專利名稱：：音樂琴弦和包括所述琴弦的樂器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及根據(jù)權(quán)利要求l的前序的音樂琴弦。技術(shù)背景這樣的琴弦特別已知于US4,333,379，其包括青銅色灰口鑄鐵的鋼心。音樂琴弦必須具有許多不同的性能。最重要的性能是高的機械強度，高的機械強度允許琴弦加載到其調(diào)音頻率，并在演奏時抵抗琴弦的張力的變化。所需要的機械強度水平取決于琴弦的直徑。較細的琴弦用于較高的音調(diào)，并且一般地，琴弦越細，所需要的機械強度越高。例如，用于E調(diào)的0.254mm(0.010")的吉他琴弦必須具有用以調(diào)音的至少1500MPa的抗拉強度。而且，為了安全地經(jīng)受住用琴撥演奏時產(chǎn)生的張力，這個0.254mm的琴弦應(yīng)優(yōu)選地具有約2500MPa的抗拉強度。另一重要性能是琴弦材料的抗松弛性。此特性基本上表現(xiàn)吉他琴弦如何更好保持其音調(diào)。例如，在直徑0.33mm的琴弦中，加載到吉他的B調(diào)(g卩247Hz)的lN大小的力的損耗相應(yīng)于約2Hz的頻率下降。由于人耳可探測到例如440Hz和441Hz之間的差異，所以1N的力的損耗將足以使人耳聽見。如果類似這樣的下降發(fā)生，那么需要重新調(diào)整琴弦。頻繁的重新調(diào)音會干擾樂師，并且將會隨著時間的過去而使琴弦的性能惡化。因此，最終，琴弦的音質(zhì)將受影響，從而也影響到琴弦的壽命。因此，為了提高調(diào)音穩(wěn)定性、音質(zhì)和琴弦的壽命，期望的是琴弦材料具有高的抗松弛性。琴弦材料的另一重要性能是其冷拉至所需的絲線尺寸而不變得太脆的能力。而且，琴弦可以由單根絲線、一個或多個絞合起來的絲線或纏繞絲線構(gòu)成。這又需要材料是足夠韌性的，以便允許琴弦絲線被絞合起來。在琴弦用于電子樂器的情況下，例如電吉他，琴弦產(chǎn)生的聲音由琴弦的電磁性能引起。大多數(shù)電吉他使用由具有永久磁鐵的線圈組成的電磁拾音器。琴弦振動引起通過線圈的磁通量的改變，因而引起電信號，該電信號被傳遞到供信號被進一步的處理并被放大的擴音器。琴弦的磁性越大，線圈中所生成的電壓就越高，且產(chǎn)生的聲音就越大。此外，樂器的琴弦受到不同類型的腐蝕。腐蝕將污染弦，因此隨時間的過去，將影響琴弦的機械性能和調(diào)音性能。琴弦受到的其中一種腐蝕類型是大氣腐蝕，在潮濕條件下或溫暖條件中，或當(dāng)樂器在戶外演奏時，這種腐蝕在碳鋼上可能是相當(dāng)大的。而且，例如汗或油脂等的物質(zhì)可能從樂師轉(zhuǎn)移到弦，這可構(gòu)成琴弦腐蝕的危險。人的汗含有高腐蝕性的氯化鈉。另一方面，油脂可以聚集其他物質(zhì)，這些物質(zhì)很容易腐蝕琴弦，并使其表面永久褪色。普通琴弦通常由拉成不同絲線直徑的高碳鋼制成。碳鋼具有許多優(yōu)良的品質(zhì)，以致可以容易地將絲線拉伸到高強度水平，而不會遇到脆性。然而，碳鋼的主要缺點是，當(dāng)它被用作琴弦時很容易生銹，從而使表面失去光澤，這將影響音質(zhì)及琴弦的演奏性能。失去光澤是樂器重新裝琴弦的一個通常的原因。抑制碳鋼琴弦上的腐蝕的許多嘗試都沒有成功，例如，用不同材料(如天然聚合物或合成聚合物)涂敷琴弦。然而，涂層通常會降低琴弦的振動，從而導(dǎo)致亮度降低和音質(zhì)變差。當(dāng)用作琴弦時，碳鋼的又一缺陷是當(dāng)加載時其有被拉伸的趨向。對于較大的固定樂器(如鋼琴)和對于較小的可移動樂器(如吉他和小提琴)，在對新樂器上弦之后或?qū)εf樂器重新裝弦之后的第一段時期，由材料的松弛而引起的影響是尤其值得注意的。新琴弦要求"適應(yīng)時間"直到達到穩(wěn)定音調(diào)為止。顯然，由于濕度和溫度的變化，樂器本身占據(jù)了"失調(diào)"的一大部分，但影響中的許多都歸因于琴弦。對于鋼琴制作者，例如，這意味著在交付新樂器之前，較長且花費高的調(diào)音和重調(diào)音過程，并且，對于樂器演奏者，這意味著頻繁的重調(diào)音，直到達到可接受的音調(diào)穩(wěn)定性為止。所以，需要一種克服上述所給出的問題的琴弦。因此，本發(fā)明的目的是提供一種音樂琴弦，該音樂琴弦具有更長的使用壽命。
發(fā)明內(nèi)容所述目的通過開始所限定的并具有權(quán)利要求l特征部分特征的琴弦來實現(xiàn)。與常用的碳鋼琴弦相比，通過在音樂琴弦中使用析出硬化不銹鋼，抗腐蝕性和抗松弛性都得到充分提高，從而延長了琴弦的使用壽命。該琴弦用來供原聲樂器和半原聲樂器使用，也供通過在磁場中琴弦振動而產(chǎn)生音調(diào)的樂器(如電吉他)使用。根據(jù)本公開內(nèi)容的琴弦可用于各種有琴弦的樂器，諸如吉他、小提琴、鋼琴、豎琴等。圖l展示了根據(jù)本發(fā)明的琴弦和對比例的琴弦的抗拉測試的結(jié)果。圖2展示了直徑為0.254mm的絲線的松弛測試的結(jié)果。圖3展示了直徑為0.33mm的絲線的松弛測試的結(jié)果。圖4展示了直徑為0.43mm的絲線的松弛測試的結(jié)果圖5展示了根據(jù)本發(fā)明的琴弦的磁共振測試的結(jié)果。7圖6展示了對比例的琴弦的磁共振測試的結(jié)果。具體實施方式對施行音樂琴弦重要的不同材料性能是屈服強度和抗拉強度、抗松弛性、抗腐蝕性、形狀、表面光潔度，且對于電子樂器，是電磁特性。根據(jù)本發(fā)明的琴弦與常用的琴弦相比具有延長的使用壽命。關(guān)于這點，使用壽命被認為是直到琴弦斷裂的時間，或直到由于琴弦性質(zhì)的惡化，例如調(diào)音穩(wěn)定性或音質(zhì)的損耗，樂師感覺需要更換琴弦的時間。析出硬化不銹鋼是抗腐蝕的鐵合金，其通過析出硬化而被強化。析出硬化產(chǎn)生多相結(jié)構(gòu)，從而導(dǎo)致位錯運動阻力增加，且因此強度或硬度更大。通?？稍诶缈垢g結(jié)構(gòu)部件的應(yīng)用中找到這些類型的鋼。材料選擇的結(jié)果是，根據(jù)本公開內(nèi)容的琴弦具有高的機械強度，例如當(dāng)直徑為0.33mm和處于冷拉的狀態(tài)時具有至少1800MPa的抗拉強度。同樣，當(dāng)直徑0.254mm和處于熱處理的狀態(tài)，即時效處理時具有至少2500的抗拉強度。此外，琴弦具有抗松弛性，這不需要比在正常條件下演奏時每18小時重新調(diào)音一次更頻繁地重新調(diào)音。更具體的說，析出硬化不銹鋼具有抗松弛性，足夠使必需的重新調(diào)音比每24小時重新調(diào)音一次更少。而且，根據(jù)本公開內(nèi)容的琴弦對由環(huán)境或在其使用過程中轉(zhuǎn)移到琴弦上的物質(zhì)所引起的腐蝕具有抵抗性。因而，琴弦不需要被涂敷來改善保護，并且保持了其光亮的表面，且因此隨著時間的過去保持其聲學(xué)特性。評定碳鋼和不銹鋼的抗腐蝕性使用的通常方法基本上不同，這使得根據(jù)實驗室測試進行直接比較是困難的。然而，碳鋼在汗水中強烈生銹，且在含水氯化物中生銹更厲害。另一方面，不銹鋼抗純水，但在含水氯化物中可以受到點腐蝕。如果氯化物含量高和/或溫度較高，那么腐蝕過程加速。就其強度水平而言，本發(fā)明的析出硬化不銹鋼在水溶液中抗腐蝕性相當(dāng)好，且比例如型號為AISI304的不銹鋼還要好。這也意味著在這方面，其勝過碳鋼音樂琴弦。琴弦的均勻外形和光滑表面光潔度對演奏時實現(xiàn)琴弦的諧音和良好的觸感是重要的。琴弦的聲學(xué)特性難以量化，但對樂師和聽眾如何體驗琴弦的聲音而言是很重要的。根據(jù)本發(fā)明的琴弦的聲學(xué)聲音的感受與常用的碳鋼琴弦相似。根據(jù)本發(fā)明，用于音樂琴弦的合適的析出硬化不銹鋼通常含有按重量計10-20%的Cr和按重量計4-10%的Ni。適于用作音樂琴弦的析出硬化不銹鋼例如可具有以重量百分比計的以下組分c最大0.1Si最大1.5Mn0.2-3S最大0.1P最大0.05Cr10-19Ni4-10Mo+0.5W最大6Cu最大4.5元素Ti、Nb、Ta和Al中的一個或多個〉0-2余量的Fe和通常存在的雜質(zhì)。這種不銹鋼的例子是UNSS46910、UNSS17700、UNSS17400和UNSS45500。根據(jù)優(yōu)選實施方案，析出硬化不銹鋼是UNSS46910。為實現(xiàn)析出，析出硬化不銹鋼可包含各種添加劑。依照本發(fā)明的實施方案，析出硬化不銹鋼含有按重量計0.5-iy。的Ti，例如在UNSS46910和UNSS45500的情況下。依照本發(fā)明的另一實施方案，不銹鋼含有按重量計0.2-1.5。/。的Al，例如在UNSS17700和UNSS46910的情況下。依照本發(fā)明的又一實施方案，不銹鋼含有按重量計0.1-0.6%的Ta+Nb，例如在UNSS45500和UNSS17400的情況下。當(dāng)為音樂琴弦選擇合適的析出硬化不銹鋼時，一個重要標準是材料制成絲線的能力，以便生產(chǎn)琴弦。先決條件是，所選成分能夠被冷拉到非常細的直徑，例如0.254mm或0.33mm，而沒有變脆。借助于制造絲線的常規(guī)冷拉工藝來生產(chǎn)琴弦。冷拉工藝引起形變導(dǎo)致的馬氏體的形成，這導(dǎo)致材料的機械強度增加且磁性更強。冷變形的量對于獲得絲線的期望強度和磁性性能是重要的。為了進一步提高琴弦的性能，析出硬化不銹鋼可經(jīng)受在400-55(TC下的熱處理，通常長達4小時。時效熱處理生產(chǎn)出材料的析出硬化，這相當(dāng)大提高了材料的抗拉強度。用于生產(chǎn)析出硬化不銹鋼絲的制造工藝形成良好表面光潔度的琴弦，即具有一致且和諧的聲音的琴弦，演奏起來舒適。依照實施方案，琴弦包括用金屬股線纏繞的芯。在此實施方案中，芯或纏繞材料由根據(jù)本發(fā)明的析出硬化材料組成。也可以使芯和纏繞材料都包含析出硬化不銹鋼。根據(jù)本公開內(nèi)容的琴弦可用于各種弦樂器，例如吉他、小提琴、鋼琴、豎琴等。琴弦可以是單根絲線，但也可以是纏繞或巻繞琴弦的形式。琴弦也可被絞合。實施例1測試絲線由具有以下近似成分(所有按重量百分比計)的析出硬化不銹鋼制成c0.01%Si0.2%Mn0.3%Cr12%Ni9%Mo4%Co0.6%Ti0.9%Cu2%Al0.3%余量的Fe和通常存在的雜質(zhì)。該合金符合根據(jù)US標準AISIUNSS46910的標準。將絲線分別被冷拉成0.254mm、0.33mm和0.43mm的直徑。每種直徑中的一個絲現(xiàn)在475"C溫度下熱處理10分鐘，從而導(dǎo)致材料的強度增加且抗松弛性進一步提高。通過根據(jù)SS-EN10002-1的抗拉測試來測量屈服強度和抗拉強度，并對比8種不同的碳鋼琴弦的對比例。對比例的近似成分和琴弦直徑顯示在表1中。屈服(Rpo.2)強度值和抗拉(Rm)強度值顯示在表2中，并在圖1中示出。可以看出，在冷拉的和時效處理的條件下，析出硬化不銹鋼的機械性能與常規(guī)琴弦的性能匹配得很好。時效的正面影響清晰顯示在表2中。<table>tableseeoriginaldocumentpage133</column></row><table>通過用琴撥每分鐘撥動0.254mm、0.33mm直徑和0.43mm直徑的琴弦約200次來測試抗松弛性。成分是實施例1的那些成分。測試進行超過24小時。琴撥的撥動部位被設(shè)定在距離連接到計算機的力傳感器18cm處。每一個琴弦的總長是65cm，且琴弦的每個端點處擱在兩個塑料件上。每個端點和其相應(yīng)的力傳感器之間的距離是5cm。直徑和其相應(yīng)的音頻以及琴弦的初始張力和工程應(yīng)力在表3中給出。表3<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>直徑為0.254mm、0.33mm禾B0.43mm琴弦的松弛性測試結(jié)果分別展示在圖2、圖3和圖4中。在表4中，相同的結(jié)果以線性公式1的形式列出，其中y是施加的載荷，k是常數(shù)，x是時間，且yo是初始載荷。頻率損耗根據(jù)密度7700kg/i^計算。公式1.少0)二-"x"o表4<table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table>k值，即所給定的琴弦的線性方程的斜率越小，其抗松弛性越好。結(jié)果還顯示出，熱處理條件下的析出硬化不銹鋼，即時效處理的，具有比在音樂琴弦中使用的傳統(tǒng)碳鋼更好的抗松弛性能。時效對抗松弛性的強有力的正面影響被清楚地證明。人耳可檢測1Hz音頻的變化。對比例7的琴弦在24小時后損失了1.5N(相應(yīng)于約2Hz的頻率損失)，這意味著這種琴弦必須每隔12小時重新調(diào)音一次。另一方面，根據(jù)本發(fā)明，擁有一致的直徑和熱處理條件的琴弦損失0.6N，相應(yīng)于約0.8Hz的頻率損失，這又導(dǎo)致每隔30小時需要重新調(diào)音一次。相比較，根據(jù)本發(fā)明，直徑為0.254mm且在熱處理條件的琴弦損耗0.3N，這相應(yīng)于約0.68Hz的頻率損失。這導(dǎo)致每隔35小時需要重新調(diào)音一次。實施例3實施例1中合金的磁共振在吉他上進行測試，并與對比例7中合金的磁共振進行對比。琴弦在距琴橋10cm處被撥動，并受到相應(yīng)于0.10mm銅絲剪切斷裂點的作用力。將銅絲繞撥動的琴弦垂直地打成環(huán)，并隨后拉動，直到到達斷裂點。在這種方式中，每次測試都施加相同的力。銅絲的斷裂點也必定是與被撥動的琴弦相接觸的點，如果銅絲在其他任何點處斷裂，則重復(fù)進行該過程。一組五個經(jīng)核準的測試在每根琴弦上進行，且結(jié)果顯示在按照圖5和圖6的圖表中。結(jié)果顯示，時效處理過程不影響材料的磁性特性。實施例4此外，還測試了材料的磁性重量，并與對比例4進行比較。為了測量磁性相的量，使用了磁性天平。磁性天平包含兩個主要元件，即電磁石和應(yīng)變儀。電磁體在測試樣品所處的兩個楔形磁極之間產(chǎn)生一個強烈的不均一磁場。磁性琴弦將被磁力向下拉動。然后，通過應(yīng)變儀進行測量力，這個力與磁性相的量成比例。該測量結(jié)果得到樣品的飽和磁化，并通過計算鋼的理論飽和磁化，可以確定樣品中存在的磁性相的量，即磁性重量。磁性重量測試值展示在表5中。表5樣品長度[mm]重量[g]ffs[高斯沐cn/g]本發(fā)明0.43mm0.580.228142.1對比例40.570.164193.8很顯然，根據(jù)本發(fā)明的合金的磁性類似于常用碳鋼絲的磁性，因15此使得合金尤其適用于需要磁性材料的應(yīng)用，即電磁式拾音器樂器(如電吉他)的琴弦。權(quán)利要求1.音樂琴弦，其特征在于其包含析出硬化不銹鋼。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的音樂琴弦，其特征在于所述析出硬化不銹鋼包含按重量計10-20%的Cr和按重量計4-10%的Ni。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的音樂琴弦，其特征在于所述析出硬化不銹鋼具有以下成分，全部都以按重量計的百分比形式c最大0.1Si最大1.5Mn0.2-3S最大0.1P最大0.05Cr10-19Ni4-10Mo+0.5W最大6Cu最大4.5元素Ti、Nb、Ta和Al中的一個或多個〉0-2余量的Fe和通常存在的雜質(zhì)。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的音樂琴弦，其特征在于其包含按重量計0.5-1%的Ti。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的音樂琴弦，其特征在于其包含按重量計0.2-1.5%的Al。6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的音樂琴弦，其特征在于其包含按重量計0.1-0.6%的Ta+Nb。7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的音樂琴弦，其特征在于所述析出硬化不銹鋼是UNSS46910。8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的音樂琴弦，其特征在于所述析出硬化不銹鋼是UNSSI7400。9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的音樂琴弦，其特征在于所述析出硬化不銹鋼是UNSS17700。10.根據(jù)權(quán)利要求3所述的音樂琴弦，其特征在于所述析出硬化不銹鋼是UNSS45500。11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的音樂琴弦，其特征在于其在直徑為0.33mm時具有至少1800MPa的抗拉強度。12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的音樂琴弦，其特征在于其具有抗松弛性，例如其將抵抗2Hz的頻率損失長達至少18小時。13.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的音樂琴弦，其特征在于所述析出硬化不銹鋼處于冷拉的狀態(tài)。14.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項所述的音樂琴弦，其特征在于所述析出硬化不銹鋼處于熱處理的狀態(tài)。15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的音樂琴弦，其特征在于其在直徑為0.254mm時具有至少2500的抗拉強度。16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的音樂琴弦，其特征在于其包含用金屬股線纏繞的析出硬化不銹鋼的芯。17.樂器，其特征在于其包含根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的琴弦。全文摘要本公開內(nèi)容涉及一種音樂琴弦，其包含析出硬化不銹鋼。所述琴弦具有出眾的抗松弛性和抗腐蝕性，因而提高了其調(diào)音穩(wěn)定性，并且保持了其音質(zhì)，從而延長了其使用壽命。文檔編號G10D3/10GK101326568SQ200680046067公開日2008年12月17日申請日期2006年11月15日優(yōu)先權(quán)日2005年12月7日發(fā)明者希納·沃蘇格,戈蘭·貝里隆德申請人:山特維克知識產(chǎn)權(quán)股份有限公司