用于乐器的改进的琴弘配置的制作方法

专利名称：用于乐器的改进的琴弘配置的制作方法
技术领域：
本发明总的涉及弦乐器结构，更具体地说，涉及一种可提高这些乐器的音质的改进的琴弦支承配置和琴马结构。
本发明的背景弦乐器的总装结构在该技术领域是众所周知的。例如，在钢琴型的配置中，有多根琴弦张紧在一琴弦附连结构，例如一板件的两端，当受到一琴锤的打击时，每一根琴弦都会发生振动。琴弦限定了音频，并将琴锤移动的一些动能转化为振动能量，包括在平行和垂直于所述板件的平面上的振动分量。钢琴式琴弦通常是布置成水平的(如大钢琴)或垂直的(如立式钢琴)，并且通常被细分成三个主要组群低音、低高音和高高音。低音通常涉及低音音调(lowerpitched notes)，而高音通常涉及高音音调(high pitched notes)。在一钢琴型的配置中，一般有三根用于高高音音调的琴弦，两根用于低高音音调的琴弦，一根用于低音的琴弦。一根或两根或三根成一组的琴弦通常被称作“同音度”。对每个同音度或音调而言，通常设有一个琴键。一架钢琴通常有88个键，因而至少在27.5赫兹的A0音调至4186赫兹的C8音调之间有88个音调。
在一种钢琴型配置中，琴弦与一琴马结构相配合，琴马结构将琴弦的振动能量传送到一个声音放大结构或共鸣板。通常，琴马结构是设置成横向于各琴弦，并包括用于每根琴弦的两个带角度的琴马销(某些乐器，例如大键琴一般只设有一根琴马销)，该两琴马销附连于一具有一顶面的曲面凸肋。每一琴弦均具有一位于琴马结构上的支承点，有时被称作声点(speaking)或振动长度端点。这两个销钉通常是安装成具有特定的角度，使得琴弦向下抵住琴马，侧面抵住销钉。为避免某些不希望有的演奏特性，例如当琴弦受到激发时它们会移离在琴马结构上指定的支承点，这种带角度的琴马销过去一直被认为是必须的。实际上，也在避免销钉没有足够角度的那种粗心的安装，因为这样也会导致类似上述的问题。
各琴弦与琴马结构之间下方及侧方的支承关系还有助于将它们的振动能量传递给琴马结构，并且部分地限定了两者间的机械联接。由于各琴弦是用来储存振动能量的重要的储存器，所以尽管对其原因和相互作用关系还不是完全了解，但琴弦被激发的幅度和方式以及边界条件对确定一琴弦的音调而言是很重要的。例如，在一钢琴中，琴弦通常是通过一具有一定撞击速度的琴锤的撞击来激发的，所述撞击速度取决于钢琴演奏者在钢琴键上输入力的大小。可以设想，撞击速度、琴锤的物理硬度和密度(及其毡覆盖度)、以及琴弦与琴马结构的联接方法部分限定了琴弦最初的音调。
琴弦的音调经常是由琴弦的和音度和衰减时间来限定的。当一琴弦受到激发(例如受到一琴锤的打击)时，它会在一基本频率下振动，该基本频率是由琴弦的振动或发声长度、琴弦的张力、每单位长度琴弦的质量来确定的。琴弦还会在基本频率的整数倍频率下振动，这一频率经常被称作泛音，或者说，是会产生一种无助于可察觉音高的“玻璃化”声音。基本频率、泛音的相对强度或振幅与玻璃化声音一起经常被称作音谱，它限定了琴弦的和音度。基本频率的振幅越大，泛音越小(例如，通常根据琴弦是否在高高音、低高音或低音范围内来确定该泛音是基本频率的5至10整数倍)，音调就越清楚、理想；反之，产生玻璃化声音的频率越大，它们的振幅越高，则音质的理想程度就越差。
除了琴弦的和音度以外，琴弦之激发频率(例如基本频率、泛音、和其它相关频率)的额外振幅的衰减速率在决定一琴弦的音质时也是很重要的。通常，衰减的时间越长，则音质越佳。更理想的是，各音调-音调之间的衰减时间相对较为均匀，在演奏时可以获得相互和谐的多重音调。例如，在一般的钢琴型配置中，有时难以实现这样一种良好的平衡，即使第5八音组和键盘以上的音高(音调C5至F6，通常称作旋律范围)维持足够长的时间(即，具有足够长的衰减时间)，而较低的八音范围(音调C1至C5)固有较长的衰减时间。
虽然以前的琴马结构对其设计目的而言能实现良好的功能，但经常并且一直希望能提供一种可实现附加工作优点的改进的琴马结构。例如，希望能提供一种可延长琴弦的衰减时间从而使来自不同范围钢琴琴音的并列(juxtaposed)音调很好融合的琴弦配置。还有较为有利的是，提供一种能改进的琴弦配置，它能减小与一音调相关的玻璃化声音，并能产生一较清晰的音调。本发明提供了这样一种改进的琴弦配置，它能提供具有上述音调优点和特征的设计。
发明概要一种用于乐器的琴弦配置，至少包括一根琴弦和一用于将琴弦联接于一发音元件的琴马结构。所述琴马结构具有一琴马表面和一支承点边缘。一第一琴马销至少与支承点边缘相切，并基本垂直于所述琴马表面，从而使琴弦在琴马结构处可同时接触支承点边缘和第一琴马销。
在某些较佳实施例中，在琴马结构上还可以设置第二和第三琴马销，它们分别位于第一琴马销后面沿轴向距离一第二琴马销间距，以及第二琴马销后面沿轴向距离一第三琴马销间距的位置上。较佳的是，第二和第三琴马销间距是在大约1mm至1cm的范围内。第二和第三琴马销还可以有一定的取向，即相对于第一琴马销成一第二销偏斜角，相对于第二琴马销成一第三销偏斜角。在较佳的配置中，第二和第三琴马销偏斜角相对于第一和第二琴马销而言是在大约-45度至大约45度的范围内。
附图简要说明虽然说明书和权利要求书特别指出并清楚限定了本发明，但可以相信，通过下文结合附图所作的详细描述，可以更清楚地理解本发明。


图1是根据本发明制成的一钢琴配置内部的局部平面图；图2是图1所示之钢琴配置内部的某一部分的放大的局部平面图；图3是图1所示之大钢琴内部的某一部分的放大的局部平面图，示出了一单根的线在一高音琴马上包括两根琴弦的实施例；图4沿图1中的线4-4剖取的、钢琴配置之音板的某一部分的局部剖视图；图5是沿图1中的线5-5截取的、钢琴配置的一高音琴马结构的剖视立体图；图6是沿图1中的线6-6剖取的、钢琴配置的一低音琴马结构的局部剖视图；图7是沿图5中的视线LS看过去的、高音琴马结构的放大的前视立体图；图8是图5所示高音琴马结构的放大的左视图；图9A-9H是本发明的琴马销配置的示意图；图10是图5所示之高音琴马结构的放大的右视图；对较佳实施例的详细描述下面将详细描述本发明的较佳实施例，这些例子是结合附图来说明的，附图中相同的标号表示相同的元件。图1是根据本发明制成的一架示范性的钢琴20(例如一大钢琴)内部的某一部分的俯视平面图，该钢琴的大致特征对本技术领域的熟练人员而言是熟悉的。虽然本文中将要描述的各较佳实施例特别适于用在大钢琴配置中，但本发明亦可应用于各种弦乐器，例如立式钢琴、大键琴、翼琴、吉它、曼陀林、小提琴等。
较佳的是，钢琴配置20包括一具有近端24和末端26的琴弦板22、张紧并横穿过琴弦板22的多根琴弦(例如28a、28b、28c、28d、28e、28f)、一靠近所述各琴弦的音板30、一用于将所述各琴弦联接于音板30的琴马结构(例如，用于高音琴弦的32a和用于低音琴弦的32b)。从图1中清楚可见，一示范性的高高音音调最好包括形成一第一同度音34的琴弦28a、28b和28c，而一示范性的低高音音调最好包括形成一第二同度音36的琴弦28d和28e。图中示出的一低音音调最好包括形成一第三同度音38的一单根琴弦28f。为清楚起见，对大钢琴20的其余琴弦就不再赘述。
每一根琴弦(例如28a、28b、28c、28d、28e、28f)大致对角地延伸穿过琴弦板22，并由具有一机械长度(例如M)的线40构成，如图2清楚所示。琴弦最好是借助调音销42终止在近端24，借助栓系销44终止在末端26，并且能以本技术领域已知的方式附连于调音销42和栓系销44。虽然每根琴弦都可以由机械长度为M的不同的线40构成，但在一更佳的实施例中，相邻的琴弦可以由同一根线构成，因而机械长度M限定了两根琴弦(参见图3)。在这种通常被称作“环形琴弦接续”的配置中，线40的一端借助第一调音销46a终止，并经过一琴马结构(例如图1所示的32a或32b)而形成第一琴弦48a。然后，同一根线40绕在栓系销44上并再次经过琴马结构后终止在调音销46b处，从而形成相邻的第二琴弦48b。因此，是相邻的调音销46a和46b，而不是一根调音销和栓系销可以限定线40的机械终止点。第一琴弦48a和相邻琴弦48b可以保持它们各自的音高，因为线在栓系销44处弯折时有一定的张力和刚度。每根琴弦都最好是由高强度的钢制成，并且可以是袒露的，或者是包覆在一层或多层覆盖线或其它材料内，每一包覆层都是以一种多圈螺旋的方式卷绕在内芯上的。
由图4清楚可见，调音销42最好穿过琴弦板22进入到附连于琴弦板22的承销块50内。线40的一端卷绕在一调音销42上，因而通过调节调音销42可以有选择地增大或减小线的张力，进而调节或“调谐”由线40形成的琴弦的基本频率。在这种方式下，形成一同音度的各琴弦(例如34a、34b和34c)可以彼此和谐地正确保持。
较佳的是，每一琴马结构附连于(例如通过胶接)音板30，使得该组合结构与由张紧的琴弦产生的向下支承载荷机械地相对，并充当该琴弦配置(例如钢琴20)的声音辐射构件，即将琴弦和琴马的某些机械能量转变成声能。音板30与琴马结构32a和32b最好是由音木(tone wood)制成，或者是实心的，或者是层叠的。音板通常用一种软木材料，例如云杉木制成，而琴马则是由硬木材料，例如枫木或山毛榉制成。
由图2清楚可见，每根琴弦的振动长度或发声长度S具有第一和第二端点。第一端点是由近端24处的偏斜元件52提供，藉以使琴弦发生足够的偏斜或有效的偏斜。在一较佳实施例中，偏斜元件可以是固定于琴弦板22的搭接销54，或者是已有技术中众所周知的V形杆(未示)。
第二端点可以由末端26处的一琴马结构(例如32a、32b)提供，如图5(琴马结构32a)和图6(琴马结构32b)所示。每一琴马结构最好包括一具有琴马表面60的琴马凸肋58，以及与每根琴弦相关的第一琴马销62a、第二琴马销62b和第三琴马销62c。如图所示，琴马表面60具有一支承点边缘64和后边缘66。本技术领域众所周知，最好是由支承点边缘64和第一琴马销62a协作限定琴弦发声长度S的第二端点。第一琴马销62a最好位于琴马结构(例如32a或32b)上，并使第一琴马销62a的至少一部分与支承点边缘64切向相交。更好的是，第一琴马销62a位于琴马结构上，并使支承点边缘64如图6所示的那样接近于将第一琴马销62a二等分，因而每根琴弦(例如28a、28b、28c、28d、28e和28f)与支承点边缘64接触，在同一平面内的第一琴马销基本垂直于琴弦62a的纵轴线(例如P)，如图7和图8所示。由于确保了第一琴马销与支承边缘接触或至少切向相交，所以每根琴弦在琴马结构处的发声长度S只有一个有效的第二端点。为了确保各琴弦与琴马结构之间有足够的间隙，从而使一琴弦与第一琴马结构的接触发生在支承点边缘64处，可将一第一凹口或切口68a与每一个同度音(例如34a、34b、34c)联系起来，该凹口设置在前边缘70和支承点边缘64之间。一第二凹口68b位于尾边缘72和后边缘66之间，以便在那里提供足够的间隙，虽然该凹口并不是必须的。
第一琴马销62a最好是以在其连接处基本垂直于琴马表面60的方式取向。这里所用的术语“基本垂直”意味着第一琴马销62a相对于琴马表面60的角度A1是大约90度±大约5度。更好的是，角度A1是大约90度±大约2度，最好是标定为大约90度。可以相信，第一琴马销62a基本垂直于琴马表面60的取向可以提供一种具有较长衰减时间的音调，并且能发出比其它没有基本垂直的第一琴马销62a的琴弦更“亮”的声音。虽然对各琴弦、琴马结构62a和62b及音板30之间的机械联接特性，及其对音质的影响还不是完全清楚，并且不受任何特定原理的制约，但是可以相信，在本发明配置内的一受激发琴弦的可感觉的维持时间是较为有效的，与一根发声长度为S并终止在具有一非基本垂直的第一琴马销的琴马结构处的可比较的琴弦相比，本发明的琴弦配置感觉上可以获得较长的维持时间。还可以相信，与非基本垂直的可比较琴弦相比，在本发明配置内的一受激发琴弦的基本频率大于其第一泛音。
还有一种想法是，一基本垂直的第一琴马销的上述优点来自于琴弦在一大致平行于音板的平面上(即大致垂直于本发明的第一琴马销)的初始振动能量的增量。由于在平行于音板平面内的机械阻抗相对高于在垂直于音板平面内的机械阻抗，所以一琴弦的振动能量在垂直平面内大量地耗散。于是，可以推想，利用本发明的配置可将更多的能量分配到平行于音板的平面上，由于较多的能量最初被“储存”起来以便以后在垂直平面内的耗散，所以可产生一根具有较长衰减时间的音调。
在琴马结构上还可以设置一第二琴马销62b和/或第三琴马销62c，以机械地栓定一琴弦，从而使其被激发时不会离开支承点边缘64。较佳的是，可将第二琴马销62b设置在第一琴马销62a之后相距一第二销轴向间距D1处，并与第一琴马销在一直线上，如图9A所示。在图9A中，为清楚起见(图9A-9H仅仅是为了说明琴马销62a、62b和62c的可能的几种相对布置，不是这些布置的穷举，也没有说明较佳的琴马销位置)，已将琴马结构的细节去除。在更佳的配置中，间距D1是在大约1mm至大约1cm的范围内。
第二琴马销62b也可以有一个相对于第一琴马销62a的第二销偏斜角(例如O1)，由图9B、9D、9F和9H清楚可见。这里所说的偏斜角O1是指介于平行于线40并穿过第一琴马销62a中心点的第一假想线T1与穿过第一琴马销62a和第二琴马销62b的中心点的第二假想线之间的那个角度，由图9B清楚可见。较佳的是，偏斜角O1是在大约-45度至大约45度的范围内(图9B至图9F示出了一个正的偏斜角O1，而图9H示出了一个负的偏斜角O1)。
由图8清楚可见，第二琴马销62b相对琴马表面60有一个第二销取向角A2，因而使每根琴弦均保持为抵住琴马表面60的下支承状态，以及抵住第一和第二琴马销62a和62b的侧支承状态。在一较佳的配置中，第二琴马销62b的取向角A2是在大约65度至大约80度的范围内，或者说是在大约100度至大约115度的范围内。可以相信，每根琴弦的这种下支承和侧支承的关系能防止琴弦脱离支承点边缘64，进而防止当一琴弦受到激发时，其发声长度S的第二端点偏移。此外，每根琴弦因与琴马表面60以及第一和第二琴马销62a和62b相抵而保持的下支承和侧支承状态有助于将琴弦的振动能量传送至琴马结构和音板30。虽然较佳的是第二琴马销取向为角度A2，但也可以构思成使其基本垂直于琴马表面60，并且可以进一步地设置一凹口、凹槽或类似物(未示)，以便限制一琴弦(28a、28b、28c、28d、28e和28f)在大致垂直于琴马表面60的方向上的移动。
较佳的是，可将第三琴马销62c设置在第一琴马销62b之后相距一第三销轴向间距D2处，并与第二琴马销在一直线上，如图9C所示。虽然可以相信，第三琴马销的实际位置并不是非常关键的，但在一更佳的配置中，第三琴马销62c与第二琴马销62b的间距D2是在大约1mm至大约1cm的范围内。第三琴马销62c可以取向为基本垂直于琴马表面60，或者最好是设置成相对于琴马表面60成一第三销取向角A3(图10)，若该第三琴马销与第二琴马销62b(图2)位于琴弦的同一侧，其角度范围应该在大约65度至大约80度之间。或者，较佳的是，若第三琴马销62c与第二琴马销62b位于琴弦的相对侧(如图9G所示)，则该第三琴马销可以具有一在大约100度至大约115度范围内的第三销取向角。
在一更佳的配置中，第三琴马销62c可以设有一相对于第二琴马销62c的第三销偏斜角O2。由图9E清楚可见，这里所说的偏斜角O2是指假想线T3和T4之间的夹角，假想线T3与假想线T1平行或同线，假想线T4穿过第二琴马销62b和第三琴马销62c的中心点。较佳的是，偏斜角O2是在大约-45度至大约45度的范围内(图9D和9E示出了一个正的偏斜角O2，而图9H示出了一个负的偏斜角O2)。
虽然较佳的是在琴马结构32a或32b上为每根琴弦设置三个琴马销，但也可考虑在琴马结构上设置其它不同的销配置，例如只设置两个琴马销(即基本垂直的第一琴马销62a以及第二琴马销62b)，这也没有偏离本发明的范围。类似地，还有这样的构思在琴马结构上只设置一单个的基本垂直的第一琴马销62a，即每根琴弦均由一个销栓定，或者是在琴马结构后面离开一定的轴向距离处设置其它的栓定结构(未示)。在该变化型式中，设置了一个可将第一琴马销62a和第二琴马销62b(未示)的功能和结构组合起来的单个琴马销(未示)。例如这样一种单个的琴马销可以设有一基本垂直的表面和一带角度的表面，就如同为各个单独的琴马销设置的那样。
琴马销可以由硬质钢材或类似物制成，它可以是空心的，或者更好的是涂覆了铜、铬或锌以便耐磨的实心钢材。虽然在不影响用于钢琴配置的本发明范围的情况下，琴马销的直径是可以变化的，但每个琴马销的直径范围最好是在0.15cm至0.25cm之间。此外，虽然每个琴马销最好是有基本圆柱形的形状，但也可以有其它的形状(例如椭圆形、圆形、方形、三角形)和构造(例如将第一琴马销62a、第二琴马销62b和第三琴马销62c的功能和/或结构相结合的一单个销)。
前面为说明起见对本发明的较佳实施例所作了详细描述，但这些描述并不是排它的，也不想把本发明仅限于这些型式。本技术领域的熟练人员在以上描述的基础上，还可以构思处很多变型和改动，因而以上描述的各实施例仅仅是为了最好地描述表面的原理，并使本发明能实际应用，对特定的乐器而言，各种变型也是适用的。因此，本发明的保护范围仅由所附权利要求所限定。
权利要求
1．一种用于乐器的琴弦配置，所述乐器至少具有一根联接于一发音元件的琴弦，所述配置包括一琴马结构，它具有一琴马表面和一支承点边缘；一靠近所述支承点边缘并基本垂直于所述琴马表面的第一琴马销，藉以使布置其上的一琴弦与所述支承点边缘和所述第一琴马销接触。
2．如权利要求1所述的琴弦配置，其特征在于，它还包括一在所述第一琴马销后面沿轴向距离一第二销间距的第二琴马销。
3．如权利要求2所述的琴弦配置，其特征在于，所述第二琴马销相对于所述第一琴马销取向为一第二销偏斜角。
4．如权利要求2所述的琴弦配置，其特征在于，它还包括一沿轴向位于所述第二琴马销后面的第三琴马销。
5．如权利要求4所述的琴弦配置，其特征在于，所述第三琴马销相对于所述第二琴马销具有一第三销偏斜角。
6．如权利要求1所述的琴弦配置，其特征在于，它还包括多根琴弦。
7．一种用于乐器的琴弦配置，包括一琴弦板；穿过所述琴弦板而张紧的多根琴弦；一靠近所述琴弦板的音板；一连接至所述音板并将所述各琴弦联接于所述音板的琴马结构，所述琴马结构具有一琴马表面和一支承点边缘；一与每根琴弦相关的第一琴马销，它至少与所述支承点边缘相切并基本垂直于所述琴马表面，所述各琴弦与所述支承点边缘和所述第一琴马销接触；以及一与每个所述第一琴马销相关的第二琴马销，它位于所述第一琴马销后面沿轴向距离一第二琴马销间距的位置上。
8．如权利要求7所述的琴弦配置，其特征在于，所述第二琴马销间距是在距离所述第一琴马销大约1mm至大约1cm的范围内。
9．如权利要求7所述的琴弦配置，其特征在于，所述第二琴马销相对于所述第一琴马销取向为一第二销偏斜角。
10．如权利要求9所述的琴弦配置，其特征在于，所述第二销偏斜角是在大约-45度至大约45度的范围内。
11．如权利要求7所述的琴弦配置，其特征在于，所述第二琴马销取向为一个第二销取向角。
12．如权利要求11所述的琴弦配置，其特征在于，所述第二销取向角相对于所述琴马表面是在大约65度至大约80度的范围内。
13．如权利要求7所述的琴弦配置，其特征在于，它还包括一位于所述第二琴马销后面沿轴向距离一第三琴马销间距的第三琴马销。
14．如权利要求13所述的乐器，其特征在于，所述第三琴马销间距是在距离所述第二销大约1mm至大约1cm的范围内。
15．如权利要求13所述的乐器，其特征在于，所述第三琴马销取向为一第三销取向角。
16．如权利要求13所述的乐器，其特征在于，所述第三销相对于所述第二琴马销取向为一第三销偏斜角。
17．如权利要求14所述的乐器，其特征在于，所述第三销偏斜角是在大约-45度至大约45度的范围内。
18．一种用于乐器的琴弦配置，包括一具有一近端的琴弦板；穿过所述琴弦板而张紧的多根琴弦，每根所述琴弦均具有一振动长度；一与每根所述琴弦相关的偏斜元件，它设置得靠近所述近端，所述偏斜点是每根所述琴弦的所述振动长度的第一端点；一靠近所述琴弦板的音板；一附连于所述音板并将所述各琴弦联接于所述音板的琴马结构，所述琴马结构具有一琴马表面和一支承点边缘；一与每根所述琴弦相关的第一琴马销，它至少与所述支承点边缘相切并基本垂直于所述琴马表面，所述各琴弦与所述支承点边缘和作为每一所述琴弦的所述振动长度的第二端点的所述第一琴马销接触；以及一与每个所述第一琴马销相关的第二琴马销，它位于所述第一琴马销后面沿轴向距离一第二琴马销间距的位置上。
19．如权利要求18所述的琴弦配置，其特征在于，所述偏斜元件是一个搭接销。
20．如权利要求1 8所述的琴弦配置，其特征在于，所述第二琴马销相对于所述第一琴马销取向为一第二销偏斜角。
全文摘要
一种用于将一根或多根琴弦联接于一例如一音板之类的发音元件的改进的琴弦配置,包括一琴马结构(326),它具有一琴马表面(60)和一支承点边缘(64)。与每根琴弦相关的一第一琴马销(62a)与支承点边缘相切,并基本垂直于琴马表面。在第一琴马销沿轴向的后面还可以设置一第二(62b)和/或一第三琴马销(62c),以便抵住琴马表面而保持每根琴弦。由于改进了用于钢琴或其它琴弦配置内的传统和简单的结构配置中基本频率的振幅和持续时间,所以本发明可提供改进的音质。
文档编号G10C3/00GK1234894SQ96180414
公开日1999年11月10日 申请日期1996年12月13日 优先权日1995年12月14日
发明者M·J·沃森, R·L·哈里斯 申请人:辛辛那提大学