专利名称：新材料、新工艺、柔性传动的钢琴击弦系统的制作方法
技术领域：
乐器
背景技术：
现有钢琴击弦系统，卧、立式击弦机理相近，结构略有不同，现以卧式为例简要说明。
在与键体的中间基本相当的位置为键子转动支点，把键子设置为约1∶2的杠杆比的键体两端。杠杆下底面支点支于键盘基座(键盘框)中梁上，在键子支点处，下段为圆孔，上段为长槽孔；弹奏端部下方有为保证键子做其长度方向动作而不至跑偏的长槽孔。这两长槽孔内壁两侧均以薄毡相贴。键体在键盘基座“中梁”和“前框梁”上相应的限位“梢钉”为中心做上下动作。
键体远弹奏端的力臂的点上，有一高度一定的凸起“卡钉”卡钉顶在“转击器”(切克)下部，转击器下部有柔软昵毡；转击器上的“顶杆”在键子弹奏端向下动作时，向上给弦锤杠杆上的“鼓轮”以作用力，在弦锤顶点距弦约3mm左右时，顶杆因附加装置与鼓轮脱开。弦锤击弦后在重力矩下返回，如这时手指仍未松开键子，则弦锤下方外侧的锲形尾部即嵌在挡托内侧而稳定静止。手指松开，则各动作相应复位。
为满足击弦工况要求，键体上凸起的卡钉上段外侧，有用于使之在螺纹作用而上下移动的若干小孔；转击器、制音器、顶杆等转轴处的转毂(1～3mm)轴孔内壁粘有软呢毡，受顶杆推动的鼓轮，外包软革，内有相对较硬纤维；弦锤、转击器、轴毂等上有用于分别调整击弦行程、工况的若干小螺丝；键体尾端的档托，需高低、前后、左右调整位置和仰角……(繁琐的“整理”操作) 控制音长的子系统，通过键体杠杆作用于悬臂梁小杠杆，带动从弦下面引至弦上面的“制音头”上下动作，来脱开、压紧各弦…… 击弦系统各转动处的配合，其轴孔内壁均以呢毡为内衬，这些小呢毡直径(1～3mm)，一套击弦系统数量约700上下，窄槽内壁小呢毡，数量约400上下。
现有钢琴击弦系统，均全面以木材为零部件材料，各转动配合处均以柔软呢毡为内衬，终端的激发动作以干滑动磨擦在柔软皮革上进行，动力在键子传递到下一杠杆环节以厚柔软昵毡为接触面，这样的构造，击弦机械效率低下。
各部件在制造工艺上不仅数量庞杂，而且工序繁多。钢琴8000上下的零部件中用于击弦动作的至少占6000～7000个；各转动小孔内壁的呢毡完全以手工完成，且配合面间的间隙依然难有基本保证，除前期的一些部件采用机加工(工序繁多)，剩余的大部分、绝大部分工作环节基本完全依赖于传统手工，生产效率相对现代工业制造，极为低下。
键盘基座因木材强度、模量低，长时间受重力和弹奏力作用，其悬空的中梁会产生破坏工况的形变，而就算形变不至破坏工况，则因键子通常1∶2的杠杆比，反映在弹奏端，即被放大为中梁形变量的二倍，而钢琴乐器相对独有的“艺术品”属性则不能容忍这种影响键面平整的形变，因而在使用中需经常性地调整、维护。
因木材物理特性与气候、温湿度有直接的显著关联度，产品在使用过程中因环境的较大变化会直接影响使用性能。
综上所述，现有击弦系统在性能上，击弦机械效率低下；在制造工艺上，与现代工业制造有质的差距。降低成本，提高工效，提升性能，必须改造当前击弦系统传统构造和工艺。
同时，现有以“直线击弦线”为基本特征构造的体系，在客观上内在的制约了尤其是立式钢琴其核心——弦振系统声学特性的进一步优化和提升。
发明内容
本方案弃用物理特性受气候、温湿度环境直接影响的木材，改为力学特性优良的工程塑料，辅以必要的铝、铝合金以及钢铁型材的优化设计部件和结构。通过有效地、简单地模块化安装，即可获得弹奏特性优异、结构简单可靠、击弦点可任意布局的少、无维护的全新击弦系统。
一、击弦机理 用于击弦的弦锤杠杆，用于击弦返回后稳住弦锤、不使其“二次不受控再次击弦”的档托杠杆，和用于击弦时离弦、不击弦时压弦的制音杠杆，按击弦工况要求，分别以转轴方式置于在其击弦位置和方向的“空心小梁”上，(这三杠杆处于同一击弦方向的平面上)；各小梁以螺纹紧固在分为若干组(比如3～4组)的中(横)梁上，中梁与固定在弦列架和键盘支承面上的杆件联结稳固。
按击弦工况要求，弦锤杠杆与挡托杠杆、挡托杠杆与制音杠杆，分别在相应的杠杆转轴一端(下方)，以软线(延伸率尽量小)联结；在制音杠杆和弦锤杠杆转轴的另一端(上方)，分别以倔强系数符合工况和弹奏性能要求的片(板)弹簧作用其上；键子转轴的与弹奏端对应的另一端的一点，联结“一软传动联线”(与自行车、摩托车上的非刚性传递制动力的刹车线一致)，此软线以灵便方式联结在档托杠杆转轴的下方一端上。挡托杠杆转轴的另一端(上方)的一点，按工况要求，引一软线至其小梁右侧端表面固定，用以限位。
这样，手指予键子弹奏力，转轴另一端顺时针转动上升，固联其上的软传动线把相应的转动传递给挡托杠杆。挡托杠杆因此带动弦锤杠杆和制音杠杆同时动作弦锤加速进行击弦动作，制音器同时离开紧压的弦。当键子弹奏端至行程终态行程(5～10mm)时，挡托上的限位软线也由松驰进行为紧张的直线，此时手指不松开键子，则挡托就稳定在此工况位置；弦锤击弦返回后，以弦锤外侧与挡托间此时的适当楔角(3～15°)，稳定返回的弦锤。为加强稳定效果，于挡托内侧置一薄层耐磨皮革或纤维布、或呢毡。
弹奏手指松开后，在弦锤弹簧作用和自身重力矩下，各杠杆以保证必要连击频率的速率复位。
通过击弦系统各杠杆比、各弹簧倔强系数的力矩与力臂间关系的协调，把系统设计为反映到键子弹奏端的“下沉阻力”在20-40g间(现有下沉卧式琴阻力通常在75-50g间)。弹奏手感极其轻盈。无须“加铅配重”工艺(卧式琴低音键通常需要加40-70g的配重)因而也就无此增加的质量带来的能量损耗，击弦效率由此相应提高。
二、部件工艺 键体、各杠杆、各小梁和小附件，等采用强度、成本、工艺特性适当的工程塑料，以模具一次注塑成型，键盘基座(键盘框)以空心方型铝、铝合金型材或相应的空心工程塑料型材，在两相交处以相应的90°角(或相交角的平面上的“搭接”)以相应的螺纹联结为键盘基座整体。键盘基座或同样以工程塑料一次注塑成型。
各杠杆转轴轴孔内壁，有减摩的比如合成树脂的润滑材料、多孔含油铜基合金等轴衬。
各键体有与长轴相应的用于转动的轴孔，而键子间以适当厚度的自润滑材料、呢毡等垫片相间。每八度键体轴孔处的两相邻键体上相应地切除一部分用于安装支承长轴的轴基座，轴基座以螺纹联结在键盘基座的中梁上。
注塑成型的各部件，及基本型材(比如键盘基座铝型材)，通过简单、有效的模块化安装操作，即可高效完成全部合格装配。以卧式为例，从各零部件的制造直至在整琴上的合格装配，现有系统，前期的各部件制造加工工时，每套不低于10～20熟练工时，后期操作不低于40～50熟练工时。本方案则不高于2～4个熟练工时。
最后，本方案因柔性传动联线的运用，可灵便地把各键子能量传递到任何一击弦点来进行布局，为优化尤其是现有立式钢琴弦振系统声学构造创造了击弦基础。
比如立式琴，若要使弦振系统获得更优的低频响应，依据相关力学规律和声学规律[音板的胡克定律；声辐射理论模型(《中国大百科全书》，百科社1987年版第932页)]，势必要把各低于200～250Hz基频的低音弦组耦合在距音板最大有效振动面积中心点足够近的位置。这样，在实际约束条件下，在保证各低音必要弦长(与同规格相当)前提下，各低音弦击弦端势必向上、向左延伸相当的量，以至现有的击弦线为直线分布的击弦系统不可能应用于新系统。本方案为这一新系统提供了完整击弦解决方案。
以上仅对“立式”系统作说明。把此形式稍作适当的相应调整，无疑亦可应用于以“重力矩返回”的卧式击弦系统。
图1为击弦机理图实施例图。
图2、3、6、7为键体注塑构造图。
图4.8为用于支承键体长轴的长轴基座构造简图 图5.9为键盘基座结构简图 图10为经低频优化设计的立式钢琴弦振系统机理简图 其中1、定位梢，2、柔性传动联线，3、制音杠杆转轴，4、制音杠杆，5、用于支承三杠杆的空心小梁，6、弦，7、制音杠杆片(板)弹簧，8、弦锤杠杆片(板)弹簧板，9、弦锤杠杆10、挡托杠杆，11、挡托杠杆行程限位软线，12、支承空心小梁的中梁，13、键体，14、键盘基座，15、键体长轴，16、键体长轴支承基座，17、联结弦锤杠杆与挡托杠杆的软线，18、联结制音杠杆与挡托杠杆的软线，19、弦锤杠杆转轴，20、挡托杠杆转轴，21、减摩轴衬，22、低音弦列，23、音板最大有效振动圆，24、低音弦码，25、中高音弦列各弦，26、中高音弦码。
具体实施例方式 一、零部件制造工艺 键体(13)，空心小梁(5)，中梁(12)，制音(4)，弦锤(9)，挡托等这些杠杆，和其它附件(比如制音杠杆上的需与阻呢粘贴的制音头，比如挡托杠杆顶端的“挡托头等”，均以薄壁、加强肋结构形式，在满足使用强度下一次注塑成型。
键盘基座按以上相同工艺成型为1～1.5m长的型材，应用形制相应的铝、铝合金型材，或同样以工程塑料一次注塑成型。
“柔性传动联线(2)”内为以若干0.1～0.3mm的高强耐磨合金钢丝绞合而成的软钢丝，外套则在内壁以耐磨减摩钢丝缠绕的螺旋管体上，复合合成树脂基体材料(管内注润滑剂)。
各转动轴孔内壁嵌入多孔含油钢基轴衬，或耐磨的白润滑合成树脂轴衬。
二、击弦机理 键体(13)击弦端由静止态作击弦动作向下运动，键体转动轴(15)另一端的已经过总体协调设计好的杠杆比的一点上的传动软联线(2)作相应动作。此软联线另一端用接于挡托杠杆转轴下方的相应点上。挡托杠杆(10)、制音杠杆(4)，弦锤杠杆(9)，各转轴下方相对应和一致的一点，通过符合击弦动作设计工况要求的软线相联(17、18)键体杠杆的动作带动这三杠杆作相应动作挡托与弦锤顶端向击弦顶运动到设计“断联”行程时(此后的运动不受键子的能量而加速的这一行程“点”谓“断联点”。本方案设计为当弦锤顶点距，击弦点5～15mm的行程间的一点为断联点)，挡托杠杆转轴上端一点与杠杆支承小梁右边上方的联结软线被拉直(11)，当键子停止在击弦终态时，挡托杠杆稳定静止于此点；而弦锤杠杆则在获得的动能下继续作击弦运动，受弦反作用返回在彼此接触面形成的适当楔角上，形成稳定的静止态。弹奏手指松开键端后，在固定于杠杆支承小梁左端上的片(板)弹簧弹力、和弦锤、挡托重力矩作用下，各杠杆分别作相应的复位动作。
三、零部件装配 注塑成型的通直键体的轴孔，以适当过盈量(或辅以适当胶粘剂)压入轴衬(21)，两相邻键体转轴间以适当厚度(1～2mm)呢毡或自润滑材料垫片隔开，置于长轴(15)上(直径约10mm上下)；每八度键的两键间的转轴孔处为安装长轴支承基座(16)需要而开有相应的小长槽(图4)，长轴支承基座与各键体一同一套在此长轴上，其两端以螺纹坚固于键盘基座的中梁上；键盘基座以相应型材截以相应长度，每直角处内侧以直角联结板片以螺纹坚固，前后梁框长度方向上按设计工况要求，有相应高度的耐老化塑料或橡胶垫条块；键体转轴左侧的相应的一点处，从键“上表面”以小孔垂直引下柔性传动联线(2)的传动线，其键盘基座相应位置有用于固联此柔性传动联线的小定位销(1)，随后，柔性传动联线以平贴基座后梁引至所需布局方向。
用于支承制音、弦锤、挡托杠杆的空心小梁(5)相应的三轴孔(3、19、20)，分别置入相应联结软线(17、18)后，穿入空心小梁内，以轴与空心小梁联为一体；空心小梁左侧的横隔两侧，以螺纹或胶粘剂联结分别作用于制音和弦锤杠杆的片(板)弹簧(7、8)，其倔强系数和形制，协调系统杠杆比关系，按“手感”下沉阻力要求设计为20～40g间，空心小梁(5)以螺纹联结于有彼此对应、一致的小孔的中梁上(12)中梁形制符合各弦相应击弦点要求，两端以螺纹联结于琴体上的联结支座上(用于支承键盘的支承板，和弦列支架适当的相应位置，安装稳固各中梁(12)两端的联结支座)。挡托杠杆转轴上方相应一点的小孔，和空心小梁右侧上面的小孔(或小凸捎)间，联结符合设计工况要求的软线(11)。
参考资料
1、《钢琴制造》轻工业出版社 1960年版
《中国大百科全书·机械工程卷》中国大百科全书出版社电子版机械工程材料章节
2、中国乐器协会网 WWW.CMIA.COM.CN
权利要求
新材料、新工艺、柔性传动的钢琴击弦系统键体绕转轴转动，带动柔性传动联线，分别使有相应软线相联的制音、挡托、弦锤三杠杆作相应击弦动作；各转轴轴孔内壁嵌有多孔含油铜基轴衬，或耐磨自润滑合成树脂材料轴衬；键体、制音、弦锤、挡托，这些杠杆，空心小梁、中梁、键体长轴基座，这些结构件均采用工程塑料一次注塑成型；键盘基座各框架(梁)以铝合金型材，或工程塑料型材，在各直角处以相应直角肋体以螺纹搭接相联，或以工程塑料一次注塑成型。
全文摘要
新材料、新工艺、柔性传动的钢琴击弦系统。通过全面应用工程塑料、铝合金型材，以优化的结构设计，极大地简化生产工艺，显著提高生产工效，以模块化安装即可获得弹奏性能优异、结构简单可靠、击弦点可任意布局的少、无维护击弦系统。
文档编号G10C3/00GK101312037SQ20071010808
公开日2008年11月26日 申请日期2007年5月25日 优先权日2007年5月25日
发明者杨治安 申请人:杨治安, 上海玛珂琴业有限公司