小小的电机竟然能突破传统钢琴极限，辅助演绎完美乐章！

• 关键词：FAULHABER,福尔哈贝,电机,钢琴
• 摘要：如今，钢琴演奏家为了呈现高水平演绎，尤其是在大型演奏会上，通常会不断探索手指力量和演奏技巧的极限。物理学家兼业余钢琴家Dr Antoine Letessier - Selvon计划通过FAULHABER的直线电机来挑战这些极限。

如今，钢琴演奏家为了呈现高水平演绎，尤其是在大型演奏会上，通常会不断探索手指力量和演奏技巧的极限。

物理学家兼业余钢琴家Dr Antoine Letessier - Selvon计划通过FAULHABER的直线电机来挑战这些极限。

作为著名的粒子天体物理学家，您对弹钢琴的兴趣从何而来？

在决定从事物理学研究之前，我的目标是成为一名钢琴演奏家。我家有一架大钢琴，我的孩子们也弹钢琴，由于需要调音，因此认识了巴黎爱乐乐团的钢琴调音师Laurent Bessières。

当我们谈到了钢琴机械时，他问我作为一名物理学家，是否有办法让琴键弹奏更有力。

为什么需要更有力？

莫扎特和贝多芬演奏钢琴协奏曲时，听众最多几百人。如今，我们的音乐厅可容纳2500人。乐团成员越来越多， 声音也越来越大。

然而，钢琴结构一百多年来几乎没有改变。特别是在弹奏声音很大或很安静的快速乐章时，琴键已达到其物理界限，钢琴家根本无法演奏超出这些界限的音调。

这些界限是如何界定的呢？

即使是进行最严酷的训练，手指施加的力量也存在自然极限。

其次，钢琴的结构会受到物理学影响，其影响因素最重要是琴键的弹奏路径，紧接着是该路径传递给弦槌运动的杠杆比，最后是弦槌的重量。

弹奏的距离可随着时间延长，从大约7毫米到一厘米，这是钢琴家能弹奏快速乐章的最大值。

由于设计原因，大多数杠杆比都为5，而弦槌重量为10至12克，也已达到极限。如果加大重量则会影响演奏的惯性。

这一极限可提高到何种程度？

我向Laurent Bessières建议将发声与弹奏完全分开，并引入机械动力源，这也是我们开始研究的方向。

在网上看过无数模型后，我发现了FAULHABER的LM 1247直线电机非常强大，而且尺寸恰到好处，其宽度与琴键的宽度正好匹配！

接下来呢？

近年来，我们在Centre National de la Recherche Scientifique（CNRS）启动了一个研究项目。

作为CNRS的研究负责人，我接触到许多优秀的电子和机械专家，他们为我们的研究做出了重大贡献，而且帮我找到了合适的电机，还幸运地得到了创新钢琴制造商Stephen Paulello的支持。

在技术层面上它是如何工作的？

我们将加速传感器固定在弦槌柄上，然后通过施加在琴键上的压力移动。

它能非常精确地记录琴键敲击动作的力度和速度。信号通过电子控制装置传输到直线电机上，然后转化为高精度的弦槌运动。

弦槌位于电机轴线上，与传统结构一样位于弹簧下方。想说明的是，我们并未试图设计自动演奏的钢琴，因为它已经存在，但其产生的声音不是真正的音乐。

相反，我们的目标是辅助钢琴家，让其完全控制声音，我们称之为辅助钢琴。

这种辅助有什么好处？

外部能量源可带来一些改变，弦槌的重量可增至50克或以上。弦槌越重，音量则越大，从而触发更广泛的泛音。

我们还可动态地改变敲击和弦槌路径之间的杠杆比，例如通过引入第四个踏板来增加或减少“杠杆臂”，即电机的力。

这为钢琴家安静或恢弘地演奏极快速的乐章提供了全新可能性。

此外，我们还能根据艺术家的喜好调整琴键的路径。钢琴调音师可在十分钟内更换所有弦槌，如果使用传统的机械技术则需数小时。

钢琴会因传感器、控制器和电机的介入在敲击琴键和发出声音之间出现延迟吗？

其实正好相反，传统机械具有相当大的惯性。例如，轻轻弹奏时，弦槌每秒移动约0.5米，而演奏强音时，这一数字要放大十倍。

对于钢琴家而言，“十倍”不是问题。快速演奏时，仅击键就需约10毫秒，而慢速演奏时需要的时间更长。

电机的反应时间明显低于10毫秒，甚至可能低于1毫秒。我们的电子产品也可在微秒范围内响应。

FAULHABER还测量了系统中控制器输出电流和电机待机电流之间的延迟时间。事实证明，间隔仅在几百微秒内，明显低于1毫秒。我确信钢琴家不会察觉到这一延迟。

您的研究项目目前进展到哪个阶段？

去年，我们从单弦乐器开始检测这一技术的可行性。从那时起，我们就确定已找到正确的加速传感器和电机。

FAULHABER还开发了一款比传统调速驱动器更适合该仪器的加速控制器。现在，我们正在完善辅助结构细节。我们的目标是覆盖距八度的键，也就是十二个音符。然后，我们将为整个三角钢琴装上辅助结构，希望明年能举办第一场音乐会。

电机对这一项目有多重要？

没有它，我们甚至无法启动。此前，我们一直没找到可满足我们性能需求的电机。

该电机必须非常强大，但尺寸又得很小，加速过程需极其迅速，且能实现高精度控制。同时，还必须完全安静地工作。

近几年钕永磁体的发展使得这类电机成为可能，当然这也与FAULHABER高水平的研发能力密不可分。