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钢琴实木音板与复合音板的比较分析

作者:未知

  摘 要:在钢琴8000多个零部件当中,音板是钢琴最重要的组成部分,被称为钢琴的灵魂发音体。我国对钢琴需求量大,加大了钢琴生产与材料供求之间的矛盾,复合音板作为一种新型材料的音板开始出现。本文由三个部分组成,第一部分对音板的结构、作用、材质进行详细阐述,以钢琴的发展改革为线索,展现音板材料的历史演变。第二部分针对实木音板与复合音板进行比较研究,包括音的传导性、耐燥程度和性价比,加深了人们对实木音板与复合音板的区别认识。第三部对音板的制造技术与材料创新进行介绍,阐述现阶段对新木材的探索与新材料的研究趋势。现阶段由于资源匮乏,要求我们树立起环保创新意识,要扛起保护环境的责任,不断探索研究新的钢琴音板材料。
  关键词:钢琴;实木音板;复合音板;比较;分析
  一、关于音板
  钢琴的音板与钢琴的音质有着密不可分的关系,若没有钢琴音板,传入人耳的仅仅是微弱的钢丝振动之声。音板作为一个共振系统,接收来自于琴弦振动的能量,并将这能量传播到空气中去,从而起到增大音量,过滤杂音的作用。
  (一)结构与功能
  立式钢琴与卧式钢琴的音板形状各不相同,但其结构与材料都是相同的。钢琴音板主要是由共振板、音板框、高中音弦码、低音弦码和肋木等零件组成。共振板是由许多板条拼成的一大片薄木板,音板框粘贴在共振板的四周,使其更加稳固。其中,共振板呈弧面,凸面粘有弦码,凹面粘有肋木,肋木可以加强共振板的强度,帮助音板横向传声,同时,可以抵御来自弦码的压力,使共振板两面达到力的平衡。
  在我们弹奏钢琴时,手指触动琴键,琴键带动弦锤敲打在琴弦上,这时,琴弦振动的能量通过弦码传递到音板上,音板利用自身面积优势,把大部分能量传播到空气中去,使得声音音量增大。并且,优质的音板不仅有增强音量的作用,而且还有过滤杂音的作用,使得钢琴的声音悦耳动听。因此,音板承载着接受音波并且传递音波的主要功能,所以,音板自身的制作工艺、选材会直接影响钢琴声音的传导性、辐射性。
  (二)音板材料的演变
  钢琴音板材料的选择要追溯到钢琴的起源,在克里斯托弗里发明钢琴之前,就已经存在着几种类似“钢琴”的乐器了。因此,钢琴音板的产生可追溯到16世纪,当时,钢琴音板的制作采用意大利的柏木,柏木在意大利广泛种植,且纹理顺直细致,因此,许多钢琴制造商开始使用柏木来制作古钢琴的音板。
  17~18世纪,钢琴音板制作材料从柏木逐渐演变成了云杉。1698年,意大利人克里斯托福里制作了一架其外形和结构与羽管键琴相似的钢琴,1709年,克里斯托福里又制作了一架羽管键琴,其特点是弹奏时可以表现出音的强弱对比,开辟了钢琴艺术的历史新纪元。之后,羽管键琴被人们所接受,逐渐盛行起来。随着人们对音质的要求越来越高,一些钢琴制造师开始从钢琴制造材料上进行探究,尝试使用云杉,云杉木材容积重小、材质轻、弹性高,其声学性能非常好,因此,以云杉为材料的音板开始广泛运用于钢琴中。18世纪中期至19世纪,挪威的云杉,银杉更符合钢琴音板的制作标准,其树干笔直,生长周期长,生长环境恶劣,常年沐浴山风和雪水,木质弹性好,硬度大。当时,约翰内斯制造了一架钢琴,其特点是琴弦被加粗,音板被加厚,还用了当时比较受人追捧的“英国式击弦机”,人们发现,这架琴的声音与共鸣比之前的琴要强很多,正因为如此,音板厚度、硬度和弹性对钢琴音色的影响开始被人们所关注,人们受到启发,随后发现了挪威的云杉,银杉。19世纪,由于欧洲森林可砍伐到的不断减少,人们发现了美国北部茂盛的森林资源,于是挪威云杉、银杉开始从美国进口。到了近现代,为了节约资源,人们开始不断探索,逐渐发现了更适合制作钢琴音板的鱼鳞云杉、红松、泡桐等。
  木材的生长周期较长,人们对钢琴的需求量大,制造钢琴音板的木材逐渐减少,为了节约资源,降低成本,复合音板逐渐出现在人们的视野和生活当中。
  二、钢琴实木音板与复合音板的比较
  实木音板是由不同长度的径切板拼贴而成的,钢琴的声音是顺着木纹纹理扩散出去的,因此在径切板的衔接处纹理要紧密、顺直。复合音板又叫做胶合音板,是用原材料旋切成单板,根据木材纹理进行多层胶合,干燥,最后再热压机上进行胶压而形成的一种人造板。两种音板,前者属于传统工艺,后者属于新时代的工艺。
  (一)音的传导性
  声音是通过介質来传播的,并在空气中振动。弹钢琴时,手指触动琴键,琴键带动弦锤敲打在琴弦上,这时,琴弦振动的能量通过弦码传递到音板上,音板利用自身面积优势,把大部分能量传播到空气中去,使得声音音量增大,这时,音板就作为钢琴传声的介质。钢琴的声音是顺着木纹纹理扩散出去的,音板的材料是影响传声效果的关键,因此,木材的年轮宽度,纹理顺直性,含水率,密度等条件是影响声音传导性的关键因素。钢琴音板所用的木材最适合的年轮宽度为1.0mm~1.5mm,其中,在年轮方向的传递速度方面,顺年轮要大于横年轮;木材纹理越顺直,声音传导阻力越小,木材声能损耗小,声音振动越大越持久,音质悦耳动听;音板木材含水率控制在6%~8%的范围内最为合理,含水率越低,声音传的越快,反之亦然,因此,要将音板声音的传导性控制在最合理的范围内;木材的密度越大,钢性越强,声音的传导性越好。
  实木音板的木材是由管状细胞组成的,其年轮和纹理的生长状况与管状细胞的长度、直径,细胞壁的厚度,细胞的数量等方面有关,木材是“活”的,声音的振动可以通过木板的纹理特征有效传递到整个音板上面,因此具有良好的传声性能。
  随着钢琴市场的扩大,为了节约木材资源,国外出现了一种新型板材,复合音板,其声音效果良好,逐渐被引到国内使用。复合音板分两种,第一种复合音板也叫实木复合音板,实木芯板在里层,两面胶粘一些薄木贴片,由于芯板被盖在里层,可以适当放宽用料标准。第二种复合音板被称为胶合音板,它的芯板是用松木多层薄片胶压拼贴,表层薄木贴片按照传统音板那样拼贴而成的。复合音板选材要求不高,提高了木材的利用率,且制造成本低,生产工艺简单,可以流水线式大批量生产,满足了市场需求。但木材的纹理性没有实木音板明了深刻,板层结构紧密性不如实木音板,含胶量又多,声音传导阻力大,以上条件大大加深了复合音板的密度和质量,其声音的传导性不如实木音板。   (二)耐燥程度
  制造实木音板时最复杂工序是在加工的过程中,空气的温度与湿度难以把握,必须非常注意加以控制。在加工前,即使钢琴音板已经干燥到了含水率6%以下,若空气温度与湿度不进行严格的控制,几个小时内,钢琴音板的含水率就能上升到10%甚至更高,若不予理会继续进行油漆涂饰,水分将会被封在音板内无法排除,音色不仅会发闷,更严重的是在使用的过程中音板还会开裂,造成音板塌陷。一年中四季交替不断变化,温度也不断变化,若无法控制好放置钢琴房间的温度与湿度,音板极易开裂,这在我国北方干燥的冬季是极常见的。但有些实木音板的钢琴,音板开裂后声音不但没有被破坏,反而更加动听悦耳,这是因为音板开裂后,曾经封在音板内部里多余的水分得到散失,声音的传导性反而更好了,且音板的开胶开裂并不影响整块音板的动能。人们发现,有些音板开裂后声音更加悦耳动听,经过维修人员的修复之后,声音反而不如音板开裂的时候纯净,这引起了世界钢琴技师和中国钢琴调律行家的研究兴趣,进过长时间的观察研究,他们得出结论:音板开裂,只要不出现杂音,对音色并无不良影响,音质会更好。正是因为这种复杂的加工工艺,实木音板的钢琴具有极高的工艺价值和收藏价值。
  复合音板相对于实木音板比较而言,在现代加工工艺中,更容易控制含水率,复合音板不用长时间的干燥,避免了木材在温度变化时不稳定产生的开裂,复合音板开裂是非常少见的,但开胶产生杂音的现象非常普遍。
  总而言之,无论对于实木音板还是复合音板,尽量使钢琴保持在一个相对稳定的温湿度环境,是使钢琴处于最佳状态的根本。
  (三)性价比
  钢琴的质量是人们的在购买钢琴时所关注的,但在价格方面人们也会加以考虑,音板作为钢琴的主体,音板的质量、价格的高低是一架钢琴性价比高低关键的部位。实木音板对木材非常挑剔,树干要直,并且要有富有弹性,这种木材生长环境极为恶劣,一般位于美国阿拉斯加或西伯利亚等寒冷地带,生长速度慢,耐寒,是音板的上乘之选。随着钢琴市场的扩大,木材越来越紧张,树木的成长周期较长,再加上用来制作实木音板木材的要求较高,可用于制作实木音板的木材越来越少,价格也越来越高,实木音板一般用于中高档琴。演奏家或一些对音质要求较高的人可以选择购买。
  复合音板对木材不像实木音板那样挑剔,对木材的选择不十分严格,便于大批量生产,降低了生产成本,早期用于低档琴。但随着音板制造技术的发展,像珠江、星海等品牌的中档琴也开始使用高质量的复合音板。可以说,复合音板是流水线大批量快速生产不得不采用的办法,但是对于声音不是很挑剔的一般学琴者,选择复合音板并不会影响学习和练琴。
  很多人问复合音板有没有可能达到跟实木音板一样的音质,经试验,现在最好的复合音板的共振性能达到80%左右,虽然跟实木音板相比还是有些差距的,但性能上已经非常接近了。随着科学技术的发展,人们不断进行探索研究,会进一步提高复合音板的制造技术和实用性能,相信不久之后,物美价廉的复合音板会成为钢琴音板选材的首要选择。
  三、音板制造技术及材料创新
  音乐越来越贴近人们的生活,钢琴也越来越普及化、大众化,但适合制造钢琴音板的优质木材紧缺,人们开始考虑如何资源利用最大化,在不影响钢琴音质的情况下,人们研究如何少用但精用木材,或者抛弃木材这种原始材料,进行材料上的创新
  (一)技术的提高
  活用木材,木材的加工管理要尊重木材的运用原则与灵活性,最大限度的利用好木材。在掌握音板制造基本流程的基础上,更要重视音板的制造技术和加工精度,例如:木材应径向锯割,年轮切线与板厚中心线夹角呈50°,一个优秀的选材配板师会不断研究科学的方法组织出最合理的拼版。
  随着技术的发展,不等厚音板出现在我们的视野,根据音板的传声速度和能量损耗,在钢琴中划分的高、中、低三个音区,三个音区音板的厚度各不相同。KAWAI新K系列的钢琴设计出一种厚薄不一的锥度音板,音板是在科学的物理分析和调音技术人员的感性分析基础上进行设计的,使所有音域均能获得丰富的音量,新K系列在不振动的前弦区植入了特殊的弦轴,能够轻松发出“泛音共鸣”,使钢琴的音色更加丰富而明亮。“凤凰”系统钢琴的出现,是技术人员长期研究的一项创举,钢琴使用了名“凤凰”的共鸣系统专利,材料先进,生产工序简化,木材使用也减少,保持音色完美是这架琴秉承的原则,“凤凰”专利使用的音板厚度比传统音板更薄,仅需要5mm左右,音板始终保持平面状态,音板框没有弧度,省略了肋木在共鸣盘上的使用,实现音板无载荷运动。目前,技术人员又研发了碳纤维音板,声音传导性更强,厚度仅为1.5mm左右。除共振板之外,音板框、肋木等音板上的零部件,也是改善音质的重要因素,本论文不做详细论述。
  (二)材料的创新
  云杉,银杉是生产钢琴音板的最佳木材,但生长速度非常慢,既要解决资源匮乏的问题,又不能影响钢琴质量,人们开始考虑寻找可以用来代替的木材。泡桐一般用于制作民族乐器,像琵琶、古琴、月琴等,于是,我国一些学者提出,是否能用泡桐制作钢琴的音板,并为此做了相关的调查研究,曾与云杉进行对比试验,结果表明,当以7.5mm~8mm厚的泡桐木材做音板时,九尺三角琴的音质效果是良好的,是制作乐器的良材。“凤凰”专利使用的音板材料可以是云杉,也可以是红松、泡桐等,但厚度仅需要5mm左右,传统钢琴音板厚度为8~10mm,这大大节省了材料。碳纤维音板的出现,是人们研究的一大创举,厚度仅为1.5mm左右,碳纤维材料,具有很高的强度和稳定性,碳纤维音板适应任何气候不会开裂。碳纤维音板的最大优点在于很容易震动,来自琴弦一点点的震动就能启动碳纤维音板共振。这对钢琴制造来说是一重要因素,采用碳纤维音板技术可以节省大量木材降低钢琴制造成本,且具有环保等优势。
  目前,应用最广泛的还是复合音板,复合音板即买即做,成本低,资金周转灵活,虽然现阶段复合音板还不能很好的代替优质实木音板,但经过技术人员的不断探索和研究,不断改良和优化,这种低成本高效率的材料会加大投入到钢琴市场当中,为寻找钢琴音板的代替开辟了新的方向。
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