云杉木材共振板的振動特性與鋼琴聲學品質評價的研究 博士答辯
管小園
摘要：鋼琴的靈魂和生命就是它的聲學品質，保證一架鋼琴的聲學品質良好是所有鋼琴愛好者所關注的事情。本文將通過對鋼琴共振板的研究，來試圖解開鋼琴共振板的振動特性對于鋼琴聲樂品質的相關性。
關鍵詞：鋼琴共振板 鋼琴聲學 鋼琴品質 鋼琴
中圖分類號：J624.1 文獻標識碼：A 文章編號：1008-3359（2017）13-0060-02
眾所周知，一架鋼琴聲學品質的好壞，一大部分都是由鋼琴共振板所決定的。然而，鋼琴共振板特性究竟是從什么方面影響著鋼琴聲學品質的，這方面的研究一直鮮少存在。為了解讀這個問題，分析鋼琴共振板與鋼琴聲學品質的相對關系，本文將從鋼琴共振板特性的幾個方面開始進行研究，以此來解開鋼琴共振板對于鋼琴聲學品質的相關性。
一、什么是鋼琴
鋼琴，英文piano，是pianoforte的縮寫。鋼琴第一次的亮相是在1768年英國的一次演出。對于鋼琴的描述，歐洲最初這樣說：“gravicembalo colpiano e forte”，具體的含義是：能夠有可大可小音量的大型羽管鍵琴。鋼琴雖然只有短短幾十年的歷史，但是其地位在音樂界是無法撼動的，被稱為“樂器之王”。
鋼琴發展到今天，其結構已經相當成熟。現代鋼琴的結構大體上分為這幾個個主體結構：1.鋼琴琴弦——鋼琴的高音區是每音三弦，鋼琴的中音位是每音兩弦，高琴的低音區是一音一弦；2.鋼琴踏板——鋼琴下面用腳踩的踏板，是鋼琴中除了琴鍵最重要的一部分，其分為延音踏板、柔音踏板和消音踏板三種類；3.調音釘 ——指的是一種為了讓琴弦高強度的呈拉力狀態而釘在琴弦軸上的頂撞螺栓，扳手扭動調節音樂的高低；4.制音器——指的是在鋼琴的琴鍵被按下后，琴錘打擊在用銅線制作的琴弦上以此來發出聲音；5.琴錘——也叫做羊毛錘，是外包著羊毛的小錘，用來打擊琴弦發出聲音；6.琴膽——這是整部鋼琴靈魂的配件，他連接著琴鍵和琴錘；7.琴鍵——鋼琴的整體琴鍵由黑白組成，用平均的木塊切割的十分整體，外觀大方美麗，外形高度相似，要做到平滑、不突出、無起伏，是樂手演奏時的第三只手。
鋼琴之所以被稱為“樂器之王”，是由于人類的精神文化和科技文化所融合而成的。作為樂器，鋼琴既成為了人類宣泄情感思想的通道，也從另外一個方面反映了人類社會不斷發展的社會精神生活。而作為一個樂器，鋼琴為音樂家的藝術做出了貢獻，音樂家創造發展的鋼琴文化又讓鋼琴進一步的成熟生化，如今認識鋼琴、學習鋼琴已經成為了一個藝術人才必學的科目了。
鋼琴作為一種鍵盤樂器，用鍵盤拉動琴錘以擊打琴弦。因此，對于琴弦的制作工藝、制作材料和結構要求極高。這與鋼琴本身的聲學品質是密不可分的，甚至判斷一架鋼琴聲學品質的好壞，都要依靠琴弦的制作工藝、制作材料和結構來判斷。除此之外，鋼琴共振板的作用在鋼琴整體聲學品質當中的意義也是重要非凡，下面，我們就要具體實驗一下，鋼琴共振板的振動特性會和鋼琴聲學品質有著什么樣的關聯性。
二、測試鋼琴共振板對鋼琴聲學品質的方法和具體要求
對鋼琴的聲樂品質進行評價分析，最主要的方法是專家對鋼琴進行主觀評價。這種方法用人的聽感來對鋼琴演奏的聲音進行分析，做出定性或者定量的判斷。其優點在于，手續簡單、并且評價結果一般較為吻合。在選擇鋼琴聲學評價場地時，應該對評價現場有嚴格的要求。要求場地具有良好的隔音和混音效果，背景噪音低于50dB范圍，不能有回響、共鳴等情況。同時應該注意環境的溫度變化和混響時間的測量，為了保證現場的準確性，需要多次在現場的不同地點測試多次，以達到一個合理的數據。
同時在用主觀的鋼琴聲學品質評價方法時，測試場地內應該僅僅擺放鋼琴以及必需的桌椅等，現場人員則除了評價鋼琴聲學品質的專家和必要的工作人員外，其他人一概不允許視聽，更不允許在視聽過程當中出入場所，盡可能地保證鋼琴學樂品質專家的視聽環境良好。
而鋼琴學樂品質專家對于鋼琴學樂品質的評價原則，應該盡可能的按照已設定好的標準來。評分標準和個人主觀意見，鋼琴學樂品質專家都應該結合各種要素為本次測試的內容進行評估。而一般情況下，鋼琴學樂品質的評價得分是分五個等級。分別是“優、良、中、差、次”。
最后對于演奏曲目和演奏者以及鋼琴學樂品質評價專家都應該選擇有代表性的角色。曲目需要選擇能夠反映出鋼琴學樂品質的演奏曲目。演奏者的水平也在某種程度上決定了鋼琴學樂品質，因此需要選擇有相當高水平的鋼琴演奏者。而鋼琴學樂品質評價專家更是要選擇熟知鋼琴領域、聽力良好、音樂知識豐富的專家。并且保證自己良好的“聽感”，每聽完一一首曲子，都要停下一段時間緩沖一下，休息一會。
由于樂器本身就是用來欣賞的，決定樂器音質的好壞也多體現于人的心理變化上，所以人耳在樂器聲學品質鑒賞這一方面上，有著無可撼動的地位。所以有時候會有一種樂器在各種定量指標都滿足的情況下，對于聽眾聽感的感覺不佳，最后仍然有被淘汰或者不被認可的情況出現。
三、通過實驗評價鋼琴共振板對于鋼琴聲學品質的影響
在通過鋼琴聲學品質評價專家用人耳對鋼琴聲學品質做出主觀的評價后，我們得到了一些數據，并以此開始進行分析判斷。
（一）鋼琴共振板的彈性對于鋼琴聲學品質主觀評價中的相關性
在鋼琴構造當中，鋼琴共振板的彈性是反映出鋼琴共振板特殊的重要數據。只有適當的鋼琴共振板彈性才會讓鋼琴音板將鋼琴琴弦傳遞的樂聲越大化的擴散出去。我們通過數據歸納、分析得出鋼琴共振板彈性X方向和Y方向的彈性數據主要是與鋼琴總體音質得分、鋼琴聲學品質平均得分和計權得分這三方面有關。通過數據可以看出，鋼琴共振板X方向的彈性數據和三個計分方面相關性較弱，而鋼琴共振板Y方向的彈性數據則與三方面數據關聯較強。說明，鋼琴共振板Y方向的彈性數據和我們鋼琴聲學評價專家得出的數據之間是呈正比例的。
（二）鋼琴共振板縱波傳播速度和鋼琴聲學品質主觀評價中的相關性
鋼琴共振板的縱波傳播越大，就能越容易讓鋼琴的振動傳遞到鋼琴音板當中，當音板受到振動傳播振動后，鋼琴琴弦的樂聲才能整個發散出去。通過我們的數據分析得出，鋼琴共振板在X方向和Y方向的縱波傳播速度和鋼琴升學品質評價專家所得出的數據評分是呈比例關系的。在鋼琴聲學品質平均得分、綜合得分和計權得分三個方面上，數據表明鋼琴共振板X方向的縱波傳播并不會和這三個方面產生太多相關影響。而鋼琴共振板Y方向的縱波傳播則會大大的影響到這三個方面的得分情況。
（三）鋼琴共振板邊部斜紋理試件彈性和鋼琴聲學品質主觀評價中的相關性
通過對鋼琴共振板邊部進行模板加工時，發現鋼琴共振板邊部斜紋理試件彈性也會在一定程度上影響到鋼琴共振板的振動效果。我們通過數據分析，得出鋼琴共振板邊部斜紋理試件彈性在鋼琴聲樂品質主觀評價中的三個得分都有著密切關系。從數據上看，共振板X方向的邊部斜紋理試件彈性和鋼琴聲樂品質主觀評價中的三個方面并不具有什么明顯的邏輯關聯，而鋼琴共振板的Y方向斜紋理試件彈性則和琴聲樂品質主觀評價中的三個方面得分呈現了相關的比例關系。在三次的測試當中，它們的相關系數分別是：0.8182、0.8890、0.8670。可以看出Y方向的斜紋理試件彈性數據明顯和琴聲樂品質主觀評價中的三個方面相關，甚至我們可以在通過檢測鋼琴共振板上Y方向的斜紋理試件彈性數據來簡單判斷一架鋼琴的聲學品質高低水平。
（四）鋼琴共振板音板的振動響應時間與琴聲樂品質主觀評價中相關性
在鋼琴共振板的構造當中，鋼琴音板緊緊的黏貼在鋼琴共振板的后面，通過鋼琴音板的振動時響應時間，就可以判斷鋼琴音板對于振動能力的傳遞速度快慢和整個鋼琴音板振動是否均勻、保持能力不外泄的品質。根據我們的數據判斷，鋼琴共振板音板的振動響應時間與琴聲樂品質主觀評價中的三個方面息息相關。從數據中可以看出，鋼琴共振板的音板豎紋理的振動響應時間是與琴聲樂品質主觀評價中的三個方面相關性較低的，而鋼琴共振板音板橫紋理的振動響應時間則與琴聲樂品質主觀評價中的三個方面關聯性極高。隨著鋼琴共振板音板橫紋理的振動響應時間降低，鋼琴的聲學品質也會隨之增高。我們經過研究判斷，得出這可能是因為木材的條紋異性導致，因為橫豎紋理的不同，讓音質有不同的擴散方式，從而導致了對鋼琴聲學品質關鍵性的影響。
四、結語
關于如何鑒別鋼琴聲學品質，一直眾說紛壇。本文通過對鋼琴共振板的研究，得出了鋼琴共振板的彈性、鋼琴共振板縱波傳播、鋼琴共振板邊緣紋理試件、鋼琴共振板音板的振動響應時間四個方面對于鋼琴聲學品質影響的相關性。希望可以為我國音樂事業的蓬勃發展添磚加瓦。
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