杨拯：恒星爆炸后的瑰宝-钢琴 210927

恒星爆炸后的瑰宝-钢琴

—— 天选之子 – 铁

文/杨拯（南京艺术学院）

资料提供/杨拯

百花齐放、百家争鸣是学术的基本态度。作为学术平台，霸拓推送（并不代表认同）能引发思索的文章。

一、神秘的铁

人类可能是从天空落下的陨石最早发现铁的，有的含铁百分比可达90.85%。古埃及4000年前的金字塔所藏的宗教经文中，就记述了太阳神等重要神像的宝座是用铁制成的，当时被认为是最珍贵、最神秘性的金属，埃及人干脆把铁叫做“天石”。在古希腊文中，“星”与“铁”是同一个词。

铁元素在自然界中存在三种同位素，其中主要是Fe-56，Fe-56原子核内有26个质子和30个中子，铁原子核(或铁元素)非常稳定。

从原子核反应的递变规律上来看，就能理解铁元素如此稳定和与众不同的原因了。1、排在铁之前的，越轻的元素聚变释放的能量越大，随着原子序数的增加，元素聚变释放的能量逐渐变小，正好排到铁这里时，铁元素聚变释放的能量已经变成负值了，也就是需要吸收能量了。2、排在铁之后的越重的元素裂变释放的能量越大，随着原子序数的递减，元素裂变释放的能量也逐渐变小。 

 宇宙元素的形成是以铁元素为分界线的。制作钢琴的主要金属材料就是铁。钢琴的声音具有金属感、颗粒感，它和所有器乐、声乐的声音都能相互融合，彼此协调，这是钢琴音色的最大特点。铁的以上特性可能决定了钢琴音色的不可替代性和某种神秘特性的存在。

二、铁是从哪里来的

宇宙形成之初，存有的元素种类极为有限。早期宇宙并没有条件来合成金属元素，只有大质量恒星的核心区域才可以。构成地球上岩石、水、空气以及人类自身乃至其它天体的种种元素，并非是138亿年前与宇宙一起诞生，而是经由了上亿年的演化才开始由轻到重（原子序数从小到大）渐次生成。元素的生成过程堪称精妙绝伦，充溢偶然性和故事性。

一般质量超过太阳8倍的恒星， 其核心可以达到几十亿度的高温，不断的发生聚变，直到聚变到铁元素，恒星就不会再发生核聚变反应。从而使得体积巨大的恒星内部失去支撑而塌陷，恒星因此粉碎性爆炸，将元素和能量抛向宇宙，进入死亡期了。

约在46亿年前太阳星云附近出现了超新星爆发，由此产生的冲击波给太阳星云带来了金属元素，并引发坍缩形成太阳系。恒星氢核聚变最后产生铁（比铁重的元素是超新星爆炸的能量压缩而来的），超新星爆炸后把铁喷散在太空中。

地球上的铁是全部由外太空恒星爆炸带来的。所以钢琴最为重要的制造原料－铁，是恒星爆炸的产物。

铁是天选之子。钢琴是恒星爆炸后产生的瑰宝。

三、铁的基本理化特性

1、物理性质

铁（iron），原子序数26，铁单质化学式：Fe。纯铁是白色或者银白色的，有金属光泽。熔点1538℃、沸点2750℃。声音在铁中的传播速率：5120m/s，有良好的延展性、导电、导热性能。铁占地壳含量的4.75%，居地壳含量第四。

纯铁质地软，铁与其他金属的合金或者是掺有杂质的铁，通常情况下熔点降低，硬度增大。钢琴弦的主要成分就是铁和碳的合金。

2、化学性质

铁与少量的碳制成合金—钢，磁化之后不易去磁，是优良的硬磁材料，同时也是重要的工业材料。

铁有多种同素异形体。铁是比较活泼的金属，在金属活动顺序表里排在氢的前面，化学性质比较活泼，是一种良好的还原剂。铁在空气中不能燃烧，在氧气中却可以剧烈燃烧。常温时，铁在干燥的空气里不易与氧、硫、氯等非金属单质起反应，若有杂质，在潮湿的空气中易锈蚀；在有酸、碱或盐的溶液存在的湿空气中生锈更快。

四、只有铁可以制作琴弦吗？

现代钢琴的大批量生产，是人类进入工业化的标志之一。外壳上的涂饰（油漆）、木支架、木外框、槌头（羊毛、木头）、音板（音板），虽然非常非常重要，但是钢琴最最核心的要素却是琴弦，即是以铁为基本成分生产出来的琴弦。琴弦的主要成分大致如下，含碳量（0.8-1％左右），锰（0.3-0.6％左右），硅（0.15-0.35％左右），磷（不大于0.4％），硫（小于0.4％）。一根理想的钢琴弦应该是垂顺而不扭曲、密度均匀、粗细均匀、劲度合理、没有生锈，具备良好地声学潜质，同时能获得有效的悬挂和支撑的一根直金属线。其横振动中的分段振动所产生的泛音频率基本符合理论值，纵振动、扭转振动、倍频振动所产生的泛音频率基本符合理论值。

并不是因为用其它贵重金属制造琴弦，造价高而人类舍不得使用，而是有的金属要么过于柔软，要么过于坚硬，要么延展性不符合要求，要么抗张强度不合格，要么有毒性。

琴弦需要一定的抗张强度、有一定的塑性变化，椭圆度、扭转度、弯曲度，表面光洁度、耐腐蚀性等。其中对琴弦的抗张强度要求最高。琴弦的抗张强度并不是越大越好，如果过高时，在冷拉加工过程中，会使琴弦在每一次冷拉时的直径缩减率加大，这就容易形成表面粗燥、光洁度差甚至出现裂纹的现象，这将导致琴弦的抗张强度值下降。如果抗张强度过小时，琴弦则容易断裂。如果琴弦的直径加大，张力及弦的刚性也将随之增大，但琴弦的柔顺性将会降低。金属铁为主要成分的钢，是唯一的选择。

琴弦必须以铁为基本材质制作。难以想象可以用铍，硼，碳，钠，镁，铝，硅，钾，钙，钛，铬，锰，铁，铜，砷，铷，碘，铯，钨，金，汞，铀，镓，铟，铊，锗，硒，铅、锂制作钢琴琴弦，能符合音乐艺术审美的要求。

五、关于铁支架

铁支架是钢琴的重要支撑体，它承载着220多根琴弦，产生16吨或以上的张力，以及钢琴上的所有零部件都直接或间接的由这一部分来支撑着，起着举足轻重的作用。对钢琴的音准等方面起到决定性的作用。铁支架要满足上述要求就必须做到：1、铁支架的支撑结构使自身变形的可能性非常小，而且能够保证钢琴的结构稳定。2、铁支架是参与钢琴振动的，和钢琴的音色也有一定的关联性，应保证铁支架自身产生的振动大体相当于琴弦振动的能量损耗。同时尽量降低铁支架的质量，避免出现因为稳定性问题而增加自身过重的现象。3、铁支架的弦轴铁支架位于钢琴的非常显著的位置。因此，铁支架的结构设计在保证其正常工作状态下应考虑简洁、流畅，并且在适合现代铸造技术的要求基础上，保证铁支架的铸造工艺的简单化。

满足上述条件，只有金属铁能够做到。

钢琴铁支架的加工，采用的是工业上的灰口铸铁的铸造工艺。首先我们应明确，铸铁是含碳量大于2.11或者组织中具有共晶组织的铁碳合金。工业上所用的铸铁，实际上都不是简单的铁碳二元合金，而是以铁、碳、硅为主要元素的多元合金。经过无数次的反复研究得出，灰口铸铁具有稳定的机械性能、良好的铸造性能、以及具有钢琴琴弦所需要的抗拉强度性能，灰口铸铁的硬度极大，便于切削加工。钢琴的铁支架部分组成部分可以用其它符合强度和稳定性的金属代替铁。铁支架所才用的铸铁材料，其抗拉强度为15KG∕c㎡,抗弯强度为30KG∕c㎡。

灰口铸铁另外一个优点是铸造时更容易成形，轻金属铁支架也更容易振动，因此，灰口铸铁铸造工艺被广泛的应用在钢琴的铁支架生产工艺中。

一般认为，钢琴的铁支架和音色有关，只有金属铁做的支架才能和外壳，击弦机、琴弦相配合，发出最美妙的声音，所以在选材上是必须慎重考虑的。

六、钢琴的音色特点有哪些，为什么钢琴的音色可以“百搭”？

钢琴音域宽广，自然动听、具有颗粒感、丰富而统一。低音区浑厚深沉饱满，中音区优美抒情如歌，高音区清脆明亮飘逸，富有穿透力。钢琴的音色融合度高，能体现大幅度、多层次音响特征。。

钢琴能发出无穷尽的、富有表现力的声音。无论是色彩丰富的和声，还是线条纷繁的复凋，不管是温馨优美的倾诉，或是气势宏伟的交响，钢琴都能予以淋漓尽致的表现。钢琴除了作为一件无与伦比的独奏乐器出现在音乐舞台上以外，还常常在重奏、合奏及伴奏中充当重要的角色。钢琴可以与庞大的管弦乐队一起，演出钢琴与乐队相结合的交响乐、协奏曲。不管是古典音乐还是流行音乐，钢琴能够与所有乐器进行合奏。

 钢琴有她独特的音色美，有它的“自我”， 钢琴演奏者不需要任何人的帮助，一个人就可以单独在钢琴上塑造出完整的音乐形象，创造出完整和完美的钢琴作品。作曲家常常把一些复杂的乐队音乐思维缩编为钢琴谱，以便于演奏和交流。进入20世纪，当一些作曲家进行音乐革新的时候，钢琴也常常被作为这些作曲家的试验场。正因为钢琴具有这些优秀的品质及无法替代的艺术表现功能，人们常说钢琴是“乐器之王”。

七、恒星爆炸后的瑰宝—钢琴，

天选之子-铁，也许正是钢琴艺术价值的决定性因素

钢琴所具有的无与伦比的优点及不可替代性，和天选之子-铁，有着不可分割的联系。本文在数理逻辑上没有精确的论述，总体上来说仅仅是抛出了一个观点甚至是一个假说，期待后来人进行深入研究。