《钢琴》国家标准中的音准稳定性试验及应用

　　钢琴是一种键盘乐器，分为立式钢琴和三角钢琴两种。钢琴是拥有独特的全音域乐器，历来受到作曲家的钟爱。在流行、摇滚、爵士以及古典等几乎所有的音乐中都扮演了重要角色，被誉为“乐器之王”。随着人类社会精神生活不断发展，对钢琴需求量越来越大。钢琴作为娱乐文化的物质基础，为音乐家的创作提供了条件，音乐家创造发展的钢琴文化又促进钢琴结构功能的进一步完善。同时对钢琴的声学性能要求越来越高，如何确保音准稳定性是提高钢琴声学性能的一个重要技术指标。

　　虽然音准稳定性是钢琴的重要技术指标，但现行《钢琴》国家标准中暂无此要求，在《钢琴》标准的2007年修订计划中将其列为增加项目，我们受全国乐器标准化中心委托对钢琴标准进行修订，为了做好标准的修订工作，我们进行了不同方法的音准稳定性试验，对采用不同方法试验所得到的数据进行比对分析，确定出钢琴音准稳定性要求的试验方法和允许变化值。

　　一、音准稳定性

　　钢琴音准稳定性是指钢琴在调律完成以后，经过一段时间的放置或使用，其音的偏离程度。以某一弦为例，调律完成后测量其音高，相隔一段时间后再测一次，得两次的音高之差，这就是音的偏离值。

　　音准稳定性与放置时间及使用条件有关，并受环境条件改变（如温度、湿度、气压）而变化，音准稳定性是钢琴的重要技术指标。因此音准稳定性在不同时间和环境条件下其数据是不一样的。音准稳定程度的优劣，直接反映了钢琴设计、制造工艺及调律师调律水平。

　　二、影响音准稳定性的主要因素

　　1、琴弦对音准的影响

　　琴弦是一切弦乐器的音源，其音准、音色、音量直接影响演奏效果。当音准的音高发生变化时需调整琴弦，使之达到理想的音高。钢琴琴弦的工业名称为琴钢丝，是专门为乐器生产而制造的特殊钢丝。其化学成分中碳、锰、矽、磷、硫等的含量比例有一定要求。最重要的指标在于其抗拉强度和延伸率，当其刚性过大时，钢丝易折断，钢丝过软亦不利于琴弦的振动，致使泛音增强而使声音刺耳难听。同时琴弦在张力作用下会有一定程度的延伸变形,造成调好的音准的音高发生变化。琴弦延伸率即是各弦绝对伸长量与各弦有效弦长比值的百分数值。延伸率是保证琴弦在调准音高后不致因伸长过多而影响弦体表面密度，造成音准不稳定和产生杂音等问题。

　　2．铁板对音准的影响

　　钢琴的铁板是支撑弦张力的最主要的部件，其支撑强度、抗弯曲程度是音准稳定的基础。当琴弦张紧后，铁板要承受近20吨的张力，张力在铁板上的分布是不均匀的，受力情况亦非常复杂，在受力比较集中的部位如果铁板强度不够，或与背架的装配精度不够的情况下，就会在弦的巨大张力下倾斜变形,变形越大，音高下降越多，当变形停止了，音高下降才能停止。铁板的变形是影响音准稳定的重要因素。

　　3、背架对音准的影响

　　背架的功能一方面加固铁板，另一方面用来装配其他部件，它的稳固和与铁板的配合精度，对音准稳定性有很大的影响，当受琴弦张力及铁板变形的作用，背架就会弯曲变形 甚至会出现背架开胶现象，因而造成音准不稳定。

　　4、弦轴板
　　
　　弦轴板是装置弦轴的木板。每台钢琴有220多根琴弦，相应也必有220多根弦轴，也即是弦轴板上装有220多根弦轴，每根弦轴均承担着80——130公斤的拉力，总弦轴拉力接近20吨。当温湿度变化较大时，弦轴板热胀冷缩极易造成的弦轴松动，影响了音准的稳定。

　　5．弦轴

　　弦轴是张挂、缠绕琴弦的轴。转动弦轴使琴弦张紧或松弛，达到调整音准的目的。弦轴在使用状态下，不得因琴弦的拉力而转动，同时弦轴的松紧直接引起琴弦的张力、延伸率发生变化，影响音准的稳定。弦轴的松紧与下列因素有关：

　　①直径与长度。弦轴的直径、长度越大，轴板接触面积越大，摩擦力越大，轴越紧。
　　②轴与孔的配合。弦轴与轴孔是过盈配合，过盈量越大，回转力矩越大。
　　③直径越大扭力越大。弦轴的扭力来自琴弦的拉力。

　　6．压弦条对音准的影响

　　压弦条是以较大的木螺钉紧固在弦轴板上，通过木螺钉旋紧的程度达到压低琴弦，使琴弦在弦枕以上部位形成曲折角度。压弦条以上至弦轴的一段琴弦也形成曲折角。

　　压弦条虽然是以较大的木螺钉固定在弦轴板上，但是木材湿涨干缩的物理特性是无法克服的。随季节的变换，经过严格处理的弦轴板也会有变化，压弦条也会因弦轴板的变化而产生微弱的变化，虽然这个变化的微弱程度几乎无法测量，但对音准的影响却是客观存在的。

　　7．音板对音准的影响

　　音板是关系到钢琴音质、音色、音量的重要部件。音板在制造时，必须呈弧面隆起。其凹面装置有木条，称为“肋木”。目的是支撑音板的弧面。在音板的凸起面装置弦码，它把琴弦的振动通过弦码传递到音板。同时琴弦必须紧贴压在弦码上，即使大力度弹奏、琴弦大幅度振动时，弦也不会脱离弦码。

　　音板受压时，肋木起支撑作用，使音板不会向反方向凹下，虽然音板经过干燥处理，仍受湿涨干缩的影响，音板的变化直接影响钢琴的音准。

　　8．弦码对音准的影响

　　钢琴弦码将琴弦振动的能量传导给音板，以引起共振，起到扩大音量、美化音质的作用。弦码在传导振动能量的同时，对声音起到过滤作用，因此，调整弦码的尺寸及材质可以改变音色。

　　弦码对音准的影响主要表现在码钉的配制上。琴弦张紧时，上码钉承受弦的压力，产生向右偏移的力；反之，下码钉产生向左偏移的力。左右的力同时作用于弦码，于是就形成一种促使弦码顺时针旋转的力。因上下码钉距离较近，旋转力不大，加之弦码已胶合在音板上且有多个螺钉紧固，足以克服这种旋转力。而左右的力相互抵消，使弦码处于较稳定的状态。

　　上述8种影响钢琴音准稳定因素有设计强度、加工精度，材料对自然环境的适应程度所决定，所以钢琴音准稳定性是综合反映钢琴的设计、制造质量的一项重要技术指标。

　　三、音准稳定性试验

　　1、试验要求

　　音准稳定性试验周期长为一年，试验产品为立式钢琴、三角钢琴，目的是测试和分析一年四季钢琴在各种气候、自然状态下音准的正常变化值。在试验过程中我们采用了时效处理和震奏处理两种不同模式的试验，同时选择了4种不同试验的开始状态，分别为：第一种是刚完成最终调律；第二种是刚开箱未调试；第三种是开箱后调试完；第四种是在干燥静止的状态。

　　具体试验要求为立式钢琴每个月抽4台进行测试，一个月中必须有一台是干燥静止状态的、一台是刚开箱未调试状态的、 一台开箱后调试完状态的；三角钢琴一个月抽二台进行试验，一个季度要覆盖4种状态。

　　2、试验过程

　　我们采用两种不同试验方法，即是时效处理和震奏处理。并分别对不同生产厂家生产的12种型号规格的立式钢琴、3种型号规格三角钢琴进行了时效处理测量53次，震奏测量80次，同时，在时效处理试验中。我们采用不同静置放置时间进行试验，震奏处理我们采用不同震奏力，不同震奏次数，进行试验数据比对分析。

　　（1）时效处理：

　　时效处理是钢琴在各种状态下自然静置，不弹奏，不作任何整理，并在指定状态下测试钢琴88键各音频率（与标准频率相差的音分数），每键只测量一条琴弦（但每次测量必须是同一琴弦）；记录各次的测量数据，并得出每次测量值与初始测量值的偏差值，同时找出测试音域的最大和最小偏差值。
每台钢琴试验过程为：在指定状态下对音准进行第一次测试，然后将钢琴静置放置不同时间进行五次的音准的测试。

　　（2）震奏处理

　　震奏处理是钢琴调律完成后对钢琴进行震奏处理，在用上述第一种试验模式的测试方法测试音准在试验前后的变化值，同时找出测试音域的最大和最小偏差值。

　　每台钢琴试验过程为：在采用第一种指定状态下对音准进行测试，然后进行震奏处理，经震奏处理后立即对各音准再次进行测试，从而得出同一音名前后两次测试音分的偏差值。

　　3、试验数据结果

　　（1） 时效处理

　　表1 全音域(A1～c3）静置放置音准误差
　　静置放置时间(天) 1 5 10 20 30
　　静置放置后音准误差（音分） -5～+3 -7～+11 -9～+11 -15～+12 -18～+13

　　表2 基本组音域(f～e1）静置放置音准误差
　　静置放置时间(天) 1 5 10 20 30
　　静置放置后音准误差（音分） -4～+2 -6～+9 -8～+7 -7～+10 -9～+12

　　（2） 震奏处理

　　表3 不同震奏力音准误差值
　　音域范围 c1 ～ b1 f～e1
　　震奏次数(次) 10000
　　力度(公斤) 1.5 2 2.5 1.5 2 2.5
　　音准误差(音分) -8～+5 -4～+6 -5～+3 -7 ～+5 -5～+6 -4～+5

　　表4 全音域(A1～c3)震奏不同的次数后的音准最大误差
　　力度(公斤) 1～2
　　震奏次数(次) 2000 5000 7500 8000 10000
　　震奏后的音准最大误差(音分) 3 6 8 7 9

　　四、试验数据的应用

　　从上述两种试验所得数据可以看出钢琴无论是时效处理和震奏处理音准都是有变化的,比较两种试验方法, 时效处理需要的时间长,不便于日常检验,而震奏处理需要的时间短,更适合于日常检验,同时震奏处理是模拟人体弹奏钢琴而进行琴键连续弹奏的试验,检验数据更准确。通过对不同生产厂家的钢琴进行试验，对所得到的检测数据进行比对与分析，采用了人体常用的弹奏力度，弹奏位置，确定了钢琴音准稳定性的允许变化值，并把这些测试方法和技术参数引用到新修订的GB/T10159-2008《钢琴》国家标准中，标准新增技术要求(5.1.6)和测试方法(6.2.4)的内容为：

　　1）5.1.6音准稳定性

　　音准稳定性要求应符合表2的规定。
表2 音准稳定性要求
　　音域范围 最大允许误差/音分 合格判定数/个
　　c1～b1 10 ≤2

　　2）6.2.4音准稳定性

　　按5.5.1规定的要求对被测钢琴进行调律后，用符合GB/T 3451-1982规定的音准仪，在规定的音域范围内分别对各音进行测试并记录测试数据；在白键前端23mm处、黑键前端18mm处，用专用设备以一定的力度、频次连续击键10000次后，在10min～30min时限内，用上述的方法对各音再次进行测试并记录测试数据，然后取同一音名前后两测试音分的差值。

　　五、结束语

　　GB/T10159-2002《钢琴》国家标准自发布实施以来，对指导生产和确保产品质量起到了促进作用。但随着我国钢琴产业的迅速发展，钢琴的制造技术也得到了飞速的发展。国际现代化和时尚化的发展又给国内钢琴产业注入了新的元素，国内的钢琴制造技术在经历了多年以来一层不变的模式后，进入了前所未有的改进和创新阶段。现行钢琴国标中所表述的内容已不能满足实际生产和使用功能的需求。此次钢琴标准的修订，在技术要求上增加钢琴音准稳定性要求，同时规定了音准稳定性测试方法，使GB/T10159-2008《钢琴》国家标准在实际生产及指导消费者方面更加明确，清晰，完整。以规范钢琴制造行业的技术质量、维护国内钢琴行业的品牌、营造和谐有序的竞争市场。对指导钢琴的实际生产及提高中国钢琴的整体质量起到重大作用。