Устройство пианино
Из многочисленных разновидностей фортепиано, существовавших с момента возникновения этого вида струнного клавишного ударного инструмента (начало XVIII века), до наших дней дошло только две: рояль и пианино. Об устройстве рояля мы говорили в предыдущей заметке, настало время понять устройство пианино.
Рояль и пианино
Рояль можно считать прямым продолжением развития молоточкового фортепиано. В нем сохранились многие отличительные признаки характерные его предшественникам: крыловидный корпус и горизонтальное расположение струн, конструктивные особенности механики и др.
Пианино же было почти изобретено заново – на рубеже XVIII-XIX веков филадельфийским мастером Джоном Айзеком Хокинсом (Hawkins). Правда, пианино имело богатую предысторию в виде различных форм вертикальных клавиров, начиная от так называемого клавицитериума (клавесин с вертикально расположенными струнами и корпусом, XVI в.) и заканчивая разнообразными формами фортепиано конца XVIII века (т.н. «пирамидальные», «жирафовые» фортепиано и т. п.)
Главное конструктивное отличие пианино заключается в вертикальном расположении струн, деки и механики. И, как следствие, – малые габариты и компактность, удобство вписать инструмент в интерьер, относительно дешевое производство и, соответственно, умеренная стоимость. Одним словом, само название инструмента говорит за себя: «пианино» с итальянского pianino – как уменьшительная форма от piano[forte]. Лайт версия фортепиано.
Устройство пианино будем рассматривать по шести главным составляющим: Клавишный механизм, Резонансная дека, Стальные струны, Чугунная рама, Деревянный корпус и Педали.
Клавишный механизм
Клавишный механизм пианино состоит из собственно клавиш (как правило, их 88, хотя может быть и 85), молоточков, демпферов и системы передаточных рычагов – так называемой фортепианной механики. Как и в рояле механика пианино занимает ключевое значение в устройстве инструмента, делая из него форте-пиано, т.е. инструмент способный передавать различные динамические оттенки, плавно переходить от forte к piano и обратно.
При этом конструкция механики по своей сложности (обилию деталей, частей и различных используемых материалов) может лишь немногим уступать рояльной. Так, к примеру, в нажатии клавиши пианино принимает участие коло 70 деталей, при этом в общей сложности в механике пианино можно насчитать до 6000 частей.
Современная механика пианино была разработана лондонским мастером Робертом Уорнумом (Wornum), получившим патент в 1842 году, этот год можно считать моментом рождения современного пианино.
Все особенности механики пианино, как и следовало того ожидать, связаны с вертикальным ее расположением. При этом, так же как и в рояле, в ней присутствуют все основные элементы первого молоточкового фортепиано работы легендарного итальянского мастера Бартоломео Кристофори, создателя знаменитого Gravecembalo col piano e forte.
Особенностью механики пианино помимо всего прочего стало использование специальных оттягивающих ленточек (бентиков), обеспечивающих с одной стороны связь фигуры и шпиллера, с другой – правильную репетицию молотка; а также устройство системы демпферов.
Ниже приводится подробное описание работы механики пианино.
При нажатии на клавишу ее задняя часть поднимает фигуру молоточкового механизма (1) вверх вместе с подвижно закрепленным на ней шпиллером (2). Шпиллер передает движение еще выше – на шультер (3), в результате чего молоточек (4) начинает движение в сторону струн.
Непосредственно перед самым моментом удара молоточка по струнам передача силы удара с клавиши через фигуру и шпиллер на шультер прерывается. Это происходит благодаря короткому плечу шпиллера (5), заставляющему шпиллер (2) отклониться и выйти из-под шультера (3), в то время как клавиша, на которую мы нажали, продолжает движение вниз.
Ударив по струнам, молоточек отскакивает назад и где-то после трети обратного пути он подхватывается фенгером (7) за контрфенгер (6) расположенный на шультере. Этому движению назад способствует предварительно натянутая пружина шультера (8). Бентик (9) соединяет шлейф бентика (10) с контрфенгером (6).
Репетиционные возможности механики пианино отличаются от таковых в рояльной механике, помимо всего прочего тем, что клавишу пианино нужно полностью отпустить, прежде чем можно будет осуществить следующий удар. Именно поэтому пианисты предпочитают играть на рояле, механика которого оснащена механизмом двойной репетиции. Правда, в наше время был создан ряд новых конструкций, в которых почти все пружины механики пианино заменяются магнитами. В результате чего удалось получить выразительное туше и хорошую репетицию, существенно приблизив тем самым игру на пианино к роялю, у некоторых производителей такая механика пианино прямо называется рояльной.
Демпфирующий механизм располагается под молоточками перед струнами. Пружина демпфергальтера (11) обеспечивает достаточное давление прижима, чтобы заглушить звучание струн. На верхнем конце демпфергальтера располагается демпферная колодочка (12). Сила удара по клавише передается через фигуру (1) и демпферную ложку (13) на нижний конец демпфергальтера, в результате чего демпферная колодочка отходит назад, позволяя струнам резонировать.
Описанная система демпферов, так называемая нижнедемпферная, была изобретена уже в первой половине XIX века. Сегодня она используется во всех механиках пианино. Ранняя форма системы демпферов, которая правда применялась вплоть до 20-х годов XX века, имела название верхнедемпферная. В этой системе демпферная колодочка располагалась над молоточком в верхней точке струнного хора, и как следствие система отличалась весьма посредственным глушением, что особенно заметно при игре стаккато.
Вот видео, на котором наглядно показано, как работает механика пианино:
Резонансная дека
Резонансная дека обеспечивает силу и богатство звучания пианино. Представляет она собой деревянный щит, который располагается под струнами инструмента, внутри его корпуса, приклеенный к футору. Дека пианино изготавливается из ели (бывают, правда, исключения). Необходимый размер деки получается за счет склеивания дощечек ели в прямоугольный щит, толщина которого около 1 см.
Для того, чтобы обеспечить сопротивляемость натяжению струн (в пианино оно достигает 16 тонн), а также для распределения энергии колебаний по всей площади резонансной деки, последней придают куполообразность с обращением в сторону струн, за счет приклеивания специальных ребер жесткости «рипок», которые застругиваются по приклеиваемым поверхностям дугообразно, чтобы придать деке необходимую форму, и сужаются к концам, чтобы придать ей эластичность.
Еще к деке приклеивается «штег» – подставка для струн, посредством которой колебание от последних передается уже самой деке. Особенность басового штега пианино, как и малых роялей, заключается в наличии так называемого мостика штега, за счет которого удается значительно выше перенести точку соприкосновения штега с декой от края последней (невыгодного в плане резонанса места). Сам штег может быть изготовлен как из массивной древесины, так и из многослойной.
Стальные струны
Источником звука в пианино являются стальные струны. Совокупность струн каждого отдельного тона принято называть «струнным хором», при этом в пианино вверх по диапазону, как правило от нот e-es (в малогабаритных может быть от gis) хор состоит из трех струн, в нижнем регистре – по две, а самые низкие ноты имеют в хоре всего лишь по одной струне. Современная стальная проволока обладает очень высоким качеством по всем параметрам: прочность, чистота поверхности, упругость и однородность.
Чтобы не делать струны для низких звуков чрезмерно длинными, используют так называемые витые струны – на тонкую основную струну (керн) навивают мягкую медную проволоку. В результате чего достигается толщина необходимая для получения низких звуков, при этом сохраняется необходимая эластичность струн.
В общей сложности струнная одежда пианино будет насчитывать около 2.5 кг стальной и 3 кг медной проволоки.
Струны, проходя через штег, одним концом закрепляются на настроечном колке (вирбеле), другим – на рамном штифте. Рабочий участок струны ограничиваются с одной стороны струнным порожком (клангштабиком) с прижимным каподастром или аграфом, с другой – штегом.
С середины XIX века, для более рационального использования пространства внутри инструмента, а также для равномерного распределения натяжения по поверхности рамы, струны стали протягивать крест-накрест друг над другом. В рояле это нововведение стало применяться с середины XIX века, в пианино же перекрестная система стала использоваться только спустя многие десятилетия позже, поскольку ее применение на первых порах серьезно ухудшало акустические свойства инструмента.
Чугунная рама
Чугунная рама – одна из важных составных частей пианино. Ее основная функция заключается в том, чтобы принимать на себя суммарное натяжения струн инструмента, которое в пианино может превышать 16 тонн.
Первоначально эту роль своеобразного остова инструмента выполнял футор, но постепенно рама все больше и больше стала принимать на себя силу натяжения струн. Первое время чугунная рама была упорной, без верхней обвязки, доходила только до вирбельбанка. С 1930 года появились конструкции так называемых «панцирных» рам для пианино, позволяющих вовсе отказаться от футора, за счет чего удалось существенно уменьшить глубину инструмента.
Вес чугунной рамы пианино может достигать 80 кг.
Деревянный корпус
Деревянный корпус пианино вмещает в себя все перечисленные до этого компоненты. Состоит он из футора с приклеенными к нему сторонками и цокольным полом, и всех съемных деталей.
Футор представляет собой стабильную деревянную основу инструмента, включает в себя балки и шпрейцы футора (массивные распорки), постель деки (кромка футора для приклеивания деки). Служит местом крепления деки и чугунной рамы. Как правило, футор пианино изготавливается из сосны, постель деки из бука или граба.
Помимо прочих важных компонентов пианино, расположенных в его корпусе, здесь же к футору приклеивается и так называемая колковая доска (вирбельбанк), с просверленными в нем отверстиями и вбитыми в них настроечными колками (вирбелями), поворачиванием которых производят настройку инструмента. Современный вирбельбанк склеен минимум из трех или пяти слоев твердой древесины.
Поскольку фортепиано является в некотором смысле и предметом интерьера, наружная отделка корпуса пианино, его оформление часто несут на себе элементы дизайна и воплощение смелых художественных замыслов. Такой подход существовал всегда, хотя с середины XIX века и особенно в XX веке инструменты стали приобретать более скромную и строгую внешность. На сегодняшний день некоторые фирмы могут изготовить корпус инструмента по эскизам самого покупателя.
Педали
Педали пианино представляют собой устройства рычажного типа, управление которыми осуществляется ногами. Первым, кто был упомянут в связи с изобретением педалей фортепиано, был Адам Бейер из Лондона, который в 1781 году получил патент на педаль «форте» (правая педаль).
Современное пианино в большинстве своем имеет две или три педали.
Правая педаль отодвигает весь комплект демпферов от струн, так что после отпускания нажатых клавиш соответствующие струны продолжают звучать, при этом все остальные неприглушённые струны начинают резонировать, что делает звучание более полным. Поэтому правую педаль не совсем верно еще называют педалью «форте».
Левая педаль сдвигает молоточки к струнам примерно на одну треть или половину их хода, сокращая между ними расстояние. Таким образом уменьшается сила удара молоточков по струнам и облегчается игра пианиссимо. В отличие от рояля, использование левой педали на пианино не влияет на тембр.
Средняя педаль может иметь разные функции. В большинстве случаев она управляет модератором, но также это может быть и педаль «состенуто», хотя подобная функция в пианино встречается достаточно редко.
Модератор представляет собой полоску мягкого войлока, вдвигаемого между молотками и струнами, за счет чего происходит существенное глушение звука, которое может пригодиться, например, во время упражнений. Педаль «состенуто» служит для фиксации в приподнятом состоянии той части демпферов, которая уже была приподнята к моменту нажатия педали.
В некоторых пианино с верхнедемпферной системой можно было с помощью педали сдвигать в сторону всю механику (кроме демпферов), в результате чего молоточки ударяли не по всем струнам хора, как это происходит в современном рояле.
Раньше нередко в пианино использовался так называемый клавесинный эффект, также управляемый педалью. При нажатии педали короткие полоски фильца с укрепленными на их концах латунными скобками помещались между струнами и молоточками.
Схема устройства пианино
1. Механика
2. Резонансная дека
3. Стальные струны
4. Чугунная рама
5. Боковая стенка
6. Шпрейцы футора
7. Педали
8. Штег дискантовый
9. Штег басовый с мостиком
10. Рамные штифты
11. Рипки
12. Клангштабик с прижимным каподастром
13. Вирбельбанк (на рисунке находится за панцирной рамой)
14. Ролик или опорная колодка
15. Клавиатурный клап
16. Консоль
17. Крышка
18. Клавиатура
19. Вирбели
Источник
Как делают фортепиано
Крайне привлекательный в своей подробности материал о том, как делают фортепиано. Специально для тех, кто хочет узнать кучу новых слов, посмотреть картинки с фабрики и порадоваться тому, что пианино не нужно собирать своими руками, как мебель из IKEA.
История фортепиано началось с мелкого ремесленного производства, но сейчас оно давно перестало существовать. В первой половине ХХ века в Европе насчитывалось несколько сотен небольших мастерских, в которых изготавливались инструменты небольшими сериями. Сегодня такой способ производства встречается только в виде исключения. Конкуренция стала настолько острой, что производители были вынуждены рационализировать производство с помощью высокопроизводительных станков.
Сегодня многие технологические процессы в производстве выполняются станками с цифровым программным управлением. Темп работы специалистов и рабочих высок. Этим достигается приемлемая цена продукции, в особенности, если покупатель рассчитывает на долгую полноценную жизнь приобретаемого пианино или рояля.
Дерево, которое звучит
Одним из важнейших материалов для изготовления фортепиано является древесина. Прежде всего, это ель, сосна и бук. Сорта твердой древесины выполняют поддерживающую и механическую функции: бук, граб, сосна часто выполняют роль конструкционной древесины, используются для изготовления футора (остов корпуса) инструмента, бук – (как и граб) также употребляется для изготовления вирбельбанка (колковой доски), постелей дек (кромка футора – место приклеивания деки), и различных частей механики. Упругие и эластичные сорта древесины, такие как ель, используются для изготовления резонансных дек, клавиш, штульрам и клавиатурных рам.
Древесина берется из экологически чистых хозяйств. Специалисты проводят тщательный контроль материалов, выбирая сорта древесины исходя из ее качества и долговечности. Дерево это основной материал из которого изготавливаются будущие рояли и пианино, и он представляет собой высокоценный материал незаменимый в производстве музыкальных инструментов. Ему уделяют особое внимание, и в конечном итоге это внимание окупается сполна качеством музыкальных инструментов.
Дека – сердце музыкального инструмента, поскольку именно она рождает и проецирует звук. С давних времен в качестве древесины для изготовления дек смычковых инструментов, гитар, клавесинов используется ель. Эта же традиция поддерживается и в фортепианостроении. Дека в рояле изготавливается из самых ценных пород ели (обычно это европейская горная ель).
После тщательного отбора древесина очень медленно и осторожно обрабатывается в климатических камерах, чтобы после процесса склеивания готовой резонансной деки с рипками было создано определённое напряжение, которое будет способствовать большей отзывчивости деки.
Необходимый размер деки получается за счет склеивания дощечек ели шириной от 8 до 12 см, толщиной 1 см.
Пред склеиванием края дощечек вручную идеально подгоняют друг к другу.
Склеивание выполняется, с помощью специальных струбцин.
Рипки представляют собой ребра жесткости (нем. Rippe – ребро), расположенные поперек волокон деки.
Рипки изготавливаются из такого же материала что и дека. Они служат, с одной стороны, для распределения энергии колебаний по всей площади резонансной деки, а с другой стороны, – для увеличения жёсткости деки, обеспечивая сопротивляемость натяжению струн. Рипки застругиваются по приклеиваемым поверхностям дугообразно, чтобы предать деке купольность, и сужаются к концам, чтобы предать ей эластичность.
Каждая фортепианная фирма имеет собственную технологию изготовления резонансных дек, отличия при этом могут касаться всех основных параметров деки (форма, величина выпуклости деки, ее толщина, организация рипок, и т.д.).
Другой составной частью фортепиано представляющей большую важность для его звучания является т.н. штег (нем. Steg – мостик), посредством которого колебание струн передается деке.
Их конструкция и качество решающим образом влияют на качество звучания инструмента.
Штег может быть изготовлен как из массивной древесины, так и из многослойной. Дискантовые и басовые штеги фрезеруются, в них сверлятся отверстия для штифтов, делаются специальные фаски (в большинстве фирм эта работа проделывается опытными мастерами вручную), после чего устанавливаются штифты, и штег приклеивается к деке с рипками.
После того как просохнут клеевые швы, следующим этапом завершающим изготовление деки становиться ее лакировка.
В дальнейшем дека будет приклеена к футору инструмента.
Футор
Футор (на нем. Rast) представляет собой стабильную деревянную основу инструмента, состоящую из опорной рамы, шпрейцев футора (массивные распорки), горизонтальных и вертикальных брусков. Служит опорой для деки и поддерживает чугунную раму.
Футор рояля изготавливается из целой кипы (порядка 10) тонких (толщиной 3-5 мм) слоёв, полученных из прочных сортов отборной древесины (как правило, из бука), которые покрываются клеем и перемещаются в специальный пресс, где им в течение нескольких часов придается необходимая форма, так называемая крыловидная форма — конечная форма рояля.
По такому же принципу изготовляется наружная стенка корпуса рояля (обечайка), которая в дальнейшем приклеивается поверх футора. Разница будет заключаться в используемом материале (преимущественно, это красное дерево), и в ширине слоев (обечайка значительно шире). Правда, некоторые фирмы объединяют эти два этапа в один, сразу склеивая шпон опорной рамы футора и наружной стенки, чередуя разные породы древесины.
Футор соединяют с поперечным бруском корпуса – поперечная часть футора, соединяющая басы с участком дисканта. Ее изготавливают из цельного бука в сочетании со слоями сосновой древесины, что создает разнообразие частот способствующих благозвучию рояля. Эта составная часть также важна для обеспечения упругости деки.
Все остальные части относящиеся к футору собираются и склеиваются в этом месте.
Деревянные распорки, так называемые шпрейцы (нем. Spreize – распорка), при помощи шиповых соединений «ласточкин хвост» соединяются с футором, клеевые швы дополнительно поддерживаются штырями, установленными под нужными углами. Распорки обычно сходятся в одном месте поперечного бруска. В результате получается монолитная структура стабилизирующая напряжение и натяжение струн инструмента.
Чугунная рама одна из важных составных частей рояля, основная функция которой заключается в том, чтобы принимать на себя суммарное натяжения струн инструмента, которое в рояле может превышать 20 тонн.
Чугунные рамы отливают в песчаных формах и конструируют для конкретных диапазонов частот, улучшая общий диапазон звуковой гаммы. Серый чугун дает одновременно прочность и при давлении и при изгибах формы, благодаря чему инструмент приобретает стабильность, а также базовою звуковую окраску.
Работа над рамой проходит через много стадий. После просверливания отверстий для вирбелей и других деталей, обработки на фрезеровочном станке, производится бронзирование рамы рояля золотистым тоном, что достигается за счет тщательной зачистки шлифовальной шкуркой и нанесения лака тончайшим слоем.
Аграфы, рамные штифты, производимые из высококачественных материалов, во время тонких и требующих огромного мастерства производственных процессов определяют продолжительность звучания струн.
После того как на футор наклеивается резонансная дека раму прикрепляют к деке. Конструкция, состоящая из футора, резонансной деки и чугунной рамы, образуют жизненно важное ядро рояля.
В отдельном цехе производится лакирование поверхности корпуса рояля.
Полиэфирный лак распыляется определенным количеством слоев, после многочисленных периодов акклиматизации и зачистки мелкой шлифовальной шкуркой, лак превращается в твердую и блестящую полировку, которая радует глаз, и в тоже время такая поверхность служит для проецирования высоких частот звука.
На следующем этапе производятся роботы по наложению струн инструмента и его настройки.
Струны
Струны, проходя через штег, одним концом закрепляются на рамном штифте, другим на настроечном колке (вирбеле).
Струны со стальной сердцевиной и медной обмоткой предназначены для нижних регистров или басовой секции.
Навивка басовых струн представляет собой настоящее искусство, требующее большой опыт и немалую сноровку.
Гладкие струны используются в среднем и дискантовом регистрах, где каждый звук состоит из трех отдельных струн.
Каждый регистр обладает своим собственным характером звука своими оттенками и неповторимой тонкостью. Каждый регистр это богатый и яркий звуковой спектр.
Точность вращения настроечного колка и его крутящий момент имеют решающее значение для качества настройки. Неоднократные настройки инструмента, производимые в процессе изготовления, приводят в конечном итоге к стабильности строя.
Клавиатура
Клавиатура – сложный рычажный механизм, состоящий из молотков, демпферов и клавиш, служащий для воспроизведения звука. В общей сложности это тысячи отдельных деталей рояля. Установка этого механизма относится к числу сугубо индивидуальных специальных настроек, разработанных для точности и тонкости воспроизведения звука.
Не все детали механики производятся на самих фабриках, многие закупаются в виде полуфабрикатов, сделанных по точным и жестким техническим требованиям фирм. Они проходят контроль и подвергаются дальнейшей более точной обработке и приобретают окончательный вид. После проведения сборки соответствующей требованиям каждого определенного инструмента, в конечном счете, получается точный игровой механизм.
Каждая клавиша рояля, а также каждая деталь молоточкового механизма подвергаются точному юстированию как для индивидуальной работы, так и для работы деталей друг с другом, это относится и к весу каждой клавиши и к давлению клавиш. Каждая отдельная деталь подпадает под стандарты качества фортепианной фабрики. Здесь идет речь не просто о точности до миллиметра, а фактически до долей миллиметра.
Данная работа должна производиться вручную. На этот процесс отводится многие часы, он повторяется неоднократно для того, чтобы, в конечном счете, исполнитель имел в своем распоряжении точный механизм, который прослужит ему многие годы. Качество и стабильность дают возможность для исполнения любого репертуара, используя всю палитру звуковых оттенков фортепиано.
Сборка
В цехе корпусных деталей происходит изготовление внешних элементов фортепиано, и их сборка.
Все съемные детали корпуса вставляются в инструмент только в самом конце производственного процесса: этим уменьшается риск их повреждения.
Интонировка
После того как была неоднократно проведена настройка струн рояля и они приобрели устойчивость, необходимо проанализировать каждый звук. Молоточку, который с ним связан, должна быть придана нужная форма. Необходимо исследовать, раскрыть и заставить работать весь потенциал резонансной деки и каждого молоточка. Этот процесс получил название интонировки.
Интонировка – это сообщение головке молоточка правильной формы, размера и плотности. Данный процесс подразумевает придание звуку фортепиано строго определенной интонации с учетом всех потребностей и возможностей человеческого уха. Интонировка требует времени. Иначе есть риск, что предыдущие труды окажутся напрасными.
На последнем этапе инструменты собираются и упаковываются для транспортировки.
12 000 частей
На самом деле это было очень краткое описание того, как делают фортепиано. Нужно понимать, что между этапами технологической цепочки каждый инструмент находится какое-то время в покое, созревает, что называется. Производство рояля может длиться больше года. В процессе создания инструмента состоящего в общей сложности из 12 000 частей и деталей, может быть задействовано порядка 200 мастеров, инструмент в итоге проходит около 20 полных стадий проверки.
Также нужно отметить, что в современном фортепианном производстве отчетливо выражено стремление собирать инструменты из уже готовых частей. Комплектующие закупаются, проходят дополнительную обработку и монтируются. Лишь немногие фирмы, те что принадлежат к числу мировых лидеров, могут позволить себе производство фортепиано почти полностью на базе своих фабрик.
Видео о суровых трудовых буднях работников фабрики Steinway&Sons, фотографии с производства которой использовались в качестве иллюстраций этого материала.
Источник