曉 紅

(榆林學(xué)院,陜西 榆林 719000)

弦槌是鋼琴擊弦機(jī)中的重要零部件,弦槌的質(zhì)量、彈性、擊弦時間長短等都會對鋼琴的音質(zhì)、音色及最終呈現(xiàn)的演奏效果產(chǎn)生影響。傳統(tǒng)的弦槌大多使用動物皮、骨骼、腱膠原蛋白制備的動物膠粘劑進(jìn)行粘接,這種粘接劑除膠便捷,能夠隨時去除。但也有劣勢一面,一方面粘接效果不穩(wěn)定;另一方面膠粘劑本身的產(chǎn)能也極為有限[1-3]。如今我國生產(chǎn)的鋼琴擊弦機(jī)弦槌膠粘劑大多為化學(xué)合成,具有性能可調(diào)節(jié)、粘性強(qiáng)、產(chǎn)量大等優(yōu)勢,但也有反映這類化學(xué)合成的膠粘劑會影響鋼琴最終的音色。本文制備了一種雙組分聚氨酯膠粘劑,對該膠粘劑的粘接效果進(jìn)行分析并對該樹脂基膠粘劑和動物膠粘劑2種膠粘劑粘接擊弦機(jī)弦槌氈與弦槌木芯時鋼琴的整體音質(zhì)差異進(jìn)行主客觀測試,旨在確定化學(xué)合成膠粘劑粘接鋼琴擊弦機(jī)弦槌的優(yōu)劣勢。

1 實(shí)驗(yàn)材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料與設(shè)備

實(shí)驗(yàn)材料:本文所制備的雙組分聚氨膠粘劑分為甲、乙2組,使用時將2組溶液按照一定比例混合調(diào)勻,經(jīng)過2次涂膠即可;動物膠粘劑則選擇了日本阿隆發(fā)豬皮膠水。表1、表2所示分別為本次實(shí)驗(yàn)所需的主要材料及實(shí)驗(yàn)設(shè)備、工具。[4]

表1 實(shí)驗(yàn)材料Tab.1 Experimental materials

表2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及工具Tab.2 Experimental equipment and tools

1.2 實(shí)驗(yàn)過程與方法

1.2.1雙組分聚氨膠粘劑的制備

(1)制備A組分:按照質(zhì)量計(jì),制備A組分主要用到的原料及質(zhì)量分?jǐn)?shù)如表3所示。其中,無機(jī)填料主要包括800目重質(zhì)碳酸鈣等;觸變劑主要為表面積200 m2/g的氣相二氧化硅;除濕劑為無水氧化鈣;有機(jī)硅促進(jìn)劑為γ-(2,3-環(huán)氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷;催化劑為辛酸亞錫等[5-8]。

表3 制備A組分所需原料Tab.3 Raw materials and mass fractions required for the preparation of component A

根據(jù)固定的質(zhì)量分?jǐn)?shù)將表中原料通過高速分散機(jī)物理混合均勻后,再進(jìn)行抽真空脫泡,即可得到雙組分聚氨膠粘劑的A組分。

(2)制備B組分:按照質(zhì)量計(jì),制備B組分主要用到的原料及質(zhì)量分?jǐn)?shù)如表4所示。其中,無機(jī)填料和觸變劑與制備A組分時所使用的原料相同。

表4 制備B組分所需原料Tab.4 Raw materials and mass fractions required for preparation of component B

制備B組分時,第1步,在聚合釜中加入入中等分子量雙酚A改性聚醚二元醇和中等分子量聚醚二元醇并逐漸加熱至110 ℃左右;第2步,將第1步中的反應(yīng)物在真空狀態(tài)下攪拌脫水2 h,將反應(yīng)物溫度降至65 ℃并快速加入多異氰酸酯;第3步,將第2步所得反應(yīng)物逐漸、緩慢升溫至85 ℃,在充分通風(fēng)干燥并加入氮?dú)獾臓顟B(tài)下與聚合釜中持續(xù)攪拌2 h以上得到預(yù)聚物;第4步,將預(yù)聚物加入到行星攪拌混合機(jī)中,分別加入無機(jī)填料、觸變劑等并進(jìn)行2 h以上時間的攪拌得到B組分。

1.2.2對擊弦機(jī)弦槌進(jìn)行粘接

在使用雙組分聚氨酯膠粘劑對擊弦機(jī)弦槌進(jìn)行粘接時,將A、B組分按照質(zhì)量比2∶1的形式進(jìn)行混合、調(diào)勻,先后共涂膠2次。第1次涂膠以后需要晾置約5～10 min;第2次涂膠以后需要晾置約20～30 min,然后利用弦槌壓合工具等施加約50 kPa的外力,保持100 ℃熱壓條件2 h以上,并晾置1 d即可完成粘接。

在使用阿隆發(fā)豬皮膠水進(jìn)行粘接時,同樣需要進(jìn)行2次涂膠,第1次涂膠以后需要晾置約20～30 min;第2次涂膠以后需要涼置約1 h左右,然后采用完全相同的熱壓工藝,保持100 ℃熱壓條件3 h以上,并晾置3 d完成粘接。

將使用雙組分聚氨膠粘劑粘接弦槌命名為弦槌Ⅰ,鋼琴命名為鋼琴Ⅰ;使用阿隆發(fā)豬皮膠水粘接的弦槌命名為弦槌Ⅱ,鋼琴命名為鋼琴Ⅱ,分別開展后續(xù)的粘接效果評價和鋼琴音質(zhì)差異分析。

1.2.3膠粘劑粘接效果評價

利用文獻(xiàn)[9]關(guān)于膠粘劑粘接效果的分析理論,將雙組分聚氨膠粘劑及阿隆發(fā)豬皮膠水在不同溫度下的剪切強(qiáng)度作為衡量其粘接鋼琴擊弦機(jī)弦槌氈的唯一指標(biāo),在-20～60 ℃環(huán)境下經(jīng)剪切強(qiáng)度試驗(yàn)機(jī)對2種膠粘劑的粘接物剪切強(qiáng)度進(jìn)行測量,統(tǒng)計(jì)并分析兩種膠粘劑的剪切強(qiáng)度及變化情況,得到兩種膠粘劑的粘接效果優(yōu)劣。

1.2.4鋼琴音質(zhì)差異評價

(1)客觀評價法:主要指利用微型超聲測振儀、SHURE MV88采樣傳聲系統(tǒng)等對不同膠粘劑粘接擊弦機(jī)條件下鋼琴弦槌敲擊琴弦的振幅等數(shù)據(jù)進(jìn)行采集,通過對比得到不同膠粘劑粘接弦槌后形成的音質(zhì)影響規(guī)律、優(yōu)劣等。

(2)主觀評價法:指的是對2種不同膠粘劑粘接完成以后的鋼琴進(jìn)行演奏,邀請鋼琴演奏領(lǐng)域的專家對2種鋼琴的音質(zhì)、音色等進(jìn)行主觀評價,鋼琴音質(zhì)主觀評價記分:優(yōu)、良、中、差、劣,其分別為5、4、3、2、1分。

鋼琴音色主觀對比評價:您認(rèn)為鋼琴Ⅰ的音質(zhì)相對于鋼琴Ⅱ更為?

柔和□、堅(jiān)硬□、通透□、純凈□、突兀□。

2 結(jié)果與討論

2.1 粘接強(qiáng)度對比分析

在-20～60 ℃設(shè)置若干個溫度區(qū)間,將鋼琴Ⅰ、Ⅱ中的擊弦機(jī)弦槌分別置于不同的溫度區(qū)間內(nèi)測量膠粘劑的剪切強(qiáng)度,得到表5所示的膠粘劑粘接剪切強(qiáng)度對比結(jié)果。

表5 膠粘劑剪切強(qiáng)度對比Tab.5 Shear strength comparison of adhesives

由表5可知,從弦槌Ⅰ的視角來看,粘膠劑的剪切強(qiáng)度基本隨溫度的提升而逐漸下降,在溫度為-20 ℃時粘接材料的剪切強(qiáng)度最高,可達(dá)到23.7 MPa,而鋼琴演奏時一般外部環(huán)境溫度約20～40 ℃,此時膠粘劑的剪切強(qiáng)度約為12.8～10.4 MPa。從弦槌Ⅱ的視角來看,粘膠劑的剪切強(qiáng)度會隨溫度的提升而呈現(xiàn)出先提升后下降的狀態(tài),在溫度為20 ℃時達(dá)到最佳11.4 MPa;而當(dāng)溫度為60 ℃時剪切強(qiáng)度會低至4.3 MPa。

從二者對比的角度來看,弦槌Ⅰ不論在哪種溫度條件下的剪切強(qiáng)度均高于弦槌Ⅱ,尤其在外部溫度為-20 ℃時的剪切強(qiáng)度更高達(dá)16.8 MPa;即便在20 ℃時弦槌Ⅰ的膠粘劑粘接剪切強(qiáng)度也要高出弦槌Ⅱ1.4 MPa左右。顯然,弦槌Ⅰ所使用的雙組分聚氨膠粘劑的粘接性能優(yōu)于弦槌Ⅱ所使用的阿隆發(fā)豬皮膠水。當(dāng)演奏環(huán)境的溫度不在20～30 ℃這一區(qū)間內(nèi)時,弦槌Ⅱ所使用的雙組分聚氨膠粘劑粘接性能優(yōu)勢將更為明顯。

2.2 鋼琴音質(zhì)差異分析

2.2.1客觀差異

將鋼琴Ⅰ和鋼琴Ⅱ放置在相同的外部環(huán)境下由同一演奏人員分別敲擊低音區(qū)(5、17、21)、中音區(qū)(29、44、52)、高音區(qū)(63、71、81)琴鍵;由SHURE MV88采樣傳聲系統(tǒng)、微型超聲測振儀等采集擊弦時的琴弦振幅,得到表6所示的2種音頻鋼琴相對分貝統(tǒng)計(jì)結(jié)果。

表6 鋼琴音質(zhì)客觀測試結(jié)果統(tǒng)計(jì)Tab.6 Statistics of objective test results of piano sound quality dB

研究顯示,弦槌敲擊琴弦時的振幅(相對分貝)為負(fù)值時的值越大(越接近0),則鋼琴的琴弦振幅越小,音量也越小,聲音越柔和;反之,則音量越大,聲音越通透、嘹亮[10]。利用這一理論,以鋼琴Ⅰ琴鍵鍵號在某倍音次數(shù)數(shù)值減去鋼琴Ⅱ?qū)?yīng)值,可得到鋼琴Ⅰ與鋼琴Ⅱ在相同琴鍵鍵號、倍音次數(shù)下的音頻振幅(相對分貝)差異(如表7所示)。該值為正,越大則表示鋼琴Ⅰ相對鋼琴Ⅱ來說聲音的振幅越小,聲音越柔和;該值為負(fù),越小則表示鋼琴Ⅰ相對鋼琴Ⅱ來說聲音的振幅越大,聲音越嘹亮。

表7 琴弦振幅(相對分貝)差異Tab.7 Difference of string amplitude (relative decibels)

從表7琴弦振幅(相對分貝)差異來看,在5、17、21鍵處大部分倍音次數(shù)下鋼琴Ⅰ相對鋼琴Ⅱ的音頻振幅差異均為負(fù)值,表明在這一低音區(qū)間內(nèi)鋼琴Ⅰ相對鋼琴Ⅱ而言平均振幅大、音量大,聲音更為高亢、嘹亮;在29、44、52鍵處鋼琴Ⅰ與鋼琴Ⅱ音頻振幅差異正負(fù)值各占50%,表明在這一音區(qū)內(nèi)鋼琴Ⅰ相對鋼琴Ⅱ而言平均振幅接近、音量接近、音色接近;在63、71、81鍵處鋼琴Ⅰ與鋼琴Ⅱ的音頻振幅差值大部分為正值,表明在高音區(qū)間內(nèi)鋼琴Ⅰ相對鋼琴Ⅱ而言平均振幅更小、音量更小、聲音更為柔和。由鋼琴Ⅱ在不同音區(qū)內(nèi)的擊弦表現(xiàn)來看,雙組分聚氨膠粘劑在中音區(qū)的擊弦表現(xiàn)與傳統(tǒng)動物膠粘劑的效果更為接近,而在低音區(qū)和高音區(qū)則存在明顯區(qū)別。

2.2.2主觀差異

表8所示為10位鋼琴演奏領(lǐng)域?qū)＜以谙嗤h(huán)境下對鋼琴Ⅰ、Ⅱ的音質(zhì)進(jìn)行主觀評價所得結(jié)果。

表8 主觀差異評價結(jié)果Tab.8 Results of subjective difference evaluation

由表8直觀評分結(jié)果來看,10位專家對2組鋼琴的評分分別為4.76分和4.82分,均達(dá)到了良以上且二者評分極為接近。從綜合主觀評價來看,2種鋼琴的音質(zhì)、音色并沒有明顯的差異,阿隆發(fā)豬皮膠水組的評價結(jié)果略好,但優(yōu)勢并不明顯。

以開放評價來看,10位專家中認(rèn)為鋼琴Ⅰ的音質(zhì)相對于鋼琴Ⅱ更為柔和、純凈的有0人;認(rèn)為鋼琴Ⅰ的音質(zhì)相對于鋼琴Ⅱ更為堅(jiān)硬、通透的分別有6、3人;認(rèn)為鋼琴Ⅰ的音質(zhì)相對于鋼琴Ⅱ更為突兀的有1人。從直觀評價來看,專家是能夠通過音質(zhì)的變化察覺2種鋼琴在音色方面的差異的。但結(jié)合直觀評分來看,這種聽覺差異并不會影響鋼琴的綜合評價。

3 結(jié)語

(1)雙組分聚氨膠粘劑的粘接效果明顯好于阿隆發(fā)豬皮膠水,即便在阿隆發(fā)豬皮膠水粘接效果最為理想的20～30 ℃條件下,雙組分聚氨膠粘劑的粘接效果扔明顯更好;當(dāng)溫度極高或極低時雙組分聚氨膠粘劑的粘接效果優(yōu)勢將更為顯著;

(2)從客觀的音質(zhì)差異分析結(jié)果來看,使用雙組分聚氨膠粘劑粘接擊弦機(jī)弦槌氈的鋼琴在低音區(qū)的音質(zhì)更為高亢、嘹亮,在中音區(qū)的音質(zhì)則與使用阿隆發(fā)豬皮膠水粘接的鋼琴沒有顯著差異,在高音區(qū)的音質(zhì)則相對更為柔和;

(3)從主觀音質(zhì)差異分析來看,絕大多數(shù)專家認(rèn)為使用雙組分聚氨膠粘劑粘接擊弦機(jī)弦槌氈的鋼琴聲音更為堅(jiān)硬、通透,但是兩種鋼琴之間音質(zhì)的差異并不影響總評價,二者的綜合評分結(jié)果極為接近,使用阿隆發(fā)豬皮膠水粘接的鋼琴略有優(yōu)勢。