裸弦。共计二百多根。钢琴发声就是由琴键顶起击弦机，又由榔棰敲击弦列发出声音。由于这些根弦的粗细、长短、张力不同，所以发出不同的音高。如果这些琴弦的张力发生一丁点变化，它的音高就相应改变。所以经常调律是必须的。

钢琴的发音系统

钢琴的发音系统大致包括琴弦、弦轴、弦轴板、后背支柱、铸铁板、弦枕、音板、肋木、琴码等。

(1)琴弦

钢琴发音的振动题是琴弦。琴弦是用含有纯度非常高的碳素而制成的，被叫做“音乐钢丝”。琴弦的材质非常重要，可以说琴弦材质的提高，是使钢琴的性能能够快速进步的最大、最重要的因素。

18世纪初所使用的琴弦，是由铁丝或铜锌合金制成的。由于这些材料的抗张强度很低，耐久力也小，还缺乏充分的张力，所以声音是微弱的。

1819年，随着钻石与红宝石的拔丝模的出现，得到了能够经得起很强的张力又不会使钢丝延长的琴弦。材质、拉丝技术的进步也是完成现代钢琴的重要因素。现在使用的碳素钢丝的原料是碳素含有率在0.85-0.95%的程度，它具有极其细微的粒状组织。琴弦所要选择的是具有均匀质量的沿着拉力方向只有一点点延长的结晶系。

琴弦不仅仅只是进行单纯的物理实验、化学分析等。它也决不可混入不纯的物质，不能有创伤，还要求要有精准的尺寸，以及材质在整体长度上的均匀一致，横断面的整齐。有很强的抗张强度，抗折弯也很强的原材料。

为了检查它的张力、硬度、弯曲度、扭曲度，还要使用显微镜技术，拍扁等多种的最高级的试验。

琴弦的粗细号数常见的是最高音从13号(0.775mm)开始使用，共约20种号。

根据琴弦振动的理论，高音细而短，低音粗且长。在钢琴的低音部随着受到钢丝的粗度与长度的限制，还需要把用于铜芯线的软铜丝重复的缠绕在钢丝上，以减少它的振动数。

什么位置上配合使用怎样粗细长短的琴弦，对音色、音量、均衡都有很大的影响。

还有，在中、高音部分是一个音3根弦，低音部是2根弦，而最低音部约一个八度的音只使用1根琴弦，其主要目的是为了音量均衡。一台88键的钢琴，琴弦数量大约有220-230根，三角琴大约240根左右。

把琴弦拉紧后达到正确的音高时，1根弦的张力是80-90公斤，一台琴的张力加起来可达到20吨左右。

(2)弦轴

钢琴的琴弦是被缠绕在弦轴上。弦轴的标准长度是62mm，直径为7mm左右，挂弦眼的内径为1.6mm，重量16克。(修理中用于更换的弦轴有7.2-7.5mm的)用调音扳子转动弦轴，把琴弦拉紧，缓慢的把张力进行加减就是“调律”。

弦轴的头部为了便于插入调音扳子而做成四角型，下半部分是带有很细的螺纹被旋进木板里。转动弦轴的时候如果轴眼太紧，就会使它断裂。还有，为了弦轴表面能够防锈，要进行化学方面的处理，涂酸化膜击实施镀镍等。

把琴弦的一端插进弦轴上的横洞里绕二又四分之三圈，另一端挂在挂弦钉上。在中、高音部分，一般在这个挂弦钉上回转它的另一端，把回转后的另一端琴弦挂在相邻的弦轴上。

弦轴的数量与琴弦是相等的，一台琴是220-230根琴弦。

弦轴垫圈是枫木材料制成的，用于堵塞弦轴与钢板之间的间隙，使摩擦力增强，能更好的保持音准，看上去也美观。

(3)弦轴板

弦轴是被拧入到弦轴板里的，弦轴板是由数块枫木以不同的木纹方向上粘合而成的。弦轴板的质量对音准的保持具有很重要的影响。如果干燥不充分，会使弦轴逐渐松动，很容易跑音。即必须在能够支撑1根弦的张力在100公斤以上时，弦轴也不能回转。三角琴由于更要增加音准的保持力，还要使用多层弦轴板。

(4)后背支柱、铸铁板

一个能够支撑20吨的琴弦张力的主要部件是支柱和铸铁板。它们两者一般被设计成一体和适当的相乘效果。

在铁板铸造技术进步后的今天，比起容易受到温度、湿度影响的木制支柱来说，近来见得多的还是以钢板为主体的设计。

支柱的组成方式，三角琴采用放射状，立式琴一般采用纵向式的排列。它主要的作用是增加抗扭曲的强度，像人的肋骨那样，能把中心部微妙的隆起的技术需要最高的技术。

铸铁板不只是支撑琴弦的张力，也是为了辅助琴弦的振动。铸铁的质量、材质的硬度以及形状、厚度都对声音有着微妙的影响。

(5)弦枕

琴弦是靠弦轴与挂弦钉连接起来的，实际振动发音的是在弦枕或千斤与琴码之间。琴码是琴弦振动的支点，同时，还是传导音板振动的重要部分。

在立式琴上，弦枕是钢板上的一部分，它的作用=是把琴弦支起来，在弦轴与弦枕之间用压弦档把琴弦压下去。三角琴的高音部分也是用弦枕与压弦档压住，在中音和低音部则使用“千斤”。千斤是用铜锌合金制作的，它是琴弦振动的支点的一端，在立式琴上也有全部都用千斤代替弦枕而使用的。

千斤是弦枕和压弦档的合并物，它能使琴弦的间隔、弦长、弦的高度均匀一致。不论是千斤还是压弦档与弦枕，它与琴弦的角度及接触点的形状，对于优质的发音都是极为重要的。

(6)音板

如果单单只靠琴弦的振动，由于琴弦的表面积非常小，在空气中传出的声波也就极其微弱，几乎听不到声音。但是如果能够让很大的音板全部振动起来，由于有宽阔的振动面积，就能够得到很大的声音。不仅如此，音板还是支配琴弦、榔头以及整架钢琴音色的一大要素。

作为好音板的条件，必须满足以下条件：

1、振动传播快;

2、比重小;

3、具有柔韧性，又富有弹性;

4、能够给与优美的音色。

关于音板的材料，从古代时在欧洲就极为重视。有属于欧洲云杉的德国云杉被认为是最好的音板材料。现在使用很多的是美国的阿拉斯加松、德国松、日本松。国产琴大多是采用我国东北或四川的云杉。

音板使用厚度约10mm，中间最厚，然后逐渐的向边缘变薄，它的幅宽为7-375px。用数块木板顺着木纹的方向，从高音到低音侧斜着向从中间向两边拼贴。在音板的中央部分要向琴弦的方向翘起约10mm，使它有一个弧度。因为在音板的表面被琴弦压紧时，在它的里面是处于被压缩状态。如果失去这种在琴码下的压缩状态，就没有希望获得优良的发音，它需要有形形色色的加工方法和窍门。

音板的材质要选择木纹的流畅直顺和木纹宽度一致为好。

(7)肋木

一般来讲，木材的振动传播速度有顺着木材的方向和与木纹成直角的方向之说。顺着木纹传播的速度比直角的传播速度快约3.5倍，弹性也相差约12倍。由于既要束缚住音板整体声音的传播，又不能使木纹的顺方向与直角方向变得不平衡，就要把肋木和音板的后面成直角粘合在一起，以使声音达到整体的均衡。

肋木所使用的材料与音板相同，它是与音板的木纹成直角。肋木在与音板粘合的一面是被做成一个大的弧形。根据音板的尺寸裁成不同的长短，中间的最长。然后用十树根按一定的间隔依附在音板上。还有一种根据立式琴的机型，从次高音到高音，为了达到优质的音色、音量及扩展，在高音侧采用“鸟爪式”的肋木安装方法。

肋木是造成音板有必要的弯曲的辅助材料,另外它还能起到把安装在音板上的琴码支撑住所通过的琴弦的辅助作用。

(8)琴码

在音板的正面，振动琴弦的一端是由琴码当作支点的。琴码在把琴弦的振动传导到音板上的同时，还必须要把强大的张力的琴弦保持在码钉上，所以必须使用有高度韧性的材料。

在一台钢琴上，有长码和短码共2根，长码是从高音连接到中音，短码被使用在低音的缠弦部分。琴码是粘结在与音板的木纹大致相同的方向上。

在次中音部，由于要保证有必要的弦长，而低音短码又被安装在长码的下端。为了尽可能的让它在中间的位置上把振动的琴弦发出的声音传到音板上，一般是采用让它弯上去的方式。

另外，在琴码上的根码钉是起把琴弦屈曲后而固定住的作用的。

对于振动的琴弦，也是防止它不稳定的界限。琴码增加了音板的固有振动，把音量增大，使音变得优美。可是如果使用了劣质材料，就会在音板中消耗很大的能量。还会使传播效果变坏，那就会变成不明亮的钢琴了。

总之，对于钢琴的发音系统而言，每一个部件都有着各自不可取代的地位，都应该引起我们的重视。

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