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层压音板的好处

德尔温·D·范德里奇(2015年秋季)

板仍然是现代钢琴中鲜为人知的组件之一。关于音板的制作方法和传统上用于其构造的木材,提出了各种各样的主张(其中有些接近于魔术)。尽管这些主张中有许多是出色的广告文案,但它们与钢琴的实际运作方式无关。缺乏了解阻碍了钢琴设计的有益进步:层压音板。

就在几天前,我听到另一个钢琴销售人员轻描淡写了竞争对手出售的钢琴,因为它具有层压的音板。顾客困惑地离开了商店-什么也没买。直到最近几十年,层压音板一直是导致普通钢琴音质不佳的原因,但这种情况一直在改变。在本文中,我追溯了层压音板技术的一些历史,然后解释了为什么有很好的理由选择包含这种钢琴的钢琴。

音板的工作原理

但是,首先,需要了解一些有关音板实际功能的知识。简短的解释是,音板会产生我们在弹钢琴时听到的声音。它究竟是如何完成的,这是一个复杂的过程,而不是一个神秘的过程。

按下钢琴键时,会导致用木头和弦槌敲击一根或多根琴弦。这使琴弦以其长度,质量和张力确定的频率振动。每条振动弦的一端靠在桥上,桥响应琴弦的振动而略微移动。桥牢固地连接到音板上,并且随着桥的振动,音板也随之动。音板的这种运动产生了我们实际上从钢琴听到的声音。几乎所有现代钢琴都采用不平坦但略微凸出的音板制成。这种凸出的形状(称为冠)和桥上琴弦的向下承力共同构成了一个相互对立的力系统,调节着从弦到音板的能量传输。

音板的历史

1700年左右发明钢琴以来,有许多有趣的实验性钢琴设计,但是直到20世纪中叶,钢琴音板几乎总是由许多径切的云杉板制成,每块宽3英寸到5英寸,边到边粘在一起,形成一个大的面板(图1)。该面板由一组垂直于面板纹理的肋骨(通常也是云杉,有时还有松)加固(图2)。经过三个多世纪的发展,该系统在音乐和结构上都得到了高度完善。

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实木云杉隔音板的边缘视图。径切锯开的云杉窄板被边对边粘在一起,形成一个大的面板。

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带有肋的音板总成,如图所示。(三益音乐公司)

但是,这种传统结构存在一些问题。在制造过程中,由实木制成的音板通常会通过吸收空气中的湿气来产生其顶部。先前干燥的,平坦的木制面板由于肋条受潮而无法横向扩展,而是弯曲而形成曲面。由于这些坚固的云杉音板会随着湿度的变化而膨胀和收缩,因此表冠的曲率会随着时间的推移而增加和减少,从而导致乐器的音调特性发生变化,并且钢琴会因季节而失调。此外,由于木材的性质,随着时间的流逝,木纤维的压缩(其将冠保持在适当位置并最初增强了色调)逐渐消失。这会导致共鸣板失去冠冕,从而使打击乐更具冲击力,维持时间更短。坚固的云杉音板也容易产生结构缺陷,例如压缩脊和裂纹。虽然这些缺陷都不能确保音板不再执行其发出声音的任务,但它们是结构损坏的难看标志,这些损坏可能导致制造商承担大量保修费用。

夹层或胶合板(层压)结构中寻找有问题的实木音板替代品的努力可追溯到200年前。在1820年代,维也纳钢琴制造商约瑟夫·布罗德曼(1763-1848年)申请了“三层层压”音板的专利。根据法国钢琴技师克劳德·蒙塔尔(1800-1865年)的说法,在他的《调音艺术》(1865年)的第三版中,[1] 1830年,法国钢琴制造商伊纳茨·普雷耶1757-1831年)生产了带有桃花心木贴面音板的钢琴。1891年,美国钢琴制造商Hugo Mathushek为他的两层层压音板申请了专利。但是,由于没有肋的设计,该音板实际上使稳定性问题变得更糟,因此很快就被放弃了。

关于1900年代初期制造的层压音板的实质性文献很少,记录表明,有几家制造商讨论了其用途,但这些讨论很少。那个时代的局限性在于,很难找到一种合适的胶水,这种胶水比当今的热动物胶水更易于使用,更可靠并且更便宜。当时认为,如果可以克服这一限制,则层压音板将是普通固态云杉音板的可行替代品。

1950年,美国钢琴制造商斯托里&克拉克推出了Storytale层压音板,据说它是由桃花心木制成的,但可能是由柳安木制成的,柳安木是一种类似于桃花心木但与桃花心木无关的轻质硬木。这种差劲的设计以其糟糕的声学性能在现代时代确立了声板的声誉。[2]

在接下来的几年中,美洲和欧洲的许多制造商推出了他们自己的层压音板版本。其中的大多数(如果不是全部的话)是由标准的实心胶合板结构制成的,即,由一些软木和两个薄的(每个约为1⁄32“至1⁄16”)制成的相对较厚(约9⁄32“)的芯。)胶合到核心上的贴面,与核心的夹角为90°,使用了各种木材,例如柳安木椴木,杨木和偶尔的云杉,但很少考虑音乐演奏,大多数这些乐器的性能不佳还有许多其他原因-大多数乐器整体结构不佳,并且音质不佳,音阶也很差-但是共鸣板才是主要原因。

这种情况在1970年代开始改变,当时沃立舍推出了第一款批量生产的钢琴,该钢琴的音板是根据其构思设计而成的,并考虑到了乐器的演奏质量。芯板和面贴面的纹理角度不再以90°角交叉,并且对肋进行了重新设计,以更好地适应层压板的振动特性。这些是关键点,要了解装有层压音板的钢琴音质的变化,有必要回顾一些技术历史。这些沃立舍仍然在整体声学设计和结构上存在问题,但是其层压共鸣板的性能是进化链中的第一条环节,这导致了我们今天的高性能层压板。

设计改进

1980年代后期,我的任务是为鲍德温钢琴与风琴公司设计新的小型钢琴,当时我受雇于该公司。这是一种批量生产的低成本型,旨在供空间有限而体积很小的家用入门学生使用。在概念阶段的早期,就决定将钢琴制成层压音板。这个决定有些担心。我们意识到困扰层压板音板的不良声誉,但是我们也意识到了它的许多好处:更好的单元间一致性,更好的室内调音稳定性和大大降低的保修成本。我们还希望声音质量至少与传统的固体云杉音板相同。

在设计钢琴时,我与Brüel&Kjær的工程师联系,Brüel&Kjær是世界领先的音频和振动测量与分析设备供应商之一。B&K工程师正在寻找一个项目,以证明其新的模态分析技术的技术能力,并想知道我们是否有一个正在进行的钢琴项目可供他分析。我们做到了,这使我相信这是有史以来首次对装有层压音板的钢琴进行的模态分析研究。这些研究导致了共鸣板和肋板设计的几处变化。

沃立舍使用的面板外,当今的层压音板面板将面板饰面与芯成90°角。在鲍德温,我们进行了一系列实验,将饰面板和核心饰面彼此之间的角度越来越小,直到最终实验中,核心饰面和饰面饰面彼此平行。我们发现,随着芯板和面板饰面之间的纹理角度减小,面板的作用不像层压音板,而更像实木音板。交叉角在90°和45°之间时,面板具有与常规胶合板基本相同的刚度和载波特性。在45°至0°之间,面板越来越具有传统固体音板的刚度和载波特性。

我们尝试的最后一块木板的芯和面饰板朝着同一方向排列。尽管从技术上讲它是层压板,但它的行为就像传统的实心板一样。尽管其声学性能良好,但与相同尺寸的实心面板一样,它在气候变化方面也表现出相同的不稳定性问题。同样,与实心面板相比,其抗开裂性仅略微更高。

对于小广场上的层压音板,实验数据表明,15°的交叉角将是理想的。音板制造商沃立舍(最近被鲍德温收购了)想要一个45°的交叉角,因为它的设备已经为自己的一些钢琴设置了该角度。最终,我们在30°折衷。还对肋进行了重新设计,以更好地补充层压音板的振动特性。最终结果非常令人满意。钢琴为极小的钢琴设定了新的演奏标准,我们发现的一些基本设计原理仍在被其他人使用,并取得了类似的成功。如今,使用高性能层压音板面板的钢琴制造商是从坚固的云杉芯和两个非常薄的云杉单板表面组装而成的,

层压音板的优点

由于其多层结构,层压的音板几乎不受湿度变化的影响,因此,不能使用空气中的湿气来制作音板的顶部。取而代之的是在肋的顶部加工一条曲线。将这些肋条粘贴到层压音板后,组件将呈与该机加工曲线相匹配的冠状形状。由于这种音板构造方法不依赖于木材压缩来制作或维护表冠,因此表冠在不同乐器之间更加一致,随时间推移更稳定,并且不易因湿度变化而变化或损坏。对于钢琴购买者和制造商而言,这具有许多好处:

·在变化的气候条件下提高了音调的稳定性:对于消费者而言,这意味着钢琴在常规音调之间的音调保持更好和/或更长时间。

·抵抗压缩脊和破裂的能力:对于消费者而言,这意味着不必担心湿度的极端变化会损坏钢琴的音板。对于制造商而言,这意味着降低了保修成本,可以将其作为较低的零售价格转嫁给买家。

·乐器之间的音调表现更加一致:对于消费者而言,这意味着更可预测的购物体验。如果买主看的是桃花心木钢琴,但更喜欢黑色钢琴,那么黑色钢琴的音质很有可能与桃花心木的钢琴相同。对于制造商而言,这意味着减少了在发声上花费的工厂时间,因此可能降低制造成本和零售价格。

·音乐品质随着时间的推移更加稳定:由于层压的音板比其坚固的云杉面板更加稳定,因此音板的声学性能随时间的变化将很小。

叠层音板的另一个优点是可以减少高质量云杉供应的减少。叠层音板的内部核心材料(看不见)可以用更短,更窄的板组成(成本更低,更容易获得),而不会影响音调性能或外观。各个板的颜色和宽度也不重要,因此可以使用优质原木中的更多木材(图3)。

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层压音板的缺点

现代高性能层压音板几乎没有缺点

·市场营销:大多数广告文案仍然偏爱坚固的云杉音板,这主要是因为早期层压音板的性能较差。很少有制造商(如果有的话)积极销售其层压音板技术,以引起消费者对他们的许多好处的关注。实际上,使用高性能层压音板的制造商往往会通过避免使用“层压”一词来与早期类型相距甚远,而倾向于使用诸如全云杉,贴面,弯月面(海伦)或表面张力(三益)之类的术语。因此,许多制造商和经销商对竞争对手的攻击感到震惊,这些攻击者偏爱传统的坚固云杉音板,尤其是在零售水平上。

·成本:与普遍的看法相反,高质量,高性能的层压音板制造起来并不便宜,尤其是小批量生产时。有几个原因。首先,如果没有精密的生产机械,很难制造出优质的叠层音板,并且在可预见的将来,生产大型叠层音板的工具将非常昂贵。它们最适合于较小的,高产量的型号,这些型号的工具成本可以分散在许多仪器上。由于这些原因,层压的音板可能永远无法很好地适应大型和/或低产量的专业钢琴。人们经常提出这样的观点,因为在这些类型的乐器中从未使用过层压音板,因此传统的固态云杉音板必须更好。然而,

其次,成功制造层压共鸣板需要对质量进行严格的控制,就像用于固体云杉共鸣板一样。例如,从海伦和萨米克给我的信息中可以看出,他们对质量和木材水分含量的控制与对坚固云杉面板的控制一样严格。同样,我检查了海伦层压音板的横截面,并观察到了用手指仔细连接的核心和较短的部件(图4)。实心板和层压板之间质量上的唯一实质性差异在于,由于看不到层压音板的核心,因此其外观(均匀的颗粒密度,颜色匹配和表面缺陷)不是那么关键,并且块更短可以端接以生产更长的电路板。

摘要

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20到40年前,我曾将声学性能列为层压音板的缺点。今天不行。尽管许多人仍然认为坚固的云杉音板可提供卓越的音乐品质,而层压音板在某种程度上固有地逊色,但我们大多数从事使用该技术的乐器的设计和制造的人不再同意这些评估。我们已经看到太多带有层压音板的钢琴,其性能至少要比具有坚固云杉音板的同类钢琴的性能好。经过30多年的实验,并使用层压音板设计了钢琴,我不再怀疑,如果在设计,材料和制造质量的所有其他方面都一样,经过适当设计和制造的层压音板可以在音乐表演领域保持自己的地位,并为钢琴制造商和钢琴购买者提供明显的优势。如果某种钢琴对您来说听起来不错,而其他方面又符合您的需求和期望,那么我希望您会认为,它具有层压音板是一种好处,而不是一种责任。

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1.RPT的Fred Sturm翻译。堪萨斯州堪萨斯城:钢琴技师协会基金会,2015年

2.在某些当前斯托里&克拉克型号中使用的经过改良的StoryTone II是完全由云杉制成的贴面层压音板。

RPT 德尔温·D·德里奇在钢琴行业拥有很长的职业生涯,曾担任钢琴技术员和重建商,并为全球钢琴制造商及其供应商提供技术,设计和制造咨询。他是钢琴宝典的技术顾问,国际认可的讲师和作家,并且是“钢琴世界”在线论坛的定期撰稿人。可以通过ddfandrich@gmail.com与联系


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