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2012年4月，現(xiàn)任沈陽(yáng)音樂(lè)學(xué)院樂(lè)器工藝系副主任、碩士生導(dǎo)師秦敏靜教授通過(guò)對(duì)“哈曼尼”133系列鋼琴長(zhǎng)期、認(rèn)真、細(xì)致的研究，并結(jié)合多年鋼琴制造理論經(jīng)驗(yàn)，撰寫了《立式鋼琴高音區(qū)雙泛音結(jié)構(gòu)的理論與應(yīng)用》一文。該文被國(guó)家級(jí)核心刊物—《樂(lè)器》雜志刊登在2012年第四期24—26頁(yè)。

鋼琴的發(fā)展已日趨完美，但許多鋼琴?gòu)S家仍不斷的在完美中求創(chuàng)新，想方設(shè)法的設(shè)計(jì)制造出屬于自己獨(dú)特音色的鋼琴。鋼琴高音區(qū)的音色，一直以來(lái)都是鋼琴制造者們追求的目標(biāo)。本文論述的立式鋼琴雙泛音的結(jié)構(gòu)裝置，既是通過(guò)福州和聲鋼琴?gòu)S哈曼尼133型號(hào)鋼琴的研究，闡述一種能夠利用琴弦的有效弦長(zhǎng)與倍頻關(guān)系聲學(xué)原理，使立式鋼琴的高音區(qū)采用雙泛音結(jié)構(gòu)裝置的琴弦，在振動(dòng)發(fā)音時(shí)，除了有效振動(dòng)之外的不工作的兩部分產(chǎn)生與有效振動(dòng)頻率諧和的倍頻諧波，形成音響的雙泛音效果，使高音區(qū)達(dá)到清澈、柔美且具有穿透力的音色。

將琴弦的無(wú)效弦長(zhǎng)振動(dòng)部分進(jìn)行有效的利用．體現(xiàn)在很多三角鋼琴的高音區(qū)弦列設(shè)計(jì)上。這一項(xiàng)專利的發(fā)明，早在19世紀(jì)的后半葉，就被施坦威D系列的九尺大鋼琴所采用（如圖1）。施坦威的高音區(qū)弦列的設(shè)計(jì)，采用的是單泛音的結(jié)構(gòu)形式．即是將碼釘?shù)綊煜裔斶@一無(wú)效振動(dòng)部分，在每組琴弦通過(guò)的地方放置一個(gè)弦枕，這個(gè)弦枕的位置恰好是使弦枕到碼釘?shù)南议L(zhǎng)等于有效弦長(zhǎng)的1/2處，有效弦長(zhǎng)振動(dòng)的傳導(dǎo)，使得這一部分無(wú)效弦長(zhǎng)產(chǎn)生了諧音，從而達(dá)到豐富了高音區(qū)的音色的目的。這項(xiàng)專利的發(fā)明，在現(xiàn)代立式鋼琴的生產(chǎn)中得到了充分的利用。

一、立式鋼琴高音區(qū)琴弦連接的結(jié)構(gòu)形式

弦列設(shè)計(jì)是鋼琴設(shè)計(jì)的最基本問(wèn)題。在任何一架鋼琴上，琴弦的連接形式都是起始于弦軸，經(jīng)過(guò)弦枕，在弦碼處經(jīng)過(guò)一個(gè)曲折角后，繞在鐵支架上的掛弦釘上，再以相同的方式逆回到另一個(gè)弦軸上結(jié)束（如圖2）．

弦列設(shè)計(jì)中的弦長(zhǎng)計(jì)算，是指琴弦的有效振動(dòng)部分，而不是琴弦的全部長(zhǎng)度。在整條琴弦連接的過(guò)程中，按其在振動(dòng)中所起到的作用,被劃分成兩個(gè)部分，即琴弦振動(dòng)的有效工作部分和無(wú)效工作部分。琴弦的有效工作部分是指從弦枕到碼釘之間的這一段有效弦長(zhǎng)（如圖2中的Ⅱ部分），它是按照一定頻率的振動(dòng)發(fā)音，并決定著聲音的高低。琴弦的無(wú)效工作部分是指從弦枕到弦軸、碼釘?shù)綊煜裔斕幍膬啥螣o(wú)效弦長(zhǎng)（如圖2中的I、III兩部分），它不參與琴弦的振動(dòng)。無(wú)效弦長(zhǎng)在琴弦的連接過(guò)程中的作用是用來(lái)固定連接有效弦長(zhǎng)的兩段琴弦．在現(xiàn)代鋼琴設(shè)計(jì)師們的設(shè)計(jì)中，為了更加豐富高音區(qū)的音色，他們把不參與琴弦振動(dòng)工作的無(wú)效弦長(zhǎng)進(jìn)行充分的有效利用，通過(guò)確定弦枕的有效位置來(lái)使原本不振動(dòng)的弦長(zhǎng)，按照形成倍頻音的弦長(zhǎng)比例進(jìn)行設(shè)計(jì)，使其產(chǎn)生與有效振動(dòng)頻率諧和的倍頻諧波，形成音響雙泛音的效果，進(jìn)而達(dá)到使高音區(qū)的音色更加豐富的聲音品質(zhì)。

二、高音區(qū)琴弦雙泛音結(jié)構(gòu)的特征

雙泛音結(jié)構(gòu)是由鐵支架、弦軸、琴弦、碼釘、壓線條、（上、下）弦枕和鐵支架上的掛弦釘構(gòu)成的（圖3）。普通的壓弦條和弦枕將（圖2）中的和I、Ⅲ區(qū)域兩段弦為琴弦的無(wú)效振動(dòng)弦長(zhǎng)，Ⅱ區(qū)域?yàn)榍傧业挠行д駝?dòng)弦長(zhǎng)。采用了雙泛音結(jié)構(gòu)后的三段壓弦條和弦枕，將無(wú)效振動(dòng)的弦長(zhǎng)按照產(chǎn)生與有效弦長(zhǎng)振動(dòng)頻率諧和的倍頻諧波，形成音響的雙泛音效果。

1、雙泛音音響效果的產(chǎn)生原因

琴弦振動(dòng)時(shí)，所包含的泛音和諧音數(shù)以及它們的強(qiáng)度，即發(fā)出聲音的色彩構(gòu)成了音色。由于泛音的產(chǎn)生是與基頻成整數(shù)倍的關(guān)系，若使無(wú)效振動(dòng)的弦長(zhǎng)產(chǎn)生共鳴就必須使這一部分的弦長(zhǎng)與有效弦長(zhǎng)成倍數(shù)關(guān)系。因此，將第1組壓弦條設(shè)計(jì)在與有效弦長(zhǎng)成1∶2關(guān)系的位置上，即可同時(shí)激發(fā)出比基頻高八度的第一泛音（第二諧音）。將第2組壓弦條設(shè)計(jì)在與有效弦長(zhǎng)成1∶3關(guān)系的位置上，即可同時(shí)激發(fā)出比基頻高五度的第二泛音（第三諧音）。將第3組壓弦條設(shè)計(jì)在與有效弦長(zhǎng)成l∶5關(guān)系的位置上，即可同時(shí)激發(fā)出比基頻高三度的第四泛音（第五諧音）。這一系列泛音的產(chǎn)生，無(wú)疑更加豐富了高音區(qū)的音色。

2、雙泛音的結(jié)構(gòu)在立式鋼琴中的應(yīng)用

在三角鋼琴的弦列結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，很多品牌鋼琴高音區(qū)的無(wú)效弦長(zhǎng)第I部分，都運(yùn)用了琴弦振動(dòng)的有效弦長(zhǎng)與有效振動(dòng)頻率諧和的倍頻諧波之間關(guān)系，使這一部分弦振動(dòng)產(chǎn)生諧音的效果。例如施坦威D系列的大三角鋼琴。在立式鋼琴的弦列設(shè)計(jì)中，一般中小型號(hào)的鋼琴很少使用這種結(jié)構(gòu)裝置，因?yàn)榱⑹戒撉俚母咭魠^(qū)的結(jié)構(gòu)條件有限，所以在130以上的大型立式鋼琴中應(yīng)用即可得到滿意的音色。哈曼尼的l33型號(hào)鋼琴就是成功的將這倍頻諧音原理運(yùn)用到了琴弦無(wú)效振動(dòng)的上下兩個(gè)部分，在碼釘與掛弦釘連接的這一段琴弦與有效弦長(zhǎng)成1∶1與l∶6之間的過(guò)度。這兩部分無(wú)效弦長(zhǎng)的充分利用必將會(huì)對(duì)高音區(qū)的聲音產(chǎn)生很大的影響．

三、雙泛音結(jié)構(gòu)應(yīng)用的聲學(xué)基礎(chǔ)理論

琴弦的振動(dòng)有四種形式：橫振動(dòng)、縱振動(dòng)、扭轉(zhuǎn)振動(dòng)、倍頻振動(dòng)。從振動(dòng)學(xué)的角度，通常把音樂(lè)聲分為“純音”和“復(fù)合音”兩大類。通過(guò)琴弦振動(dòng)實(shí)驗(yàn)得知，琴弦全段振動(dòng)的同時(shí)，1/2、1/3、l/4等段都在振動(dòng)（如圖4）．

;而且每段振動(dòng)產(chǎn)生的音都是諧音，這些諧音的迭加，合成了樂(lè)音。由于琴弦的分段振動(dòng)，產(chǎn)生的復(fù)合音中包括基音和泛音。一般情況下，復(fù)合音中的基音比較強(qiáng)，泛音的能量較弱，只有當(dāng)振動(dòng)體的質(zhì)量很重，激發(fā)振動(dòng)體的能量相對(duì)較弱（如鋼琴的低音弦振動(dòng)）．會(huì)產(chǎn)生泛音強(qiáng)于基音的情況。鋼琴高音區(qū)琴弦振動(dòng)恰恰相反，琴弦直徑相對(duì)小。若想在基音產(chǎn)生的同時(shí)，能夠激發(fā)一系列的泛音出現(xiàn)，就會(huì)有利于高音區(qū)音色的豐富多彩．三角鋼琴的高音區(qū)泛音結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，就是應(yīng)用了音樂(lè)聲學(xué)中的琴弦振動(dòng)的物理現(xiàn)象，琴弦振動(dòng)頻率與有效弦長(zhǎng)的比例關(guān)系。因此，三角鋼琴的高音區(qū)音色無(wú)論在音量上還是音色上，都能與其他兩個(gè)音區(qū)音色達(dá)到統(tǒng)一平衡的關(guān)系．

四、哈曼尼(Harmony)立式鋼琴高音區(qū)音響的雙泛音裝置

立式鋼琴高音區(qū)音響的雙泛音裝置，是和聲鋼琴?gòu)S于2005年獲得的中華人民共和國(guó)國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局的一項(xiàng)專利。該裝置的設(shè)計(jì)，是在三角鋼琴高音區(qū)采用單泛音基礎(chǔ)之上的更進(jìn)一步的創(chuàng)新，使琴弦有效振動(dòng)發(fā)音時(shí)，傳導(dǎo)上下兩段無(wú)效振動(dòng)區(qū)域(這兩段無(wú)效振動(dòng)區(qū)域分別是：三段壓線條壓在弦枕上方弦上所形成的一段弦．另一段是碼釘和下弦枕之間的一段弦）（如圖）。

產(chǎn)生與有效弦長(zhǎng)振動(dòng)頻率諧和的倍頻諧波，形成的是雙泛音的音響效果。這種結(jié)構(gòu)裝置，在制造加工中，要求壓弦條和弦枕的位置具有極高的精確度。因?yàn)楦咭魠^(qū)的基頻本身就很高，其第三、第五諧音通常就很難聽(tīng)見(jiàn)，而且聲音衰減的也很快，如果兩段無(wú)效振動(dòng)區(qū)域的琴弦沒(méi)有達(dá)到理論上要求的弦長(zhǎng)精度，就很難產(chǎn)生實(shí)際的雙泛音的音響效果，反而增加了制作工藝的復(fù)雜性。

哈曼尼鋼琴的真空鑄造技術(shù)生產(chǎn)的浮雕式圖案及編碼技術(shù)的鐵板、鑲嵌式鑄件弦枕、V型壓弦條等專利的使用，尤其是鑲嵌式弦枕，在鑄鐵板上鑄出一個(gè)凹槽，再鑲嵌一根直徑僅為2.5毫米的不銹鋼條作為弦枕，這樣一旦鋼琴用久了，弦枕磨損了可以換一根，鋼琴的基本尺寸還可以保持不變的．不銹鋼條作為弦枕可以保證弦枕與琴弦交點(diǎn)的一致性。從鑄出的凹槽來(lái)看，必須是很精確的，如果凹槽鑄出后變形或者高低不平，那么，弦枕的安裝就會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題，甚至整個(gè)鑄鐵板都報(bào)廢的．通過(guò)采用不銹銅錢鑲嵌在鑄件弦枕槽內(nèi)，實(shí)現(xiàn)弦枕面的R度統(tǒng)一，保持與各弦之間的接觸點(diǎn)一致，不會(huì)因弦枕銹蝕而產(chǎn)生誤差。無(wú)疑對(duì)立式鋼琴的高音區(qū)采用雙泛音結(jié)構(gòu)裝置提供了制造加工技術(shù)的保障。

結(jié)語(yǔ)

立式鋼琴高音區(qū)雙泛音的這種結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，在理論層面上給高音區(qū)增加了有效振動(dòng)頻率的諧和程度，在生產(chǎn)實(shí)踐中也提供了我們向完美音色追求的科學(xué)手段，從而形成了鋼琴音響的雙泛音效果，進(jìn)而達(dá)到豐富鋼琴高音區(qū)音色的作用。