钢琴音色调整

1.音质的决定因素

 

音质包括音色、响度与发音持久性三大要素。

 

1-1音色

 

音色，指音的色彩，与振动成分及其相对强度有关。

 

乐音的泛音总体上强度自基音递减，且呈开放排列。

 

谐音列中谐音构成的音程二音频率之间为简单整数比，在听觉上非常纯净。其中，七分段、九分段等振动产生出与基音不相协和的七度、二度等泛音。

 

1-2响度

 

响度，也称音量或声强，指声音的大小或强弱，与振幅有关。音质性质使用“响度”这一称谓更强调其“ 决定于由该音产生的听觉的量”这一特性。因为音质感带有强烈的主观性质。

 

整音中要注意响度的特性—— 即使各自的振幅一样，但频率低的音听起来总不如频率高的音“响”——避免把低音调试得过于“响”。

 

 

 

1-3发音持久性

 

发音持久性，指声音延续的时间。从共鸣盘角度而言，其决定于弦振动的衰减率及音板的机械阻抗。弦的质量越大，张力越大，振动停止得越快，音也消失得越快；音板的机械阻抗越大，振动停止得越快，音也消失得越快。从弦槌的角度而言，击弦历时（弦槌击弦时与琴弦接触的时间）从一定程度上决定弦振动的衰减率—— 击弦历时长会压制住弦的部分振动，加速弦振动的衰减。

 

 

 

 

 

2.整理音质的原理

 

实际上，整音就是为了获取所需泛音成分并使其按一定强度排序的听觉艺术工作。从声学上来讲，音质决定于激发弦使其振动的位置和方式。所以，“琴弦”及其被击打“位置”和“方式”是我们进行整音时所要考虑的核心内容。

 

 

 

2-1选择谐音成分

 

2-1-1激发弦使其振动的位置

 

激发弦使其振动的位置，也就是弦槌的击弦点，它决定了乐音的振动成分。英国物理学家托马斯 · 杨（ Thomas Young）在研究用各种方法激发琴弦振动时发现，一条弦被激发振动时，波腹处在击弦点上的泛音被加强，波节处在击弦点上的泛音则被抑制或消除。根据杨氏定律，钢琴在设计过程中将击弦点设定在产生不协和泛音成分的琴弦1/7、1/9等处。

 

当然，击弦点的选择并不是如此单一。《钢琴制造》一书介绍说：低音区和中音区的击弦点同样都在弦长的七分点和九分点位置；第 6l弦组以上各弦组的击弦点均匀地由l/10向1/18甚至1/24变化；硬而尖的高音槌的击弦点可以缩小到弦长的1/35，这时音色具有较尖锐的铃声般的色调。英国钢琴设计家富雷建议，第88弦组(c 5 )的击弦点应在弦长的十四分点处，第76弦组(c 4 )在十二分点处，第64弦组(c 3 )在十分点处，第52弦组(c 2 )在九分点处，第40弦组(c 1 )在八分点处（张茂林先生《钢琴调律音乐声学基础》）。

 

我们可以想见，这是琴弦振动非谐性这一特性影响下，杨氏定律理论在实践中的现实反映。由于钢琴在制造、组装、使用过程中不可预知的种种因素，对击弦点进行再次调整也是调律师进行整音所经常使用的方法之一。

 

 

图 7-1：调整立式钢琴击弦机下螺丝改变击弦点

 

 

 

 

2-1-2双重共鸣的调整

 

琴弦无效弦长部分也会产生一定的共鸣和上方泛音。对于这些声音元素，一般在制作时会采用两种对策。

 

2-1-2-1 消音

 

即在有弦轴的一端用呢毡垫在弦的下面。在弦马和挂弦钉之间，则用一条呢带编绕在弦上。

 

2-1-2-2 增加共鸣

 

在弦马和挂弦钉处铁架之间设置双重共鸣器（金属垫枕），使此段琴弦的基音与有效弦长部分的基音形成一个或两个八度关系。有的双重共鸣器可以移动，以便用适当的方法来调准此部分弦的音。

 

 

 

2-2激发弦使其振动的方式

 

激发弦使其振动的方式，也就是弦槌击弦时与琴弦的接触面积与接触时间。

 

弦槌与琴弦的接触面积大小，决定了其抑制琴弦振动的程度。弦槌与琴弦的接触时间，即击弦历时，若短于弦的振动周期，弦得以充分振动，谐音被充分释放，音色明亮。若其中的高次谐音过强，则会有刺耳的感觉，即通常所说的“声音太炸”。若击弦历时过长，长于弦的振动周期，那么弦槌将压制住弦的部分振动，音的响度因此而降低 ,音色弱而沉闷。适度的击弦历时会得到刚柔相济的音色。

 

 

 

2-2-1弦槌与琴弦的接触面积

 

弦槌与琴弦的接触面积主要取决于弦槌的形状。弦槌头部的弧型“圆”一些，与弦的接触面积会大一些，对琴弦振动的抑制会大一些；弦槌头部的弧型“尖”一些，则相反。

 

改变弦槌形状的手法主要包括熨烫与打磨。熨烫是为了使松软的弦槌毛毡收缩，而被压缩成较适宜的形状。熨烫时一般要在弦槌上加垫潮湿的棉布。熨烫时间短，水分浸入弦槌毛毡；熨烫时间长，弦槌毛毡中的水分会蒸发出来。这些都是影响音质的因素。打磨是对弦槌搓磨，改变其形状以改变其音质。

 

 

图 7-2：熨烫

 

 

 

图 7-3：打磨

 

 

 

 

2 — 2-2弦槌与琴弦的接触时间

 

弦槌与琴弦的接触时间主要取决于弦槌的弹性。在弹性方面 ,弦槌毛毡密度大,也就是弦槌硬,在敲击弦时会把积聚的力一下就传出来,击弦历时就短。如果弦槌毛毡柔软,情形就相反,这时力的传送是逐渐增加的。当弦槌过分柔软时,它会“粘滞”在弦上,击弦历时就大为增加。

 

改变弦槌软硬程度的方法主要有两种。针刺法主要是改变了弦槌毛毡的纤维紧密程度，使其松软。针刺不同部位则会因“松软”抑制了不同的泛音成分，而使得所产生出的乐音更遵循乐音的泛音“总体强度自基音递减”的属性。涂抹处理液则是通过改变弦槌的密度而增加其硬度。

 

 

 

 

 

 

图 7-4：弦槌针刺区域

 

 

 

 

 

图 7-5：涂抹处理液

 

 

 

2-3.琴弦的调整

 

2-3-1张力的调整

 

钢琴琴弦的张力通常也被理解为琴弦在一定范围内所受的拉力，其范围在 75 ― 150 千克之间。钢琴的每一个音的频率是一定的，对同一频率、弦长和直径的音施加不同的外力，所发出的音色是不同的；对同一频率和弦长，而不同直径的音施加相同的外力，所发出的音色也是不同的。这说明了张力与音色存在一定的关系。

 

通过下列公式可以计算出所有琴弦的张力值：

 

T 0 =πf2L2d 0 2ρ 0 /g （裸弦）

 

T 1 =πf2L2[d 0 2ρ 0 +πd 1 ρ 1 (d 0 +d 1 )] /g （单层缠弦）

 

T 2 =πf2L2[d 0 2ρ 0 +πd 1 ρ 1 (d 0 +d 1 )+πd 2 ρ 2 (d 0 +2d 1 +d 2 )] /g （双层缠弦）

 

其中：

 

T 。——裸弦的张力；

 

T 1 ——单层缠弦的张力；

 

T 2 ——双层缠弦的张力；

 

π ——圆周率；

 

g ——重力加速度 9.8 米 / 秒 2 ；

 

f ——琴弦振动的频率；

 

L ——有效弦长；

 

d 0 ——裸弦 ( 钢丝 ) 的直径；

 

d 1 ——里层缠弦铜丝的直径；

 

d 2 ——外层铜丝的直径；

 

ρ 0 ——钢丝的密度；

 

ρ 1 ——里层铜丝的密度；

 

ρ 2 ——外层铜丝的密度。

 

依据这些张力值绘制成音色曲线。如果该曲线在其范围内呈现出光滑连接，就表明了该琴音色是出于较佳状态，如果该曲线在其范围内出现起伏点，就表明该琴音色在起伏点处音色有不均匀现象，需要加以修正调整。

 

调整的方法是，在其范围内更换不同较佳直径的琴弦，从而改变它的刚性和张力使曲线呈光滑连接状态，以获取较佳的音色。

 

 

 

 

 

图 7-6：琴弦的张力与音色

 

 

 

2-3-2张力百分比的调整

 

“张力百分比”是在计算张力的基础上计算出来的，它对音色的影响力要远远超过张力对音色的影响。所谓“张力百分比”即是指使用张力 T 与极限强度下的拉断力 P 百分比，即 T% = T / P × 100% 。

 

张力百分比数值过小时（即小于 28% ）弦的振动频率就会呈现不稳定状态，因此，在振动时，其能量内耗大，振幅衰减快，音量则小，音色自然就会不好。反之，如果张力百分比的数值过大（即超过 70% ）琴弦已达到或者接近弹性极限时，琴弦会产生塑性形变，频率也会不稳定，它将随着时间的推移而逐渐下降这就是材料力学中常说的“驰豫现象”这时，如果继续调音，就会断弦。

 

一般说来，低音的张力百分比范围在 28% 至 35% 之间，中音区的张力百分比范围在 45% 至 60% 之间，高音区的张力百分比范围在 60% 至 65% 之间较为适宜，如果超出这些范围则须进行调整。

 

调整方法与 2-3-1 类似，依据琴弦张力百分比 T% 的数值绘制“张力百分比曲线”，然后观察曲线是否光滑连接，对连接不光滑的点更换较佳直径的琴弦。

 

 

 

 

 

图 7-7：琴弦张力百分比与音色

 

 

 

2- 3-3琴弦的替代规号

 

用任何其它弦代替时，其长度和频率必须保持不变（长度已为铁架及弦马钉位置所决定），所以，可以变更的只有直径和张力而已。因此，对于代用弦的直径 d 1 和张力 T 1 将有如下比例：

 

T / d 2（平方） = T 1 / d 1 2 （平方）

 

 

 

所需确定的是，使用代用弦，其张力变化将是怎样的数值。

 

经过研究，证明不论在哪一方面脱离弦长度确定的张力而发生偏差时，要使钢琴音质不发生本质变坏，其极限可能为 3%-4% 。

 

假设，某弦直径为 1.25mm （即 22 1/2# ），张力为 80kg ，当采用最接近的一个小号弦（即 22# 弦）时（ d 1 =1.225mm ），它的张力为：

 

T 1 = T d 1 2 / d 2 = 80×1.225 2 /1.25 2 =80×1.500625/1.5625= 76.832kg

 

即偏差规定张力 3.96% 。

 

如果采用最接近的一个大号（即 23# 弦， d 1 =1.3mm ）来代替，则张力为：

 

T 1 = T d 1 2 / d 2 = 80×1.3 2 /1.25 2 = 80×1.69/1.5625= 86.528kg

 

即偏差规定张力 8.16% 。

 

在这一场合下，较小一号的代用弦所产生的百分比偏差，较之大一号的代用弦小，音质偏差相对小。

装上较粗的弦时，势必大为增加它的张力，以致过于刚强而响度降低；装上较细的弦时，张力减小而变得松弛，以致过于刚强而响度降低。

 

 

 

 

 

4.一些注意事项

 

以上是针对钢琴音质调整在声学原理方面所做的一些简单探讨。在实践中，整音的完美实现依赖于工作环境的相对理想化。试想，如果弦槌高低参差不齐，就无法确定击弦点；如果同弦组的琴弦不在同一平面，就无法为音色状况提供真实的参照。这些情况都反映出整音前机械整理的重要性。此外，只有经过精细调律，钢琴的泛音状况充分展现出来，才能为整音提供真实的听觉参照。

 

 

原文刊载于《广东乐器世界》2006年6期