弦槌是鋼琴擊弦機結構中的重要組成部分，是影響鋼琴音色的重要因素之一。本文以鋼琴發展的歷史文化過程為脈絡，以鋼琴發聲的數理為依據，運用科學實驗定量分析的方法，通過主觀與客觀相結合的手段，對弦槌的性能及品質方面進行較全面的分析，為鋼琴弦槌的研究及音質分析評價確立了重要理論依據。

 鋼琴制造技術理論

音色作為樂器評價的一項重要指標，已經成為選擇和鑒定其質量優劣的重要依據。鋼琴聲音的產生，是由弦槌敲擊琴弦，使琴弦產生振動，并通過弦碼將振動能量傳遞給起共鳴作用的音板上，音板的振動在空氣中產生疏密的波，發出我們所聽到的鋼琴的聲音。這一系列的振動所產生的能量的傳遞，首先是由演奏者激發弦槌而引起的，沒有弦槌的這一擊弦運動，聲音無從談起。世界上許多著名的品牌鋼琴，例如斯坦威（Steinway）鋼琴用較硬的弦槌激發張力較小的琴弦，它產生的音色特點，低音渾厚無比，中音溫暖而寬厚，高音明亮而華麗，尤其中音具有很強的感染力和表現力。與斯坦威并駕齊驅的貝森多夫（Bösendorfer）鋼琴是用較軟的弦槌擊張力較大的琴弦，它產生的音色特點，低音音色清晰而圓潤，且不失渾厚，高音區音色甜美而決不帶金屬聲，兩種不同品牌的鋼琴弦槌的設計，充分體現出鋼琴弦槌在影響鋼琴音色方面的重要作用。

一、弦槌在鋼琴發展歷程中的重要作用

鋼琴發展到今天，經歷了從音樂棒到現代鋼琴幾百年的歷史演變。弦槌的產生，伴隨著鋼琴的發展而逐步演變至今，是現代鋼琴的特征與標志。以鋼琴發展的過程來看，其起源應是弦樂器的一種。原始的弦樂器是一個只有一根弦的竹筒音樂棒，后來人們發現不同長度的弦可以發出不同音高的音，由此誕生了多弦琴，后經制作家的不斷改進，約在十五世紀初，克拉維卡琴（Clavichord）和羽管鍵琴（Harpsichord）兩種古鋼琴相繼誕生。它就是現代鋼琴的前身。

克拉維卡琴約于15 世紀初誕生在歐洲，16世紀與琉特琴同時盛行。克拉維卡琴是通過銅片或楔槌敲擊一組弦，使其振動而發音的。擊弦后楔槌仍和弦接觸，直到放開琴鍵，楔槌才能復位，因此，這種發音方式的擊弦古鋼琴的音量很有限，整個力度范圍僅在pp~mp之間羽管鍵琴在彈奏時使用撥片撥動琴弦發出聲音，這個撥片一開始用鳥類的羽毛管制成，后來鳥類的羽毛管改成了用小塊皮革或金屬塊來做撥片。撥片裝在可活動的木舌上，靜止時在琴弦下面，當按下琴鍵時，木舌上的羽管或撥片上升撥弦。

當松開時，木舌上的軸架轉動，使撥片繞開琴弦落下。

在羽管鍵琴上，音量和音色的變化不是用手指觸鍵，而是靠音栓來控制的，所以音量只能作階梯似的變化，音色較硬、音值較短、長音不能保持，無法實現漸強或漸弱的效果。十八世紀初，意大利人克利斯托弗利（Cristofori,1655—1731），不滿足用羽毛撥片撥弦發音，靠音栓來控制音色的羽管鍵琴。于1709年制作出一架被稱為“有輕重變化的古鋼琴”（Klavicembalo piano e forte）。這種鋼琴的出現，改變了原來的發音方式，由鹿皮包制的弦槌擊弦取代了撥片撥弦的發音方式（如圖）。1826年英國鋼琴制作師亨利•帕普又創用了毛氈包裹木芯的弦槌，使弦槌擊弦發出的聲音更柔和、圓潤。正是弦槌的出現，改變了在羽管鍵琴鍵上，即使施加再大的力量,也只能達到撥動一下琴弦的效果。在他發明出弦槌及擊弦機后,就不僅誕生了鋼琴,而且也注定了羽管鍵琴的末日。弦槌的擊弦振動代替了撥片撥弦振動，使弦槌成為現代鋼琴的標志。

二、鋼琴弦槌質量及性能的研究

鋼琴的良好音質50%決定于音源，25%在于弦槌。當然，要用任何資料來估計這些因素的主次是困難的。但是毫無疑問，弦槌是影響鋼琴音色的一個很重要的因素，與弦列及音板共同決定著鋼琴的音質。

弦槌在鋼琴發展歷程中起到如此重要的作用，它的結構、性能等因素勢必對鋼琴音色的形成具有一定的影響。在現代鋼琴形成之前的弦槌，是用鹿皮包裹著木芯制成的。用這種弦槌敲擊琴弦演奏時，雖然具有一定彈性，但音量并不能滿足演奏者要求。在以后鋼琴的不斷改進與發展中用羊毛氈代替了鹿皮，用適度增大體積與重量的弦槌代替了小規格的舊式樣。現代鋼琴上的毛氈弦槌，每個的大小都不一樣，從低音槌到高音槌系由大到小逐漸變化的。通過研究得出：弦槌的質量、彈性、擊弦歷時是體現弦槌性能的重要條件，被稱為影響鋼琴音色的三要素。

1、弦槌的質量

弦槌在正常運動時，弦槌質量越大，琴弦獲得的能量越大，琴弦振動所產生的聲音的音量越大。但是，如果弦槌質量過大，會導致擊弦機的工作阻力增大，在彈琴的時候會感到琴鍵沉重、費力，并且也會因之而造成弦槌擊弦歷時增長，抑制住琴弦的部分振動，使響度不足及音色變壞。如果弦槌的質量太小，擊弦時會因琴弦所獲得的能量不足而使振動狀態不良（主要是琴弦振幅太小），而影響音量。在鋼琴弦列中，由于低音弦粗且長，若想使它有良好的振動狀態，就要使它獲得比較大的激發能量。如上所述，適當的增加弦槌質量，是解決這個問題的較好辦法。而高音琴弦細且短，要想使其有較好的振動狀態，質量較小的弦槌更適合。弦槌的質量，從低音到高音是逐漸遞次減小的，最低音（第一弦）弦槌的質量最大，最高音（第88弦）弦槌質量減至最小。一般認為，立式鋼琴的弦槌質量，低音最大的為12克重，高音最小的為5克重，比較恰當；大型三角鋼琴由于低音琴弦更粗、更長，用以激發這種琴弦的弦槌質量最大可增加到15克重。

在現代三角鋼琴和立式鋼琴中，對于小槌質量的選擇是如此精確，并且這是用經驗估計出來的，而不是靠理論計算出來的。在所有的三角鋼琴和立式鋼琴中，小槌質量變化的范圍是從低音區的12克到高音區的5克。演奏會用三角鋼琴的低音較粗重，低音槌的質量加大到15克。

如果做一系列的計算來確定低音區小槌質量，計算中考慮到最有利于音的聲譜和響度能量的發射，那么計算的結果顯示出小槌質量也應該是12到15克。

弦槌是通過擊弦機的正常運動，敲擊琴弦使琴弦振動發音的部件。弦槌在擊弦運動過程中，弦槌的質量越大擊弦時所具有的動能就越大，但質量的增加會使鍵盤的慣性阻力加大，使演奏者感到鍵子沉重，不利于快速演奏；但弦槌的質量也不能太小，質量小了雖然慣性阻力小，但擊弦力度也隨之降低，即不能滿足演奏者的要求，同樣也會影響鋼琴的音色。因此，弦槌的質量應在一定的范圍內變化（一般型號為120左右的立式鋼琴，弦槌的最大質量12克，最小的6克，7尺以上的三角鋼琴最大15克，最小5克，而STAINWAY九尺三角鋼琴弦槌質量為6—17克）。弦槌在正常運動時，弦槌質量與琴弦獲得的能量成正比，即弦槌質量越大，琴弦獲得的能量越大，琴弦振動所產生的音量越大。因此，在弦槌的設計中，應遵循較大的鋼琴，即琴弦較長/較粗（與較小的鋼琴比較而言），其弦槌應使用質量較大的。另外，要使低音區較粗的琴弦產生振動，必須要有較大的能量，這就只能靠增加弦槌的質量來獲得。琴弦越粗，張力越大，其波阻抗也越大，因此所需弦槌的質量就必須使用較大的弦槌與琴弦相適應。

從提高鍵盤機械有效系數的觀點來看，增加小槌質量也是有利的。如果小槌的質量不比鍵盤機械其它活動的組合件的質量大，那么，彈奏者的能量在很大程度上將耗費于這些組合件的運動中，而留給小槌部分的能量就不多，因此，增加小槌質量就會提高鍵盤的慣性阻力。要使沉重的小槌運動起來，就得耗費較大的力。鍵盤機械就變得重了。鍵盤機械的有效系數可用小槌的質量對整個鍵盤機械質量的比例來表示。

增加小槌質量必然會引起小槌與弦擊觸歷時的加長，就會引起音質顯著變壞。如果擊弦歷時長于弦的周期，那么小槌就將壓制住弦的部分振動，音的響度因此而降低，音色也將變壞。所以小槌的質量最好還不盡可能的小些。在弦槌質量小的情況下，可用增加弦槌運動速度的辦法，即加長槌柄的辦法，來保證必要的能量儲備。但是這樣會引起槌柄撓性大大的增加。隨著柄長的增加，它的撓性將成三次冪增加，與此同時，弦槌的能量卻成二次冪增加，而導致弦槌將顫抖不適于彈奏要求。因此，弦槌質量應該有一個平均的最適宜的值，來綜合兩方面的要求。

按照弦列的尺度，小槌質量的分配是以弦波阻抗的值為依據。在中音區，弦的波阻抗從低音到高音逐漸變弱。小槌質量也應該隨著變化。因為波阻抗決定于弦直徑、材料密度及張力，密度和張力在裸弦上實際都是常數，所以從實質上說，中音區小槌質量的變化應該與弦直徑成正比例。

但是，大致從第70號同音弦組開始，小槌質量應該比弦的直徑的變化要快的多，以為在這里保持這個比例，就會導致最高音區邊上小槌的質量大為超過擊弦歷時所允許的值。這里就應該按擊弦歷時來計算小槌的質量，實際化成數值就是5到6克。
弦槌是通過擊弦機的正常運動，敲擊琴弦使琴弦振動發音的部件。弦槌在擊弦運動過程中，弦槌的質量越大擊弦時所具有的動能就越大，但質量的增加會使鍵盤的慣性阻力加大，使演奏者感到鍵子沉重，不利于快速演奏；但弦槌的質量也不能太小，質量小了雖然慣性阻力小，但擊弦力度也隨之降低，即不能滿足演奏者的要求，同樣也會影響鋼琴的音色。因此，弦槌的質量應在一定的范圍內變化。應遵循較大的鋼琴，即琴弦較長較粗（比較小的鋼琴），其弦槌應使用較大的。另外，要使低音區較粗的琴弦產生振動，必須要有較大的能量，這就只能靠增加弦槌的質量來獲得。琴弦越粗，張力越大，其波阻抗也越大，因此所需弦槌的質量就必須與琴弦相適應。即：在不同音區的同音弦組中，弦槌的質量從低音區到高音區逐漸減小。

3、弦槌的彈性與擊弦歷時的關系

增加弦槌的質量，可以改變弦槌的動能，既是增加弦槌的運動速度。然而弦槌的質量不能無限的加大，只能通過改變弦槌的彈性來實現。弦槌的彈性是由弦槌毛氈的密度決定的，密度高的弦槌比較硬，弦槌的彈性比較好，在質量不能隨意加大或減小的情況下，為了使鋼琴獲得滿意的音色，就要增加弦槌的彈性。鋼琴的低音區發音應渾厚，高音區應明亮，所以低音弦槌的槌氈硬度要比高音槌氈的硬度值略低一些。從低音區到高音區的每一個弦槌的硬度應是均勻遞增的。低音槌氈密度為0、4g/cm3,高音槌氈密度為0、8g/cm3,反映在弦槌制成品上的硬度為：低音在82度，高音在92度。按照上述經驗制定鋼琴弦槌與槌氈的相關技術標準，這樣的弦槌才能使聲音在不同的音區均勻的過渡，從而獲得滿意的音色。

通過對弦槌質量與彈性的分析得出，弦槌的擊弦歷時在很大程度上影響鋼琴的音色。擊弦歷時指的鋼琴槌擊弦時與弦接觸的時間。這種槌擊接觸的時間長短以及與之相聯系的強弱、快慢、深淺等不同的變化形成了不同的音量與音色。因此與各個不同音區弦列相適應的弦槌質量、彈性、硬度是保證擊弦歷時的關鍵。尤其在低音區弦槌缺乏彈性就難以保證渾厚堅實的音色。只有當弦槌有一定的柔軟度和彈性才能延長擊弦歷時，從而強化第一諧音，抑制高次諧音，達到滿意效果。反之，在高音區要達到清澈透明，要求高次諧音有一定的強度，相應的弦槌必須減小質量，增加硬度，便于擊弦歷時縮短，高頻諧音能充分釋放。對于最重要的中音區，既要求柔美純凈，明亮清晰，又要求有一定力度和厚度，有較好的歌唱性和持久性，弦槌也就相應的要求軟中帶硬，即表面柔軟，里層堅實，擊弦歷時能靈敏的隨彈奏手法的變化而在力度、聲音上產生富于表情的變化，以表現鋼琴藝術的無窮魅力。
美國鋼琴技師Rick Baldassin通過實驗得出：“優質鋼琴的擊弦歷時，在高音區應該是0．3毫秒，在低音區則為3毫秒。如果超出這個范圍，在高音區的音色即會暗淡而且沒有穿透力。在低音區的音色則會出現混沌沒有層次感” 鋼琴弦槌品質分析。

通過上述對弦槌質量、彈性與擊弦歷時等方面的分析，可以看出所有影響鋼琴音色的因素都與弦槌的品質有關，在生產制造鋼琴過程中，要了解弦槌品質的優劣，則需采用有效的檢測方法，對弦槌的運動速度及其聲音品質的分析，來判定弦槌品質的優劣。

鋼琴聲音的產生是通過演奏者的手指使弦槌獲得一定的能量所發出的。通過弦槌擊弦所產生的動能總量與弦槌的速度、質量關系式E=1/2MV2可看出，弦槌所獲得的能量與弦槌的質量和運動速度成正比。當我們對調整完畢的擊弦機進行檢測時發現，鍵子彈下去后，弦槌會立刻運動起來，這種情況下鋼琴最大音量的潛能，被弦槌擊弦所產生的可能得到的能量所限制，根據上述關系式，演奏者有能力改變鍵子能量輸入的大小，當演奏者以快速而有力的方式擊鍵時，弦槌的速度也相應的增加（因弦槌和槌柄的質量一定），聲音能量的輸出也相應的加大。因此，在理論上由于演奏者使用足夠大的力量和速度，應該得到最大的音量。但身體和手臂的速度有物理上的局限性，無論演奏者對鍵子輸入再多的能量，鋼琴音量的輸出也只能達到一定的限度。通過對一架三角鋼琴的實驗，當鍵子以0.1m/s――0.2m/s之間的有效速度將弦槌擊到琴弦上時，由于頂桿推動凸輪時產生斷聯，弦槌不能獲得足夠的加速度，只有當弦槌以2. 0m/s而達到5m/s―6m/s運動速度時，弦槌才能獲得足夠的加速度，演奏者可以在這個范圍內以不同的速度和力度，有效的控制鋼琴的音量來達到演奏者的要求。

每架鋼琴的擊弦機的能量都具有一定的極限，正是因為這個擊弦機的極限，使演奏者的手指不能完全通過鍵子進行能量的輸入，來促進弦槌的快速運動。因此，若改變鋼琴的音量，還應該通過音板及弦列等方面進行改進，而達到完善鋼琴音質的目的。

2、弦槌的聲學品質分析