鋼琴結(jié)構(gòu)及其振動(dòng)發(fā)聲機(jī)理分析4-2鋼琴的構(gòu)造與音板的振型

文/汪建新（內(nèi)蒙古科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院）??

百花齊放、百家爭鳴是學(xué)術(shù)的基本態(tài)度。作為學(xué)術(shù)平臺(tái)，霸拓推送（并不代表認(rèn)同）能引發(fā)思索的文章。?

?2鋼琴的構(gòu)造與音板的振型

2.1鋼琴的主要結(jié)構(gòu)

現(xiàn)代鋼琴十分復(fù)雜，可拆出上萬個(gè)零件，圖1所示為典型三角鋼琴的主要結(jié)構(gòu)，包括（1）三個(gè)踏板，即延音踏板（增音器）、柔音踏板（弱音踏板）、消音踏板；（2）琴鍵，通常為88個(gè)；（3）擊弦機(jī)，每個(gè)琴鍵配置一套，演奏時(shí)通過弦槌敲擊琴弦使之振動(dòng)；（4）鋼架，主要用于承受鋼琴弦的張力；（5）側(cè)板，裝飾與共鳴；（6），（10）木架；（7）碼橋，主要作用是向音板傳遞琴弦的振動(dòng)激勵(lì)力，是鋼琴能量傳遞的樞紐，通過碼橋把琴弦的振動(dòng)力傳到音板，使音板產(chǎn)生對應(yīng)的響應(yīng)并發(fā)出聲音。合理地確定碼橋的動(dòng)力學(xué)參數(shù)和幾何結(jié)構(gòu)對發(fā)揮鋼琴的性能有重要意義。（8）音板，連續(xù)的彈性木板，一側(cè)帶肋，振動(dòng)時(shí)向空氣中輻射聲波；（9）琴弦，是鋼琴發(fā)聲的關(guān)鍵元件，自由振動(dòng)時(shí)以基頻振動(dòng)為主，琴弦通過碼橋?qū)︿撉僖舭迨┘犹囟l率的外力激勵(lì)，琴弦的一階橫向振動(dòng)固有頻率與琴弦材料、張力、剛度、線密度等因素有關(guān)，長度、線密度越大，剛度、張力越小，則固有頻率就越低，通常低音弦做成纏繞式，即在一根細(xì)弦上緊密纏繞金屬絲，既提高了線密度又降低橫向剛度，同時(shí)張力適中，保證琴弦的橫向振動(dòng)以模態(tài)振動(dòng)為主而不出現(xiàn)波動(dòng)，對于高音弦，由于振幅低、長度小線密度又不大，振動(dòng)能量相對較小，在結(jié)構(gòu)上采用多弦并聯(lián)方式（2根，3根），能在保證頻率的前提下向音板提供更多的激振能量，也為弱音控制提供了基礎(chǔ)，如圖2所示為鋼琴的音板與琴弦。

圖1? 典型三角鋼琴的結(jié)構(gòu)原理簡圖

Fig.1 ?The structure diagram of a typical grand piano

1.踏板；2.琴鍵；3.擊弦機(jī)；4.鋼架；5.側(cè)板

6.機(jī)架；7.碼橋；8.音板；9.琴弦；10.木板?

?圖2? 鋼琴的音板與琴弦Fig.?

2?? The piano soundboard and strings??

2.2鋼琴音板的振型

力學(xué)中，音板屬于連續(xù)彈性薄板，受到激勵(lì)后會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)振動(dòng)、理論上，在已知幾何、物性、邊界和初始條件后，可求出響應(yīng)的解析解（平面應(yīng)力問題，目前只在極其簡單的邊界條件下可獲得），音板的振型就是音板可能的振動(dòng)方式，有無窮多個(gè)。音板的自由振動(dòng)一定是以振型決定的方式進(jìn)行，這些振型可以同時(shí)出現(xiàn)，也可以個(gè)別出現(xiàn)，決定于初始條件。音板面積遠(yuǎn)大于琴弦面積，能與空氣產(chǎn)生良好的聲阻抗匹配關(guān)系，空氣中任意點(diǎn)處的聲音（聲壓）可以認(rèn)為是音板各階振型分別單獨(dú)振動(dòng)時(shí)在同一點(diǎn)處產(chǎn)生聲壓的疊加。

如圖3所示為鋼琴光板（無碼橋、無肋板）的前四階主振型﹝2﹞。不同的振動(dòng)方式可產(chǎn)生不同的聲波成份，聲波的頻率與振型頻率相對應(yīng)。

演奏時(shí)，琴弦把自身振動(dòng)的能量通過碼橋傳給音板，使音板對應(yīng)頻率的振型得到充分表達(dá)，于是就發(fā)出了對應(yīng)頻率的聲波，所以，鋼琴音板是鋼琴發(fā)聲的核心部件。??

圖3?鋼琴音板的前四階主振型Fig.

3 ?The previous four order main modesof piano soundboard?

參考文獻(xiàn)：

[ 2 ]葉漢文,立式鋼琴音板的振動(dòng)模態(tài)與輻射[ D ].廣州：華南理工大學(xué)碩主論文,2011.?

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