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乐器用金属材料

[拼音]:yueqiyong jinshu cailiao

[外文]:musical instrument metals

制作乐器的金属材料。乐器通常由振动体、传导体、共鸣体、支撑体、附件等组成。乐器各个部件使用的材料的性能对乐器的音量、音质(音色),特别是频率(音调)及其稳定性等有重要的影响。这种材料一般要求有适宜的内耗(或品质因素)、密度、弹性模量、耐蚀性和成型加工性能。我国商周时期 (约公元前17~前3世纪)就有青铜制的铙和编钟等金属打击乐器。某些战国时期的编钟是由含锡15~16%、铅1~2%的铜合金制成的。

含锡10~20%的青铜,称为响铜,用于制造锣、钹等打击乐器。现在的笙、芦笙等的簧片也都由响铜制成。这种古代就已生产的铜锡合金有良好的力学性能、物理性能和音响效果,所以沿用至今。如果合金中含锡量增高,会使乐器的音频过高,脆性增大,容易破裂;含锡量降低,则会使乐器音频过低,损害音响效果。铜管乐长笛也用铜锡合金制作。含锌30%(或10%)的黄铜和含镍30%的白铜具有音的衰减小、耐蚀性好以及可切削、弯曲、钎焊等性能好的优点,用于制造铜号等的管体,特别是喇叭出口部分。风琴、口琴的音簧要有适当弹性模量。弹性模量偏低,声音效果不好;弹性模量高时,频率稳定性好,可以通过控制簧片的长度和厚度把频率调节好,并使音量、音质和发音灵敏度获得改善。手风琴音簧一般用高碳钢薄带制成,薄带应有较高的尺寸精度和适宜的硬度。硬度过高,加工困难,容易折断;硬度过低,造成频率达不到规定的高度,且易随风压变化,高次谐波数少而弱,因而音色柔和有余,而明亮清脆不足。含碳0.85%、锰 0.5%的碳素工具钢(同我国的 T8MnA和T9MnA牌号相近)是制造琴钢丝 (乐器丝)的典型金属材料。琴钢丝应具有较高的抗拉强度(一般为250~350公斤力/毫米2)、适宜的弹性模量(18000~20000公斤力/毫米2),良好的耐疲劳性、韧性(一般要求弯曲8~20次,扭转20~30次)和耐蚀性,低的内耗值。材料抗拉强度过低,除容易断弦外,还会产生应力弛豫,频率不稳;抗拉强度过高,则会产生基频弱,谐波强度大、失谐过大,造成声音不纯。材料的弹性模量过高,内耗增大,会使音色不柔和,有生硬感;弹性模量过低,又会使音色过于柔和,有“闷”、“暗”感。琴钢丝直径通常为0.2~1.6毫米,椭圆度小于0.005毫米。椭圆度大了,会产生两个回转半径,引起两个非谐基频,使音色不纯。琴钢丝材料的生产,必须严格选用原料,采用炉外精炼工艺,保证化学成分准确、均匀和质地纯净(钢中夹杂物和硫、磷等元素含量低);还要严格控制金属塑性加工工艺参数,使用高精度的模具和合理的金属热处理工艺。这样,才能获得外表光洁、尺寸精确、组织均匀、品质因素好的产品。

在乐器的金属支撑体中,最典型的是钢琴的框架。框架一般用灰口铸铁制造。支撑着琴内多达 200根琴弦的总拉力(约15~20吨力),必须保证琴体结构不变形,对琴弦振动应有共振和传振能力。如果框架的材料抗拉强度低,会吸收过多的弦的振动,减少传到响板的能量。框架有不谐振动音会大大影响钢琴的音色。增加框架厚度虽能使琴体不变形,但会影响共振,减少音量。(见彩图)

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