CN1291765A - 平台式钢琴音板的用料加工拼接方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及钢琴制造技术领域,尤其是平台式钢琴音板的用料加工拼接方法。是将云杉原木按所需长度分段,并对径切后板条分别对应使用在音板的高、中、低音部,并依次拼接音板高、中、低音部,且原木的朝向和板条的朝向和大小头方向保持一致。本发明可大幅度提高木材利用率,节省共振材,减少调整音板厚薄的工作强度,效率成倍提高;工艺可靠性增强,试验性降低;容易得到均衡的频率响应及得到无尖锐共振的最大程度的共鸣,音板的灵敏度损失可降以最小程度,使平台式钢琴性能得到明显提高。

Description

平台式钢琴音板的用料加工拼接方法

本发明涉及钢琴制造技术领域，尤其是平台式钢琴音板的用料加工拼接方法。

目前，钢琴音板加工技术有两种：一是云杉原木径切后的木条拼接的，谓之实木音板。一种是用较差的云杉切片或其替代料做成胶合板的芯板，表面再复以云杉径切的薄皮的复合音板。《钢琴调律与有关技术》(P84-87、P91-102、P162-163、P197、P201，威廉·布雷特·怀特著，王可茂译，1992年1月人民音乐出版社)；《钢琴知识问答》(P34-37、P40-41、P107、P140-153、P307-310，马伟著，1992年10月，中国文联出版公司)；《音乐物理学导论》(P4-5、P143-147、，唐林、张永德、陶纯孝著，1991年12月中国科学技术大学出版社)；《钢琴的调律及维修》(P8，张琨著，1986年8月第2版、1991年6月第五次印刷，人民音乐出版社)；《中小学音乐教育》中的《怎样识别钢琴质量》(P18，林时杨著)；《森林利用学》(P131，北京林业大学主编，中国林业出版社)。在这些文献中，对两种音板均作了较为详尽的介绍。其中的实木音板的效果较好，层叠胶合板式音板主要是为节省共振材及立式钢琴而加工的。传统的实木音板要求用宽窄大致相同(约10cm)的径切板，年轮间隔在3mm以内。而这样的要求，从材料的利用上讲，并不科学。主要存在以下问题：1、木材利用率低(30％以内)，而能用于制作音板的共振材资源越来越少。2、音板的调整工作强度大，效率低。3、试验性强，此块与彼块音板的调整再现性差，工艺可靠性低，批产品质量难以在高水平上稳定。4、音板的效率低，即便用最好的共振材，也不能得到最佳的共鸣质量，等于部分的浪费了优良的共振材。 5、难以得到均衡的频率响应，为使均衡性改善，便降低了能够得到的最大程度的共鸣，并使灵敏度降低，以致对很弱的弦振动不易产生共振，致使钢琴的性能、艺术表现力受到限制。

本发明的目的在于提供一种可充分利用共振材资源、增加音板效率、可得到均衡频率响应、增加钢琴艺术表现力、音板调整工作强度小、工艺可靠性高的平台式钢琴音板用料加工拼接方法。

用料与拼接的原理：1、声波在固体介质中的波速在一定温度下是一个常数，不同频率的声波在不同密度的固体介质中其波长不同。因波长不同，波在介质中的传导特性也不同。钢琴的最低音，按司徒加特音高标准，其频率是27．5Hz，在云杉中的波长设为 $\frac{5000m/s}{27.5\mathrm{HZ}/S}$ ，钢琴最高音的频率是4186．009Hz，其波长设为 $\frac{5000m/s}{4186.09\mathrm{HZ}/S}$ 两音的波长比是152；2、低音本身没有方向性，绕弯性强；3、大型平台式钢琴的高音部的音板面积很小，形状为梯形，中、低音部分的音板面积很大，形状为类椭圆形。从它们的振动频率、振动区域、木材的吸声性来说不要求高音部的音板与低音部的音板用同一个标准的材料；4、因树木生长过程中，组成其纤维的管状细胞及树脂道有顺向连接性。其内在输送养料和气体的顺逆亲和性是自然规律，是不能改变的。气干材仍保持其顺逆亲和性。约占木材总体积7％的木射线的管胞，除有薄壁、厚壁之分外，也有与占90％左右的轴向管胞相同的因生长时间的先后而形的顺序性。当木材干燥至含水率低于其纤维饱和点以下时，管胞就逐渐变成了一个个微中空管，而音板的振动和共振便是建立在这些有顺逆亲和性的微中空管的振动上。5、钢琴的小槌敲击琴弦时，间接的敲击了音板。音板受迫振动时，有其自身的振动，同时还与弦的振动产生共振，且为倍频振动。从下列式子：

中可知，共振的极大值与频率有关，在钢琴音板的振动中要避免尖锐共振，又要使其共振达到一较高值的情形下，可有三个解决方法：①增加音板局部厚度；②改变音板的密度；③改变音板的形制以改善其刚性。

又因音板振动中，频率达到基频的四倍时，会出现零点。在零点以下时，有较宽的频率范围。为使零点上移则音板的厚度需改变或增加密度。

已知不同波长即不同频率的声波在音板中的波速不同、波形也不同，其不同导致音板对不同频率有不同的响应和不同的音色。音板的固有振动频率因敲击音板的方式不同及刚性、密度、尺寸的不同而不同。可用下面这个式了表示： $f_{\mathrm{mn}}\≈0.45h\sqrt{\frac{E}{\mathrm{\ρ}(1-{\mathrm{\σ}}^2)}\·(\frac{m^2}{a^2}+\frac{n^2}{b^2})}$ (矩形) $f_{\mathrm{mn}}={\mathrm{\β}}_n^2\·\frac{3.1415}{2}\·\frac{K}{l^2}\·\sqrt{\frac{E}{\mathrm{\ρ}}};K=\frac{h}{\sqrt{12}}$ (圆形)

因钢琴的敲击方式是固定的，面积尺寸对一台琴来说是固定的，可变量只有厚度和密度及刚性。而调整厚度和刚性的方法繁琐、工作强度大、试验性强。用改变密度的方法就可使调整音板厚薄的工作量减少且有较强的重现性，而刚性即肋木的拱度、根数则不必再进行改动。

本发明的目的还可通过如下措施来实现：

一种平台式钢琴音板的用料加工拼接方法，将选定云杉原木横截为根据需要长度不等的三段，然后径切原木小头的一段，用于音板的高音部；再径切其他两段原木为径切板，分别做音板的中音部和低音部，且径切板厚度相同，宽度逐渐增加。并记录径切板在原木状态下的朝向，干燥。

将高音部的板条拼粘起来，使靠边材的边接靠心材的边，同样再拼接中音部的板条，待高中音部拼接成一体时，将两个直角边进行粗整边，再拼接低音部的板条。拼接过程完毕后，再按常规步骤处理。拼接后高、中、低音部的音板朝向和大小头方向一致，即大头向朝键盘方向排列；音板的板条为同一树干上的板条。

本发明相比现有技术具有如下优点：

1、大幅度的提高木材的利用率(可达60％以上)，可节省1／3-2／5的优良共振材，减少对共振材资源的浪费。

2、减少调整音板厚薄的工作强度，效率可提高三倍左右。

3、工艺可靠性增强，试验性降低，客观评判性增强，可使产品质量稳定性提高。

4、容易得到均衡的频率响应及得到无尖锐共振的最大程度的共鸣，音板的灵敏度损失可降到最小程度，使钢琴的性能能得到明显提高。

5、可以使用机械化或半机械化生产，大幅度的提高加工效率，提高质量，降低成本，可使加工产品的标准化程度提高。

本发明还将结合实施例作进一步详述：

平台式钢琴音板用料加工拼接方法，以9英尺平台式钢琴为例，含有下述步骤：①将选好的树龄80-120年，小头直径36-40cm，长于6米的，已干燥至含水率低于18％以下的云杉原木横截为2．4米、1．9米、1．6米长度各一段。原木小头段为第一段，(标记为Ⅰ、长2．4米以上)用带制径切法径切成宽100mm以上的板条，(留出正方形心材)，年轮间距的最小处控制在2mm以内即可，用于钢琴音板的高音部。第二段、第三段用完全径切法进行下料的径切板(标记为Ⅱ、Ⅲ)则不论年轮间隔，只需将第二段的径切板宽度尺寸适当放宽至120mm，用于音板的中音部。将第三段的径切板用于低音部，宽度为140mm以上。所有的径切板厚度都是10mm。这样下料后的径切板可绰绰有余地拼制出5块9英尺平台式钢琴音板。所余的心材再次锯解后，可用于肋木和其它部位。下好的料需记录其朝向，并按产品的销售或使用地的木材平衡含水率进行干燥。②先将高音部的(标记Ⅰ)板条拼接粘成400宽，即将四条取自原木第一段的板条拼接起来，靠边材的边接靠心材的边。需注意板条取自原木的何种朝向(阴、阳面或是东西面)朝向要一致，大小头也要一致。然后可拼接中音部分(标记Ⅱ)的六条板条(静角不算)即取自第二段原木的板条，也要注意部位朝向和大小头的统一性，大头向均朝键盘方向排列，待高中音部位拼接成一体时，需将两个直角边进行整边，再拼接低音部位的(标记Ⅲ)五～五条半板条，拼接完成后，即可粗光两个表面，按传统步骤进行肋木的粘接，使音板成形，并调整固有频率至100Hz／s以下(测试音板固有频率时，敲击音板中第10条板条的中心点)。附图为本发明9英尺钢琴音板的拼接程式图，1-15代表径切板小头及拼接顺序；Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ代表板条。

Claims (3)

1、平台式钢琴音板用料加工拼接方法，其特征在于包括下述步骤：

①将选定的云杉原木横截为根据需要长度不等的三段，然后径切原木小头的一段，用于音板的高音部；再径切其他两段原木为径切板，分别做音板的中音部和高音部，且径切板厚度相同，宽度逐渐增加。并记录径切板在原木状态下的朝向，干燥。

②将高音部的板条拼粘起来，使靠边材的边接靠心材的边，同样再拼接中音部的板条，待高中音部拼接成一体时，将两个直角边进行粗整边，再拼接低音部的板条。

2、如权利要求1所述的平台式钢琴音板用料加工拼接方法，其特征在于拼接后高、中、低音部的音板朝向和大小头方向一致，即大头向朝键盘方向排列。

3、如权利要求1所述的平台式钢琴音板用料加工拼接方法，其特征在于用于音板的板条为同一树干上的板条。