專利名稱：提高低頻特性的鋼琴弦振系統(tǒng)的制作方法
專利說明 領(lǐng)域 樂器
背景技術(shù)：
鋼琴作為大型樂器，其名義低頻已潛至人耳聽覺下限，在音樂實(shí)踐中有著重要基礎(chǔ)地位。其良好的低音特性、音效，一直為業(yè)界期待和努力。
在樂器制造和音樂實(shí)踐中，對(duì)“低音”、“低頻”尚無統(tǒng)一劃分標(biāo)準(zhǔn)。本方案所稱“低頻”系指不高于200-250Hz的這段人耳可聞聲頻。
“低音”在音樂表現(xiàn)中給人主觀聽覺上以“低沉、厚實(shí)、雄渾、豐滿、溫暖”這種“低頻”所特有的基本特性。這種特性通常而言實(shí)質(zhì)上是由樂音這種復(fù)合音其基礎(chǔ)振動(dòng)即“基頻”分量其能量強(qiáng)度決定的。在通常情況下，低音其基頻能量如較突出，則意味著低音特性相對(duì)而言就更好①。
現(xiàn)有鋼琴低頻，低于200Hz以下的各低音，其振動(dòng)頻譜中的基礎(chǔ)成分聲輻射能量微弱；低于100HZ的各低音其基頻輻射已完全檢測(cè)不到②。人們聽到的實(shí)際鋼琴的這些低音，其實(shí)基本上只是這些各名義低音各弦振動(dòng)中的除基頻成份之外的其它各高次泛音的聲輻射。
鋼琴名義低音很低，但其低音音效名不副實(shí)，其低頻特性未達(dá)到其在正常技術(shù)架構(gòu)上應(yīng)有的相對(duì)更好的低音音效，與其不合理、不科學(xué)的低頻構(gòu)造直接相關(guān)。
有必要對(duì)鋼琴核心部件-鋼琴弦振系統(tǒng)(也稱張弦系統(tǒng))作簡要說明按十二平均律音高次序張緊于弦支架，此弦支架通常把過些弦分置為“低音弦列面”和“中高音弦列面”；弦支架置于形狀特征一定的聲輻射板(俗稱音板)上方，以相應(yīng)的“低音弦碼”和“中高音弦碼”溝通、聯(lián)結(jié)各弦和聲輻射板。各弦經(jīng)由支架上的調(diào)音釘，定位銷、孔或梁，弦碼上的定位銷，在弦碼上形成一定的平水、垂直折彎角后引至弦支架，弦支架穩(wěn)固于聲輻射板邊界厚重的外圍、支撐結(jié)構(gòu)上。
弦振系統(tǒng)有三個(gè)基本要素(1)弦參數(shù)，即弦材料、弦長、弦徑、弦張力、各弦構(gòu)成的張力分布特性參數(shù)；(2)聲輻射板參數(shù)，即聲輻射板材料、形狀、構(gòu)造參數(shù)；(3)“弦一聲輻射板”的聲耦合參數(shù)，即各弦通過弦碼在形狀特征一定的聲輻射板上的分布狀態(tài)參數(shù)。
顯然，在弦參數(shù)和音板參數(shù)一定下，此時(shí)影響弦振系統(tǒng)頻響特性的，只有聲耦合參數(shù)。
現(xiàn)有松木聲輻射板，盡管在其背面結(jié)合有基本等距、平行分布的肋木(加強(qiáng)肋)，但其在總體、宏觀上，無疑依然遵從胡克定律聲輻射板在其彈性限度內(nèi)，應(yīng)力與應(yīng)變成正相關(guān)。
聲輻射板受振動(dòng)的弦的策動(dòng)而做相應(yīng)的振動(dòng)而產(chǎn)生的聲輻射，可近似看作是各弦在以其弦碼點(diǎn)為策動(dòng)源園點(diǎn)的“振動(dòng)園” 聲輻射板在其有效尺度遠(yuǎn)小于低頻波長時(shí)(現(xiàn)有聲輻射板，其最大尺度不大于1m)，其聲輻射可作如下粗略近似分析 ③ (P總聲功率，K園頻率，R有效振動(dòng)半徑，ρ媒質(zhì)密度，C聲道，V振幅，S有效振動(dòng)面積) 此時(shí)低頻聲輻射功率和效率相應(yīng)處于較低的特性水平，且頻率越低則輻射特性越差。
低頻聲輻射的基本特性，客觀內(nèi)在的要求系統(tǒng)各低音弦與聲輻射板的聲耦合關(guān)系，在實(shí)際聲輻射板其有效尺度遠(yuǎn)小于低頻波長的約1m左右，和輻射板其剛性又處于相對(duì)較高水平的約束下，應(yīng)遵從這種輻射頻率越低則有效聲輻射面越大的基本規(guī)律，這樣低頻特性才會(huì)更好。這正如低頻揚(yáng)聲器，通常而言，在輸入功率一定下，大口徑揚(yáng)聲器比小口揚(yáng)聲器低頻特性好，有效低頻下限更低。
現(xiàn)有系統(tǒng)其聲耦合狀態(tài)即弦通過弦碼在聲輻射板上形成的有效振動(dòng)半徑如下表 單位cm
注1、各系統(tǒng)聲輻射板有效直徑不大于1m。
從上表可以看到1、在總體上，各低音弦均耦合在聲輻射板的相對(duì)邊界。
2、名義低音越低的各弦，其耦合位置越靠近聲輻射板邊界。
3、尤其立式，其低音弦存在耦合狀態(tài)不連續(xù)的錯(cuò)位。比如立式系統(tǒng)，通常的第26-30音弦在聲輻射板的耦合半徑通常約為30cm，而在從第26-30隨后的第1組弦始，其耦合半徑通常從約15-20cm，隨弦號(hào)的增加漸次達(dá)到聲輻射板中心位置。
這樣的“弦-聲輻射板”聲耦合狀態(tài)，顯然未充分用盡本也不算大的約1m最大園的聲輻射板最大有效振動(dòng)面積，因而其低頻特性和音效不能得以本應(yīng)可以有的更好的體現(xiàn)。
現(xiàn)有大型臥式系統(tǒng)，其產(chǎn)品設(shè)計(jì)意圖本是應(yīng)用于對(duì)音效要求更高的專業(yè)音樂廳等用途，因而大幅加長低音弦長，對(duì)音質(zhì)改善有利④，但實(shí)踐表明，這種單一加長弦長、未充分考慮到現(xiàn)有1m有效直徑聲輻射板，相對(duì)于低頻輻射而言其實(shí)不算大、且其弦一聲輻射板關(guān)系存在同樣耦合缺陷的系統(tǒng)，對(duì)低音音效的改善十分有限。顯然要進(jìn)一步獲得更良好的系統(tǒng)低頻特性，在大幅加長弦長同時(shí)，應(yīng)進(jìn)一步加大其聲輻射板有效振動(dòng)面積的線度。
現(xiàn)有立式和小型系統(tǒng)全面采用的“懸臂”低音弦碼結(jié)構(gòu)其設(shè)計(jì)用意顯然是使在有限的產(chǎn)品線度內(nèi)能設(shè)置盡可能長的弦長，同地又不使弦的耦合過份靠近聲輻射板邊界。這樣的構(gòu)造形式，表面上看起來有一定道理，其實(shí)不僅不可避免的顧此失彼，而且對(duì)音質(zhì)不利⑤。大型臥式系統(tǒng)通常就不采用這種懸臂結(jié)構(gòu)。合理的、科學(xué)的、優(yōu)化的低頻構(gòu)造，顯然不需要現(xiàn)有的“懸臂”弦碼這種“蛇足”結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容
現(xiàn)有系統(tǒng)其“弦一聲輻射板”耦合狀態(tài)關(guān)系不符合低頻聲輻射基本規(guī)律，因而低頻特性不好。本方案糾正其百年來的低頻構(gòu)造缺陷，使其回歸至應(yīng)有的科學(xué)本位，提高低頻特性、改善低音音效。
本方案對(duì)現(xiàn)有的通常26-30組低音弦、徑寬約40cm的低音弦碼，以相鄰弦互不碰擦為限，把弦在弦碼上的平均分布密度壓縮1/4-1/2，以進(jìn)一步盡可能把此低音弦碼耦合在聲輻射板有效振動(dòng)的中心區(qū)域，即壓縮后的相應(yīng)弦碼徑寬為20-30cm。
因弦碼徑寬被壓縮，為使通過弦碼的各弦，保持與現(xiàn)有在弦碼上基本相當(dāng)?shù)乃健⒋怪闭蹚澖?，同時(shí)又能保證各弦在引至弦支架上的平均密度與現(xiàn)有狀態(tài)基本等同相當(dāng)，不至使各弦在弦支架上的穩(wěn)固定位產(chǎn)生不能實(shí)現(xiàn)的困難，本方案其低音弦碼是一其上表面相對(duì)其水平底面，有一從最低音弦所處弦碼的碼端至其另一端，在其垂直方向上由高至低、漸次降低高度的斜面，以使得其從最低音弦始至其另一端各弦，在從弦碼上拉至弦支架上穩(wěn)固定位時(shí)，所拉過的距離漸次由長至短。這樣，各弦在弦支架上的分布密度因各弦在弦支架上的交點(diǎn)相對(duì)現(xiàn)有被斜向拉長又得以必要減小，從而順利穩(wěn)固弦端。
本方案立式系統(tǒng)，低音弦碼被重疊合并于中高音弦碼的低音端，即相對(duì)現(xiàn)有呈X狀的兩條弦碼整體系統(tǒng)，本方案只有一條低音端起始于聲輻射板最大有效振動(dòng)面積中心區(qū)的一條弦碼；低音弦列下方的弦碼碼體上，有用以使中高音弦通過、形成各有效弦長的相應(yīng)的小通孔。
本方案小型臥式系統(tǒng)(通常長度不大于2m)，相當(dāng)于把現(xiàn)有系統(tǒng)其聲輻射板的形狀反轉(zhuǎn)過來呈左右對(duì)稱，這樣本方案系統(tǒng)與現(xiàn)有系統(tǒng)其長寬尺寸在基本相當(dāng)、在各低音弦長與現(xiàn)有基本相當(dāng)下，因各弦相對(duì)本方案聲輻射板的向右偏轉(zhuǎn)，從而相應(yīng)向右、向下偏移較大相應(yīng)角度，進(jìn)而各低音弦，在保證與現(xiàn)有相當(dāng)弦長下，其在聲輻射板上的耦合位置，從聲輻射板現(xiàn)有的相對(duì)邊界向其最大園中心移動(dòng)、靠近相應(yīng)較大距離，以實(shí)現(xiàn)各低音弦盡可能耦合在聲輻射板中心區(qū)。
本方案大型臥式系統(tǒng)，相對(duì)小型系統(tǒng)，大幅加長低音弦長的同時(shí)，大幅增大有效振動(dòng)面積線度。而把其有效線度加大到與低頻輻射聲波波長相當(dāng)、乃至更大的線度，顯然是不實(shí)際的。本方案把現(xiàn)有通常不大于1m有效直徑的聲輻射板，增大為2-2.5m。
本方案立式、大型、小型系統(tǒng)，其弦在聲輻射板上形成的有效半徑的“弦-聲輻射板”耦合狀態(tài)參數(shù)，以下表概括 單位cm
本方案各弦在弦支架上聯(lián)結(jié)、定位、在弦碼上的聯(lián)結(jié)、定位，相應(yīng)的與現(xiàn)有系統(tǒng)基本相同一致。

圖1是本方案立式系統(tǒng)聲耦合構(gòu)造實(shí)施例圖。
圖2是本方案小型臥式系統(tǒng)聲耦合構(gòu)造實(shí)施例圖。
圖3是本方案大型臥式系統(tǒng)聲耦合構(gòu)造實(shí)施例圖。
圖4是本方案低音弦碼構(gòu)造實(shí)施例圖。
圖5是本方案低音弦列在其弦碼“上表面”的分布示意圖。
圖6是本方案低音弦列在其弦碼高度方向上的分布、折彎示意圖。
圖7是本方案立式系統(tǒng)，兩弦列共用弦碼部分，其各弦列的各弦在通過弦碼上的定位銷和通孔后，在與弦支架甲板相交、穩(wěn)固定位的聯(lián)結(jié)關(guān)系、特征示意圖。
其中，1和11表示低音弦列面，2表示低音弦碼所處的聲輻射板最大園，3表示低音弦碼，4和5，表示低音弦列面之外的另一弦列面，即中高音弦列面，6表示琴體外輪廓，7表示低音弦列面之外的另一弦列面的弦碼，即中高音弦碼，8表示中高音弦列面各弦的“一端”的軌跡線，9臥式系統(tǒng)鍵盤位置，10聲輻射板邊緣線，12表示低音弦列面各弦的的“一端”的軌跡線，13表示立式系統(tǒng)最低音弦所在聲輻射板上，以其“耦合點(diǎn)”為策動(dòng)源點(diǎn)的在聲輻射板上的最大有效振動(dòng)園，14和15及其對(duì)邊外輪廓線，構(gòu)成現(xiàn)有立式系統(tǒng)外廓，16弦碼碼體，17小通孔，18表示定位釘或孔，19表示低音弦列中的弦，20表示各弦通過弦碼后的、弦支架甲板的邊緣，21表示中高音弦列，通過弦碼后的小通孔的各弦，在甲板上的各交點(diǎn)的軌跡線，22表示低音弦列各弦通過弦碼后，在弦支架甲板上的各交點(diǎn)的軌跡線， 具體實(shí)施方式
低音弦碼是一其“上表面”相對(duì)其水平底面，為一從最低音端至另一端，漸次相應(yīng)降低高度的斜面。這個(gè)斜面使得從最低音端至另一端的各弦，在通過弦碼拉至弦支架甲板穩(wěn)固定位時(shí)，其各弦從最低音弦拉過的距離，漸次減小距離，這樣，各弦在弦支架甲板上的分布密度，因各弦在甲板上的交點(diǎn)相對(duì)現(xiàn)有被“斜向拉長”而相應(yīng)降低，各弦相應(yīng)在弦支架上穩(wěn)固定位問題得以解決。
本方案各系統(tǒng)，弦列架把低音弦列設(shè)置在中高音弦列之外，與現(xiàn)有各系統(tǒng)基本相同一致。
圖1所示本方案立式系統(tǒng)聲耦合構(gòu)造實(shí)施例，相當(dāng)于把現(xiàn)有立式系統(tǒng)[(14、15)及其各對(duì)邊的外輪廓所構(gòu)成的矩形]，從其最低音上端始，沿其相應(yīng)的左上方，漸次向原有弦長上端向外即向左上方延伸。低音弦列面(1-11)從其上端(12)，指向處于矩形聲輻射板[由直線(10)和相應(yīng)的外輪廓構(gòu)成]右方的最大園(2)中心區(qū)域，聯(lián)結(jié)于低音弦碼(3)上。
低音弦列(1-1.1)下方，其弦碼碼體上有相應(yīng)的用以使中高音弦列(4-5)中，若干低音弦通過并形成各自有效弦長的小通孔(17)。這樣，本方案低音弦碼重疊合并于中高音弦碼低音端之上。
圖2所示本方案小型臥式系統(tǒng)聲耦合構(gòu)造實(shí)施例，相當(dāng)于把現(xiàn)有產(chǎn)品的聲輻射板沿其縱向的直線邊反轉(zhuǎn)過來，與現(xiàn)有呈左右對(duì)稱。
聲輻射板低音弦所處最大園(2)直徑不小于1m，低音弦列(1-11)從弦支架鍵盤端(12)處，指向相對(duì)現(xiàn)有徑寬被壓縮25-50％的低音弦碼(3)弦，耦合在聲輻射板最大園中心區(qū)，構(gòu)成其各有效弦長。
圖3所示本方案大型臥式系統(tǒng)聲耦合構(gòu)造實(shí)施例，與圖1相較，其效弦長更長，最大有效振動(dòng)面積更大，聲輻射板最大直徑2-2.5m。
本方案各實(shí)施例中，其各低音弦在聲輻射板上所形成的聲耦合關(guān)系如下表 單位cm
從本方案各實(shí)施例可以看到1號(hào)弦(11)有效振動(dòng)半徑(13)，與聲輻射板低音區(qū)最大園半徑(2)基本相當(dāng)?？傮w上，本方案系統(tǒng)各低音弦充分用盡1-2.5m直徑聲輻射板面積。
本系統(tǒng)，中高音弦列構(gòu)造，按與現(xiàn)有相應(yīng)特征、措施基本相同一致的方式，與本方案低音弦列構(gòu)造結(jié)合一起，構(gòu)成完整的本方案弦振系統(tǒng)。
參考書目
①《音的歷程-現(xiàn)代音樂聲學(xué)導(dǎo)論》文聯(lián)社03年5月第一版第62-63頁
《力學(xué)》河南教育社1988年1月版第447-448頁
②《鋼琴制造》輕工社60年版第50-54頁
③《中國大百科全書·物理卷2》百科社88年版第932頁
④《鋼琴制造》輕工社60年版第26、144頁
⑤《鋼琴制造》輕工社60年版第59-60頁
權(quán)利要求提高低頻特性的鋼琴弦振系統(tǒng)，各低音弦通過弦碼耦合在聲輻射板上的有效振動(dòng)半徑不小于10cm漸次至30cm的位置/或各低音弦其在聲輻射板上的有效振動(dòng)直徑與聲輻射板低音區(qū)最大有效直徑之比不小于1/5漸次至1/4-1/3，其特征是，各低音弦通過弦碼耦合在聲輻射板上的有效振動(dòng)半徑不小于35-40cm/或各低音弦其在聲輻射板上的有效振動(dòng)直徑與聲輻射板低音區(qū)最大有效直徑之比不小于7/10或4/5；各低音弦聯(lián)結(jié)在相對(duì)現(xiàn)有弦碼徑寬壓縮1/4-1/2、上表面相對(duì)其底面為斜面的低音弦碼上；立式系統(tǒng)其低音弦碼下方有用以使弦通過的小通孔，其系統(tǒng)弦列相對(duì)現(xiàn)有的X狀，呈狹長的銳三角形。
專利摘要提高低頻特性的鋼琴弦振系統(tǒng)。根據(jù)聲輻射基本規(guī)律，糾正現(xiàn)有系統(tǒng)百年來的低頻構(gòu)造缺陷，使其回歸至應(yīng)有的科學(xué)本位，即改系統(tǒng)“弦—聲輻射板”聲耦合構(gòu)造關(guān)系于聲輻射板的相對(duì)邊界為其有效振動(dòng)中心區(qū)域通過把低音弦碼與中高音弦碼重疊合并為一體、低音區(qū)弦碼體上的若干用以使弦通過并形成有效弦長的小通孔、把立式系統(tǒng)各低音弦從其左、上方拉出；大型臥式系統(tǒng)聲輻射板加大至2-2.5m；各系統(tǒng)均棄用懸臂結(jié)構(gòu)弦碼措施，從而改善低頻特性，提升低音音效。
文檔編號(hào)G10C3/08GK201117225SQ200620008740
公開日2008年9月17日 申請(qǐng)日期2006年3月21日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月21日
發(fā)明者楊治安 申請(qǐng)人:楊治安