鋼琴弦軸漫談之二

金先斌

【摘 要】 介紹鋼琴弦軸的變形及其與回轉阻力矩的關系，從而得出改進國產鋼琴弦軸松緊的措施。

【關鍵詞】 鋼琴弦軸；調音扳手；變形幅度；回轉阻力距

文章編號： 10.3969/j.issn.1674-8239.2014.08.011

A Talk about Piano String Axis （Part 2）

JIN Xian-bin

（Beijing Heintzman Piano Co.，Ltd， Beijing 101111， China）

【Abstract】This writer introduced the deformation of piano string shaft and its relationship with rotary torque， thus concluded the measures to improve elastic of the domestic piano string axial.

【Key Words】piano string axis； tuning wrench； deformation extent； rotary resistance moment

鋼琴是以弦為音源的樂器，是少有的需專業調律師負責調律的樂器。由于鋼琴琴弦張力較大、弦軸較緊，需使用專用工具，因此，駕馭工具成為核心技術。

調音扳手之所以難以駕馭，是因為把音調準之后放開調音扳手，音準就有變化，其變化的原因是弦軸的彈性變形。本文中，筆者將就弦軸的彈性變形加以解析，提出利用弦軸變形調音的方法以及改進弦軸變形的措施。

1 弦軸的變形

弦軸是以弦為音源的樂器的基礎部件，是纏繞琴弦、用以調整音高的重要零件。弦軸通過軸與軸孔壁的摩擦力來張緊琴弦，該摩擦力稱為回轉阻力矩。弦張力增大，回轉阻力矩也相應增大。當弦張力很大、阻力矩亦很大時，弦的張力就產生了對弦軸的切向力（橫向力或稱剪切力）。

在所有以弦為音源的樂器中，鋼琴琴弦的張力最大，總張力近30 t，每根弦的平均張力超過90 kg。當然，每臺鋼琴有220多根琴弦，因型號不同，弦的數量和張力略有不同。鋼琴的弦軸采用鋼軸，不僅張力大，軸的回轉阻力矩也較大，因此，調律時必須使用有加長手柄的專用工具——調音扳手。為了操作方便，將扳子頭一側的木柄加長，這就使得在扭轉弦軸時必然先產生對弦軸的切向力，當弦軸克服了切向力才開始轉動，使琴弦被張緊或放松，使音升高或降低。本文要研究的即是弦軸受切向力而變形的問題。

在巨大的弦張力和軸的回轉阻力矩的雙重切向力作用下，軸的變形是不可避免的。但軸過緊時產生的軸的較大變形則是有害的。一則調音困難，有時會造成弦軸折斷。二則弦軸過緊會造成軸孔壁的木材纖維被過度擠壓破碎而失去彈性。從鋼琴的生產制造方面來看，過緊的弦軸是低檔琴的標志，若琴軸的松緊都不能把握，其制造水平更是可想而知。

鋼琴的弦軸以低碳鋼制成，直徑為6.8 mm，軸的長度為65 mm，其中，42 mm載入鐵板，外露23 mm。外露的部分中，端頭以下的15 mm用以穿弦孔和調音的方頭，其余8 mm為繞弦和調弦圈所用。調音時，弦的著力點即在琴弦纏繞處。有人指出扭轉弦軸時應存在“扭曲”變形。事實上，盡管弦的回轉阻力矩達到100 kg，但直徑6.8 mm的鋼軸，在長度僅8 mm的前提下，即使理論上存在扭曲變形，也是微乎其微，對音高不會產生影響。因此，弦軸受切向力壓迫而產生變形的部分并不是弦軸外露在鐵板以上的部分。切向力作用在弦軸上，使弦軸彎曲變形的著力點應為鐵板木圈以下、弦軸板以上的部位。

弦軸產生的切向力，主要來自琴弦和調音扳手所放的位置。琴弦對軸的拉（張）力所形成的切向力是不變的，主要問題是軸過緊。軸的松緊與軸所受的切向力大小成正比，當軸的回轉阻力超過150 kg或更大時，軸會折斷就不是個別現象了。

調音扳手所放位置可有三種選擇，如圖1①所示。以調立式鋼琴為例，當扳手手柄放在時鐘“9點”位置時，若想提升音高，軸需作順時針旋轉，此時，弦軸所受切向力為“向上”的力，而琴弦拉（張）力所形成的切向力總是“向下”的。兩力相抵消，弦軸所受的切向力就很小，軸的變形相應也很小。當將扳手手柄置于“9點”處，降低音高時，切向力是“向下”的，琴弦拉（張）力也是“向下”，似乎形成有些人說的“壓線軸”。實則不然，因為弦的拉（張）力不會使軸旋轉、扳子向下，弦的拉力加上扳子的切向力，只要超過軸的回轉阻力，軸即會轉動，使弦軸受扳手施加的切向力很小。反之，將扳子置于“3點”位置，提升音高時，弦從軸的左側向下拉，扳手從右側往下壓，達到軸轉動提升音高的目的。此時，軸必須承擔左右兩側同時施加的切向力，不但不可能實現軸的微調，而且軸稍緊必斷無疑。由于三角鋼琴是水平放置，弦的拉力在軸的右側，所以，調律時扳手使用的角度與立式琴對弦軸受切向力的方向完全相同，由此可得出這樣的結論：若以為調三角琴用右手持扳子是正確的，則只能承認調立式琴用左手扳子是正確的，所以，調律師應該左右手都能持扳手。使用右手將扳手置于“12點”的位置，似乎左右運轉扳手都對軸無害，哪個方向都不會對軸施加重疊的切向力，無疑是好方法。但調三角琴時，除了調最高音身體轉到側面去，調其他音則不能將扳手置于“12點”位置操作。

2 軸的變形與阻力矩

根據分析可得出以下結論：軸的變形幅度與軸的回轉阻力矩成正比，即阻力矩越大，軸的變形越大；軸的變化越大，音越難調，音準穩定性越差。

弦的回轉阻力加大（軸很緊）、軸的變形加大，原因在于鐵板木圈強度弱，弦軸受切向力向一側傾斜時，木圈的一側被壓縮而形成軸的彎曲變形。由于鋼軸的彈性，一旦放開扳手、變形恢復，之前調準的音一松手又“跑”了。如此看來，降低軸的緊度即可解決問題。但弦軸保持一定的“緊度”是必要的，否則音準就難以保持。這就產生了兩個問題：一是軸的松緊度多少才適當；二是在適當松緊度前提下，如何盡力減少因軸受切向力影響的變形。endprint

弦軸適當的回轉阻力早已有成熟的實踐和理論數值：當弦的最大張力為150 kg～160 kg時，回轉阻力矩約為100 kg～110 kg。其計算公式②為：

（1）

式中：

M 表示回轉阻力距；

F 表示弦張力；

D 表示弦軸直徑；

d 表示琴弦直徑；

s表示系數（通常取50%）。

當弦張力為160 kg，弦軸直徑為7 mm，琴弦直徑為12 mm時，其回轉阻力距即為98.4 kg。

目前，國產琴弦軸過緊，大約源自上世紀70年代，使用五層薄木板膠合的弦軸板，加工過程受潮，導致弦軸松動的現象時有發生。所采取的措施，即加大弦軸的過盈量（軸徑大于孔徑的配比）。由于五層軸木板彈性較大，取得了很好的效果。1980年以后，普遍采用進口多層膠合板的工藝，熱壓時含膠量大，木材不易受潮，但木材彈性下降，且未及時調整軸與孔的配比。另外，有人認為新琴弦軸過緊，經幾年調律會磨損，孰不知調律對軸板孔壁的磨損微乎其微，完全可忽略不計（實驗報告見本刊2014年第2期《論鋼琴弦軸的松緊》一文）。

3 改進措施

上文講到軸的變形主要源自鐵板木圈強度不夠，但目前木圈的生產工藝和用料不可能使其強度增加，這就需要從以下方面解決。

筆者參加國際鋼琴調律師會議時，曾與某國調律師交流得知：他們的軸孔配比為6.8：6.6，即直徑為6.8 mm的軸，孔徑為6.6 mm。筆者大吃一驚，就問：“那軸不會松嗎？”，回答曰：“當然不會”。經思考得知原因如下：若木圈起不到握緊弦軸的作用，軸板與軸的摩擦，除去木圈和弦軸的倒角僅有25 mm，若將木圈進行處理，增加其強度，就沒有問題。

增加木圈強度的方法有多種：（1）采用新材料，如工程塑料、木纖維注塑；（2）將木圈進行浸膠處理；（3）將現在的鐵板軸孔由10 mm改為9 mm，不要倒角，木圈直徑改為9.5 mm，木圈倒角處向下強壓進鐵板。如此，一則將木圈強壓進鐵板孔，以增加木圈的密度，再則將鐵板孔徑減小即減少了木圈的壁厚，也就減少了木圈被壓縮造成的軸的彎曲變形量。

加大了木圈的強度，就增加了軸與孔壁的摩擦面積，適當加大軸孔徑就可以使得弦軸松緊適度，調起來很輕松，國產琴的口碑也會大大提高。細節決定品質。以上這個不必增加成本的小小改進，也許會對提高國產琴的質量起到不小的作用。endprint

弦軸適當的回轉阻力早已有成熟的實踐和理論數值：當弦的最大張力為150 kg～160 kg時，回轉阻力矩約為100 kg～110 kg。其計算公式②為：

（1）

式中：

M 表示回轉阻力距；

F 表示弦張力；

D 表示弦軸直徑；

d 表示琴弦直徑；

s表示系數（通常取50%）。

當弦張力為160 kg，弦軸直徑為7 mm，琴弦直徑為12 mm時，其回轉阻力距即為98.4 kg。

目前，國產琴弦軸過緊，大約源自上世紀70年代，使用五層薄木板膠合的弦軸板，加工過程受潮，導致弦軸松動的現象時有發生。所采取的措施，即加大弦軸的過盈量（軸徑大于孔徑的配比）。由于五層軸木板彈性較大，取得了很好的效果。1980年以后，普遍采用進口多層膠合板的工藝，熱壓時含膠量大，木材不易受潮，但木材彈性下降，且未及時調整軸與孔的配比。另外，有人認為新琴弦軸過緊，經幾年調律會磨損，孰不知調律對軸板孔壁的磨損微乎其微，完全可忽略不計（實驗報告見本刊2014年第2期《論鋼琴弦軸的松緊》一文）。

3 改進措施

上文講到軸的變形主要源自鐵板木圈強度不夠，但目前木圈的生產工藝和用料不可能使其強度增加，這就需要從以下方面解決。

筆者參加國際鋼琴調律師會議時，曾與某國調律師交流得知：他們的軸孔配比為6.8：6.6，即直徑為6.8 mm的軸，孔徑為6.6 mm。筆者大吃一驚，就問：“那軸不會松嗎？”，回答曰：“當然不會”。經思考得知原因如下：若木圈起不到握緊弦軸的作用，軸板與軸的摩擦，除去木圈和弦軸的倒角僅有25 mm，若將木圈進行處理，增加其強度，就沒有問題。

增加木圈強度的方法有多種：（1）采用新材料，如工程塑料、木纖維注塑；（2）將木圈進行浸膠處理；（3）將現在的鐵板軸孔由10 mm改為9 mm，不要倒角，木圈直徑改為9.5 mm，木圈倒角處向下強壓進鐵板。如此，一則將木圈強壓進鐵板孔，以增加木圈的密度，再則將鐵板孔徑減小即減少了木圈的壁厚，也就減少了木圈被壓縮造成的軸的彎曲變形量。

加大了木圈的強度，就增加了軸與孔壁的摩擦面積，適當加大軸孔徑就可以使得弦軸松緊適度，調起來很輕松，國產琴的口碑也會大大提高。細節決定品質。以上這個不必增加成本的小小改進，也許會對提高國產琴的質量起到不小的作用。endprint

弦軸適當的回轉阻力早已有成熟的實踐和理論數值：當弦的最大張力為150 kg～160 kg時，回轉阻力矩約為100 kg～110 kg。其計算公式②為：

（1）

式中：

M 表示回轉阻力距；

F 表示弦張力；

D 表示弦軸直徑；

d 表示琴弦直徑；

s表示系數（通常取50%）。

當弦張力為160 kg，弦軸直徑為7 mm，琴弦直徑為12 mm時，其回轉阻力距即為98.4 kg。

目前，國產琴弦軸過緊，大約源自上世紀70年代，使用五層薄木板膠合的弦軸板，加工過程受潮，導致弦軸松動的現象時有發生。所采取的措施，即加大弦軸的過盈量（軸徑大于孔徑的配比）。由于五層軸木板彈性較大，取得了很好的效果。1980年以后，普遍采用進口多層膠合板的工藝，熱壓時含膠量大，木材不易受潮，但木材彈性下降，且未及時調整軸與孔的配比。另外，有人認為新琴弦軸過緊，經幾年調律會磨損，孰不知調律對軸板孔壁的磨損微乎其微，完全可忽略不計（實驗報告見本刊2014年第2期《論鋼琴弦軸的松緊》一文）。

3 改進措施

上文講到軸的變形主要源自鐵板木圈強度不夠，但目前木圈的生產工藝和用料不可能使其強度增加，這就需要從以下方面解決。

筆者參加國際鋼琴調律師會議時，曾與某國調律師交流得知：他們的軸孔配比為6.8：6.6，即直徑為6.8 mm的軸，孔徑為6.6 mm。筆者大吃一驚，就問：“那軸不會松嗎？”，回答曰：“當然不會”。經思考得知原因如下：若木圈起不到握緊弦軸的作用，軸板與軸的摩擦，除去木圈和弦軸的倒角僅有25 mm，若將木圈進行處理，增加其強度，就沒有問題。

增加木圈強度的方法有多種：（1）采用新材料，如工程塑料、木纖維注塑；（2）將木圈進行浸膠處理；（3）將現在的鐵板軸孔由10 mm改為9 mm，不要倒角，木圈直徑改為9.5 mm，木圈倒角處向下強壓進鐵板。如此，一則將木圈強壓進鐵板孔，以增加木圈的密度，再則將鐵板孔徑減小即減少了木圈的壁厚，也就減少了木圈被壓縮造成的軸的彎曲變形量。

加大了木圈的強度，就增加了軸與孔壁的摩擦面積，適當加大軸孔徑就可以使得弦軸松緊適度，調起來很輕松，國產琴的口碑也會大大提高。細節決定品質。以上這個不必增加成本的小小改進，也許會對提高國產琴的質量起到不小的作用。endprint