CN1110788C - 钢琴的调音系统 - Google Patents

Abstract

一种钢琴或类似乐器的调音系统，其包括一个由铸铁、合成材料、锌或含有润滑成分的合金制成的金属组件(44)或单元(50)和调音销(10)、销(10)有一个由套筒(30)环绕的凹槽(14)，套筒由青铜或黄铜制成在调音时可起到保护销协助销运动的功效。销(10)上有一个径向头部(12)置于孔(26)中的径向互补空腔(31)内，使销(10)可以沿轴线(24)转动和摆动。随着在锁定螺钉(34)的曲面端部(38)上转动在锁定螺钉(34)压向销平面端(32)的压力作用下，使销(10)和套筒(30)保持在组件(44)或单元(50)中。调音端可自由地在孔间隙(33)中运动。调音系统可提供自保持销(10)，套筒(30)和锁定螺钉(34)的组件(44)，也可提供一个或几个销模块或分离的单元(50)，且可通过一个或多个有螺纹孔的突出部(27)从后面安装在钢琴框架上。

Description

钢琴的调音系统

技术领域

本发明涉及钢琴和类似乐器的调音系统结构的改进。

背景技术

弦乐器的传统调音销包括一个旋入硬木调音销基座中的金属销。金属销长约60-65毫米。它们在一端有一方形截面端以安置调音杆且向远离调音端方向带梢。该带梢端上有细螺纹部。螺纹带梢端置入硬木销座中，在销座上钻一比销直径略小的孔且销被压入孔中。带梢销上有细螺纹且靠摩擦使其保持在这较小的孔内(见图5)。琴弦按所需张力缠绕在销上。

其应力必然由木材承受，这样就会经常导致基座的破裂、裂缝或凹陷。此外，木质基座还要受湿度和其他气候变化的影响。

木质基座一旦破裂、凹陷、裂缝、收缩或扭曲，由于修复工作需要太多的人工使得修复成本太高，所以在大多数情况下钢琴都得不到抢修或修复。老式钢琴常见的主要缺点是由于基座的凹陷、破裂或裂缝而使其不能保持原有的音调。

在某些情况下，现代制造工艺混合使用叠层的销座和较大直径的调音销。这样做的目的是减少气候变化对其的影响和提高音调的稳定性。但是这些措施使后续的调音工作更加困难。

传统木质调音销基座是由精选硬木料制成，从环境保护角度来看，这些木材资源正在缩小。

调一根弦要分两个步骤。先旋转销，然后“固定”销以抵消调音销的内扭矩。由于设计上的差别，与立式钢琴相比，大三角钢琴的调音需采用不同的技术。然而其原理相同，现结合图6加以描述。

调音杆长约300毫米且通过调音头安装在调音销上，使手柄偏对销成直角(通常位于12点与2点之间)。钢琴调音工使用杠杆装置旋转和设定该销。

由于调音工具的作用，销围绕其轴旋转，销内产生内扭矩(弯曲和挠曲)。销弯曲或挠曲足以改变弦的音调。因此，销应被多转一些角度直到弦的频率略高。销的转动直此完成。

这一步需要“固定”销。销承受调音锤回扭以补偿其内部扭矩，把它沿轴向下拉。销只需少许被推起或拉下直到它在销座中得到一个稳定的位置保持弦在正确的音调上。这个过程是公知的称为销的设定。为获得正确、稳定的调音这一步是必要的。

当把销装上弦后，销必须牢固的夹在销座中，因为弦的拉力可以大到150磅。在得到夹紧的过程中，随销的旋转而产生内部扭矩(弯曲或挠曲)。在基座中要找到销的夹紧(保持弦有正确的张力且不退绕)和销的平滑转动(减小内部扭矩和由此对销设定的需要)之间的平衡。

如本领域有关技术人员所知，一个调音销或在金属或在木制基座中应可“设定”即，在把销旋转之后还要使之松动、摆动或沿其轴转动地加以控制。销所需改变弦的音调(测定每秒的振动次数)所做松动(摆动或转动)的量是小的。需要对销作精密调节以获得稳定的音调，要预先设置不大的销内扭矩及平衡弦的张力(取决于每架钢琴不同设计的因素)。

“设定调音销”在Arthur A.Reblitz先生的题为“钢琴调音服务和修复”文章中有所描述，它由Vestal出版社1976年9月出版(参阅第45页及下文)。其文得到The Piano Technicians Guild ofAmerica和Steinway and sons的John H.Steinway先生的首肯和赞同。

传统设计中销是通过“挠曲”设定在木质基座中的。由于销采用的长度和材料，使得在木质销座中松动金属调音销不会对销和木质基座产生伤害。然而，在使用金属销座的结构中，在不把其紧到最终断掉的情况下，是不能把牢固地嵌入销座中的短销松放或设定的。这是一个按在1907年5月22日Beale和Veader提出的澳大利亚专利申请8777/07(见图9)所制钢琴中的公知的问题。在这种结构中，销有一个锥形螺纹头置于一个锥形空腔中。销由一个锁定螺丝固定在位。锁定螺丝的端曲面端有助于销的旋转。这个锥形头允许销旋转但能沿其轴线转动和摆动。空腔形成一个强制锁定锥体，会导致销的受剪切。

销座结构的另外现有技术包括了与第二种调音机械装置相结合的原则。例如，在德国专利DE-B-55353(见图6和7)中，有球形塞的销被一个柱顶住。销由一个凸轮的偏心盘作垂直控制。由于其球形端，塞总会在弦的拉力方向上被拉向其最低位置。偏心盘被调得使塞垂直倾斜，因此提高弦的音调，实现微调。

不管其设计如何，调音销必须能少量地过转动，然后向弦拉力的方向松放和设定。专利DE-B-55353中销可被少许地过转动，但不能做钢琴所需以保持其音调的销和弦的设定，原因是由于弦的拉力使销总是处于它最低的位置。因此球形头的销是一个缺点。由于在不能补偿所需销和弦的应有的设定方面不会令人满意所以需要一种改进的结构。

发明内容

本发明的第一个方面，给出的钢琴和弦乐器的一个调音系统至少包括一个调音销，用于容纳上述调音销的有一个孔或数个孔的金属组件或单元，上述每个调音销有一个带顶部的头部，一个远离上述顶部的调音端用于安装调音装置，一个穿通上述调音端的孔用于把调音弦紧固在上述销上，一个保持装置把上述销保持在各孔中不动且具有端部，销的顶部可在其上转动，其特征在于：上述头部是径向的，具有椭圆体的表面，所述调音端从每个上述孔中伸出且上述径向头部保持在各相应孔中的互补的径向空腔中。上述各孔在上述销的调音端与上述金属组件或单元之间有转动间隙，由此位于上述互补的径向空腔中的上述径向头部使上述销可沿其纵向轴线旋转或摆动。

本发明的第二方面，设置钢琴或弦乐器的调音销，它包括一个用于安装调音工具的调音端，和一个穿通上述调音端把调音弦固定在调音销上的孔，上述调音销的特征在于在上述调音端远端有一个头部，上述头部是径向的，具有椭圆体的表面。

本发明另一方面，用作钢琴或类似乐器的调音销上还有与上述的头部相连的槽部，一个套筒套在上述槽内。

本发明的再一方面，给出了自保持销、套筒和锁定螺钉组件，根据本发明的第二及另一方面的销包括在一个由复合金属或合金制成的壳体内，其内含有润滑成分，上述调音销的单元或单独或在一个或多个基座中，然后采用一系列的带梢的金属螺钉、螺栓或其它固定方式从乐器前方或后方对金属框架安装平整。上述安装螺钉或螺栓孔是在一个或几个向外的突出部上钻成或铸成的，组件或单元借助突出部固定在上述金属框架上。

相对于上述销的轴线，销上径向突出头部的半径最好为8毫米。尽管套筒可以采用尼龙或其它合适的塑料材料，但最好使用烧结铜或黄铜制成。

此处术语径向的意思是实质上是一个椭圆体的曲面。决定径向头部和互补的径向空腔的参数是可使销围绕和沿其纵向轴的转动方式有所不同。

附图说明

现结合附图对本发明最佳实施例予以说明：

图1示出本发明的销和单元结构第一实施例的分解透视简图；

图2示出了固定在金属框架上的自持式独立组件；

图3示出了本发明中放置调音销和锁定螺钉的块状一组调音销孔或调音销孔的分离单元；

图4示出了本发明的第二实施例销部件的分解透视简图；以及

图5-9示出了现有技术的调音销配置情况。

具体实施方案

如图1所示，调音销10上有一个径向头部12，一个凹槽部分14和一个调音端18(固定钢琴弦)。众所周知，弦孔20穿过调音端18，以插入钢琴弦。

如传统的调音销那样，调音端18被制成有四个平面22以放置调音锤或调音杆。调音工使用这种工具或调音锤(未示出)围绕轴线24转动调音销，把琴弦调到预想的音调上。

图1中的每个调音销10安置在组件44或单元50中的孔26中。套筒30环绕着凹槽部分14。此套筒可以由烧结青铜或黄铜制成并且可是环状或有缝的。销10与径向头部12安放在孔26中，与互补的径向空腔31接触。

销10有一平顶部32，锁定螺钉34可以作用其上，锁定螺钉34可以旋入组件44或单元50的螺孔中。锁定螺钉34有一个曲面端38使销10的平顶部32与锁定螺钉34的点接触。以便销10在锁定螺钉34曲面端38上转动。锁定螺钉34有一个成型端或有插孔的端40，可以使用像Allen匙这样的调节工具相对于空腔35旋转锁定螺钉34。把锁定螺钉34旋入空腔35可以提供把销10紧固在孔26中所需的力。

径向头部12允许销10在端面38上旋转支点及在孔26的转动间隙33中绕轴线24转动与摆动，使销10进行调音和设定。

如图1，2和3所示，这些销既可用在一自保持单独的销组件44上，也可以用于分成一块或多块或例如由低、中和高音部分组成的销单元50(图3)上。图2示出了一个单销，这样的组件可以包括数个销和相应的孔并且可用来生产新钢琴或维修、替换钢琴损坏的部分。这些自保持组件44或单元50可用一个或多个夹具，如金属突出部46或类似物固定在钢琴框架28上。

虽然以下只是对单个销进行阐述的，应该清楚该阐述对多销也是适用的。由于钢琴每一部件的标定和设计都有它的独特性，那么调音工作往往需要有不同的技术措施。这里所述结构提供了出现这种变化时的可行的解决方案。

给钢琴调音时，销10绕轴线24转动。径向头部12与套筒30能使销10自由运动且提供平滑和均匀的手感，可把琴弦很快地调到所需音调上，因此，在这种情况下减少了设定销的要求。

当调音工把销10急速装上时，其设计要使在应力点周围的压力有实质性的减少。径向头部12消除销的挠曲与弯曲且允许销10绕轴线24转动及在转动间隙33间在互补的径向空腔31中在锁定螺钉34的转动支点38上摆动。销10与组件44或单元50之间最佳的转动间隙在0.01-0.05mm之间。

感觉上的连续性有可能使调弦工作“自动”进行。例如，用力矩传感器、电动工具能首先把弦调到所希望的预定的力矩。调弦就可以由测量弦的谐振(频率扫描信号最大的响应)或检测其频率响应时的弦振动决定。通过调整(增加或减少)工具提供的力矩，反复调弦直到找到希望的音调。由于从一个销到另一销的力矩不一致性使得这项技术不能应用到现有的系统上。当采用套筒30时，它可以在组件44或单元50与销10之间形成一个缓冲，也可以调节转动间隙33且还可以保护销10以免在此关键间隙周围磨损。径向头部12、套筒30能在需要时，使销10在销上不产生过度的应力的情况，可以把弦均匀有效地调到正确音调上，因此就可以消除销被卡住或破裂的可能性。销10的弧度使得销与常规的调音销相比在调音和设定方面上手感要好得多，使从一个到另一个销感觉的连续性得以保持，使销10和弦可以被有效地设定，克服了压紧手柄(未示出)施加到弦上的张力。

在不产生滑动的情况下，可以采用润滑剂减小销与径向空腔31间的磨擦。锂基润滑脂被证明是适用的。

被分解成几个自保持销的组件44(图2)，或者一个或数个调音销块或单元50(图3)的调音系统使得装弦前组件44或单元50简便有效地安装在钢琴板上成为可能。这样的组件与钢琴板互锁形成了构架，增加和加强了琴板的强度，由于调音系统的尺寸比任何琴板本身的尺寸都要大。标准琴板都太薄而不能安装销10和锁定螺钉34。

单元化的调音系统消除了在存贮、处理、组装和装配的成本方面及现有普通调音系统在工厂中的有关问题。

组件44或单元50与现有技术相比制造成本低得多、安装简便。组件44或单元50通过其上的突出部27中一系列螺丝孔29中拧入螺丝或螺栓固定在琴板上，也可用其它方式固定。

为了增加强度，销10和锁定螺钉34由退火合金钢制成，而套筒采用烧结青铜或黄铜。销或螺钉可以发蓝、镀镍或镀铭或镀其他材料。单独的组件44或独立分开块体或单元50可由铸铁、合金、锌或含有散布片状石墨或类似润滑成分组合材料制成。为了使销10在调音和设定时可以流畅地沿轴线24转动和摆动，在与锂基润滑脂或其他外部润滑剂接触时含有润滑成分的这种组合材料是必要的。标准铸铁琴板不含这样的成分也就不具有这些特性。

组件44或单元50的包含铸铁或合金材料化学成分中散布片状石墨的全部含碳量最好在15-20％。铸铁的含碳量最高可达4％。

尽管以上发明所述是一个最佳实施例，但是本领域熟练技术人员在其知识领域内还可做出各种改变，如，套筒30以改变或延伸装配在径向头上，以进一步减少销10和径向空腔31之间的磨损。还可以如图4中所示，把套筒30和杆凹槽可一同略去。

在锁定螺钉34的曲面端38与销10的平端面32之间可以放置一滚珠轴承，再在两个面之间放置一个中空杯以放置轴承，这样可以减少销10与锁定螺钉34之间的摩擦。

分离的径向空腔支座与径向空腔支座架可以被整体地由有径向空腔的组件44或单元50替代。有径向头部的销可以装配到有截锥孔或半径略大的孔的组件44或单元50中。

锁定螺钉的直径或螺距是可以改变的，销的半径和/或长度也可以变化，以适应当转动间隙33变化成卵圆或其他不同的形状的情形。

独立的组件44或单元50可以改变大小、形状、尺寸，或设计成装配到钢琴框架上。或不用螺栓焊接，密封，锁定，弹簧锁定，用螺钉拧紧在一起，而作为一个弹性夹头安装在导轨上，或以其他安装方式装配在框架28或从钢琴前方或后方安装在现有的销座或后肋木上。

锁定螺钉34也可用凸状的，半球状的、尖头的、锥形的或其他适于减小摩擦支撑销的端面32的形状代替曲端面38，或当销头部有中凸的端面，它可采用平面。其它诸如塑料、金属、陶瓷、合成材料或合金材料与润滑成分对组件44或分开单元50，套筒30，销10或锁定螺钉34是适用的，以上这些材料相互间有相似的抗压强度和摩擦系数，但比铸铁、合金、锌、青铜或黄铜的抗压强度和磨损系数要高。

销10、组件44，单元50和锁定螺钉34可用硬化、渗氮或采用其它处理以提高性能和减小磨损。

径向头部可减小销的挠曲和弯曲，销可绕轴线转动且销可在锁定螺钉曲面端旋转互补的径向腔中相对轴线摆动。这样就可以在没有销压力的情况下调整音调。

锁定螺钉的端曲面有以下四个功能：

1.在希望设定压力下把销固定在孔中，保持锁定螺钉与销之间只有一个接触点。

2.保持钢琴弦有适当的张力。

3.在需要时，可以使销立即调到所需的音调。

4.使销在孔中绕轴线转动，而在销中不产生应力。

径向空腔可使销在组件或单元中摆动，回转并固定而不致在销上产生应力且能防止销在其中堵塞，或防止由于腐蚀或其它原因把销卡住，而不是靠强行楔入锥形物把销固定在腔内(如Beale现有技术)、套筒保护销不受磨损或应力，当转动销时协助销运动且在销与组件或单元之间形成缓冲，因此在调音工快速调音时起保护作用。

单独的自保持销组件可以简便地装到任何一架钢琴琴板上，且不需对琴板进行任何加工，只需对乐器进行最低限度的美化即可。

销的分离体或单元可使单元与琴主体分别制造，这种系统可简单有效地安装于各种琴板上。

孔的转动间隙可使销旋转、摆动，在预定参数下例如间隙在0.01-0.05毫米之间，销在组件与单元中转动，当需要时可简便地设定。

Claims (13)

1.一种钢琴或弦乐器的调音系统，它包括至少一个调音销(10)，一个有保持装置(34)的金属组件或单元(28)，上述每个调音销(10)有一个带顶部(32)的头(12)，一个在上述顶部(32)远端的调音端(22)用于安装调音装置，上述调音端(22)上通孔(20)用于把弦固定在销(10)上，上述保持装置(34)将上述销(10)保持在孔(26)中，且该保持装置有一个端(38)与上述顶部(32)之间形成上述销(10)的枢支点，其特征在于：上述头部(12)是径向的，其表面是一椭圆体的表面，上述调音端(22)由每个上述孔(26)中伸出，上述径向头部(12)保持在每个上述孔(26)中的互补径向空腔(31)中，上述每个孔(26)有一个在上述销(10)的调音端(22)与上述金属组件或单元(28)之间形成的转动间隙(33)，从而在上述互补径向空腔(31)中的所述径向头部(12)使上述销(10)可沿它的纵向轴线转动和摆动。

2.如权利要求1所述的调音系统，其特征在于，其还包括一个在上述径向头部(12)与上述调音端(22)之间的凹槽部分(14)和一个在上述凹槽部分(14)内的套筒(30)。

3.如权利要求2所述的调音系统，其特征在于，上述保持装置(34)是旋入孔中的一个锁定螺钉。

4.如权利要求3所述的调音系统，其特征在于，上述调音销(10)的上述顶面包括一个平的顶部(32)，而螺钉(34)有曲面端(38)，它顶住上述调音销(10)的平的顶部(32)。

5.如权利要求4所述的调音系统，其特征在于，上述调音销和锁定螺钉由回火硬化高强度钢制成，上述组件或单元是由铸铁、合成金属、锌或含有散布片状石墨的合金制成，其总含碳量为15-20％。

6.如权利要求5所述的调音系统，其特征在于，上述套筒是由烧结青铜或黄铜制成。

7.如权利要求5所述的调音系统，其特征在于，上述套筒由尼龙制成。

8.如权利要求6所述的调音系统，其特征在于，上述转动间隙是0.01-0.05毫米。

9.如权利要求7所述的调音系统，其特征在于，上述转动间隙是0.01-0.05毫米。

10.一种钢琴或弦乐器的调音销(10)，其包括一个用于容纳调音杆的调音端(22)，一个穿过调音端(22)的孔(20)用以固定上述调音销(10)上的调音弦，其特征在于：上述销(10)在上述调音端(22)的远端有一头部(12)，上述头部是径向的，具有一个椭圆体的表面。

11.如权利要求10所述的钢琴或类似乐器的调音销，其特征在于，其还包括一个在上述头部(12)与上述调音端(22)之间与上述头部(12)相连的凹槽部分(14)和一个安放在上述凹槽部分(14)中的套筒(30)。

12.如权利要求11所述的调音销，其特征在于，上述套筒由烧结青铜或黄铜制成。

13.如权利要求11所述的调音销，其特征在于，上述套筒由尼龙制成。

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