Сила натяжения струн пианино

Акустика фортепиано — Piano acoustics

Акустика фортепиано — это физические свойства фортепиано, которые влияют на его звучание . Это область изучения музыкальной акустики .

СОДЕРЖАНИЕ

Длина, масса и натяжение струны

В струны пианино различаются по толщине, и , следовательно , в массе на единицу длины, с басовых струн толщиной более высоких частот. Типичный диапазон составляет от 1/30 дюйма (0,85 мм, размер струны 13) для самых высоких высоких струн до 1/3 дюйма (8,5 мм) для самых низких басов. Эти различия в толщине струн вытекают из хорошо изученных акустических свойств струн.

Учитывая две струны, одинаково натянутые и тяжелые, одна в два раза длиннее другой, более длинная будет вибрировать с высотой на октаву ниже, чем более короткая. Однако, если бы кто-то использовал этот принцип для конструирования фортепиано, было бы невозможно разместить басовые струны на раме любого разумного размера. Более того, в таком гипотетическом гигантском пианино самые низкие струны будут колебаться так далеко, что будут ударяться друг о друга. Вместо этого производители фортепиано используют тот факт, что тяжелая струна колеблется медленнее, чем легкая струна такой же длины и натяжения; таким образом, басовые струны у фортепиано намного толще, чем у других.

Другой фактор, который может повлиять на шаг, кроме длины, плотности и массы, — это натяжение. Струны в пианино обычно имеют натяжение от 750 до 900 Н (вес 75-90 кг) каждая.

Негармоничность и размер фортепиано

Любая вибрирующая вещь производит колебания на нескольких частотах выше основного тона. Это так называемые обертоны . Когда обертоны являются целыми кратными (например, 2 ×, 3 × . 6 × . ) основной частоты (называемой гармониками ), тогда — без учета затухания — колебание является периодическим, то есть колеблется точно так же. снова и снова. Людям нравится слышать периодические колебания. По этой причине многие музыкальные инструменты, в том числе пианино, предназначены для создания почти периодических колебаний, то есть иметь обертоны, максимально приближенные к гармоникам основного тона.

В идеальной вибрирующей струне, когда длина волны на натянутой струне намного больше, чем толщина струны, скорость волны на струне постоянна, а обертоны находятся на гармониках. Вот почему так много инструментов состоит из тонких струн или тонких столбов воздуха.

Однако для высоких обертонов с короткими длинами волн, приближающихся к диаметру струны, струна ведет себя больше как толстый металлический стержень: ее механическое сопротивление изгибу становится дополнительной силой к натяжению, что «повышает высоту звука» обертонов. Только когда изгибающая сила намного меньше, чем натяжение струны, ее волновая скорость (и обертоны, представленные как гармоники) остаются неизменными. Повышенные по частоте обертоны (выше гармоник), называемые «частичными», могут вызывать неприятный эффект, называемый негармоничностью . Основные стратегии уменьшения негармоничности включают уменьшение толщины струны или увеличение ее длины, выбор гибкого материала с низкой силой изгиба и увеличение силы натяжения, чтобы она оставалась намного большей, чем сила изгиба.

Намотка струны позволяет эффективно уменьшить ее толщину. В намотанной струне только внутренний сердечник сопротивляется изгибу, в то время как обмотки работают только для увеличения линейной плотности струны. Толщина внутреннего сердечника ограничена его прочностью и натяжением; Более прочные материалы позволяют использовать более тонкие сердечники при более высоких напряжениях, уменьшая негармоничность. Поэтому дизайнеры пианино выбирают для своих струн высококачественную сталь, поскольку ее прочность и долговечность помогают им минимизировать диаметр струн.

Если бы компромиссы с диаметром струны, натяжением, массой, однородностью и длиной были единственными факторами — все пианино могли быть небольшими инструментами размером с веретено. Однако создатели фортепиано обнаружили, что более длинные струны увеличивают мощность инструмента, гармоничность и реверберацию, а также помогают создать правильно темперированную шкалу настройки.

С более длинными струнами более крупные фортепиано обеспечивают более длинные волны и желаемые тональные характеристики. Дизайнеры пианино стараются уместить в корпус как можно более длинные струны; более того, при прочих равных, разумный покупатель пианино старается получить самый большой инструмент, совместимый с бюджетом и пространством.

Несогласованность в значительной степени влияет на самые низкие и высокие ноты в фортепиано и является одним из ограничений общего диапазона фортепиано. Самые низкие струны, которые должны быть самыми длинными, в наибольшей степени ограничены размером фортепиано. Создатель короткого фортепиано вынужден использовать толстые струны для увеличения плотности массы и, таким образом, оказывается в негармоничности.

Самые высокие струны должны находиться под наибольшим натяжением, но при этом должны быть тонкими, чтобы обеспечить низкую массовую плотность. Ограниченная прочность стали вынуждает разработчиков фортепиано использовать очень короткие струны, короткие волны которых, таким образом, создают негармоничность.

Естественная негармоничность фортепиано используется настройщиком для небольших корректировок настройки фортепиано. Тюнер растягивает ноты, слегка повышая резкость высоких нот и выравнивая низкие ноты, чтобы обертоны более низких нот имели ту же частоту, что и основные ноты более высоких нот.

Кривая Railsback

Кривой Railsback , сначала измеряется OL Railsback, выражает разницу между нормальной настройкой фортепиано и равной-закаленной шкалой (в которой частота последовательных нот связана постоянным соотношением, равной двенадцатом корень из двух ). Для любой ноты на фортепиано отклонение между нормальной высотой этой ноты и ее равномерно темперированной высотой дается в центах (сотых долях полутона ).

Как показывает кривая Railsback, октавы обычно растягиваются на хорошо настроенном фортепиано. То есть, высокие ноты выше, а низкие ноты ниже, чем они в равномерно темперированной гамме. Railsback обнаружил, что пианино обычно настраиваются таким образом не из-за отсутствия точности, а из-за негармоничности струнных. В идеале обертонный ряд ноты состоит из частот, кратных основной частоте ноты . Негармоничность, присутствующая в фортепианных струнах, делает последующие обертоны более высокими, чем они «должны» быть.

Чтобы настроить октаву, пианист должен уменьшить скорость биения между первым обертоном более низкой и высокой ноты, пока она не исчезнет. Из-за негармоничности этот первый обертон острее гармонической октавы (которая имеет соотношение 2/1), делая либо нижнюю ноту более плоской, либо более высокую ноту, в зависимости от того, какая из них настроена относительно другой.

Чтобы создать октавы, отражающие темперамент и компенсирующие негармоничность инструмента, техник начинает растяжку с середины фортепиано, так что по мере накопления растяжения от регистра к регистру получается желаемое растяжение вверху и внизу. инструмент.

Форма кривой

Поскольку негармоничность струны только делает гармоники более резкими, кривая Railsback, которая функционально является интегралом негармоничности в октаве, монотонно увеличивается . Фортепиано настраивается, начиная с центра, поэтому кривая Railsback в этой области имеет пологий уклон. Но по мере того, как настройщик пианино растягивает октавы, чтобы компенсировать негармоничность, растяжение накапливается по мере того, как настроенные ноты поднимаются и опускаются, и их изгибы становятся более выраженными.

Несогласованность струны вызвана, прежде всего, ее жесткостью. Уменьшение длины и увеличение толщины способствуют негармоничности. Для средней и высокой части фортепианного диапазона толщина струны остается постоянной по мере уменьшения длины, что способствует большей негармоничности высоких нот. Для нижнего диапазона толщина струны резко увеличивается — особенно в более коротких фортепиано, что не может компенсироваться более длинными струнами, что также приводит к большей негармоничности в этом диапазоне.

В басе — регистре, второй фактор , влияющий на inharmonicity является резонансом , вызванным акустическим импедансом на фортепиано звуковой платы . Эти резонансы демонстрируют положительную обратную связь по негармоническому эффекту: если струна вибрирует с частотой чуть ниже резонанса, импеданс заставляет ее вибрировать еще ниже, а если она вибрирует чуть выше резонанса, импеданс заставляет ее вибрировать выше. Дека имеет несколько резонансных частот, которые уникальны для любого конкретного фортепиано. Это способствует большей дисперсии эмпирически измеренной кривой Railsback в нижних октавах.

Несколько строк

Все ноты фортепиано, кроме самых низких, имеют несколько струн, настроенных на одну и ту же частоту. Это позволяет фортепиано иметь громкую атаку с быстрым затуханием, но с длительным сустейном в системе Attack Decay Sustain Release (ADSR) .

Три струны создают связанный осциллятор с тремя нормальными модами (с двумя поляризациями каждая). Поскольку струны слабо связаны, нормальные моды имеют незаметно разные частоты. Но они передают свою колебательную энергию на деку со значительно разной скоростью.

Нормальный режим, в котором три струны колеблются вместе, наиболее эффективен при передаче энергии, поскольку все три струны одновременно тянутся в одном направлении. Звучит громко, но быстро затухает. Этот нормальный режим отвечает за быстрое стаккато «Атака» ноты.

В двух других нормальных режимах струны не тянутся вместе, например, одна тянется вверх, а две другие тянут вниз. Передача энергии на деку происходит медленно, создавая мягкий, но почти постоянный сустейн.

Источник

Какой металл содержится в пианино и сколько

Пианино – музыкальный клавишный инструмент в виде большого «черного ящика» с ножками-педалями. Кроме громогласного звучания, особой отличительной чертой пианино является внушительный размер. Сколько весит пианино? Как правило, подобным вопросом задаются новые владельцы и грузчики перед транспортировкой приобретения в квартиру многоэтажного дома.

Вес пианино составляет 100 – 370 кг. Этот показатель зависит от материала изготовления и модели инструмента. Давайте разберем самые известные марки советских пианино, а также рассмотрим их весовые «категории».

Сколько весит пианино «Красный октябрь»?

Инструмент этой марки принадлежит к самой тяжелой весовой «категории» — его масса составляет 360 – 370 кг. Пианино «Красный октябрь» не так давно пользовалось большой популярностью и было обязательной деталью интерьера каждой «приличной» советской квартиры. Как и любые другие товары, пианино выпускалось строго по ГОСТу, а отличаться изделия могли разве что по рисунку на верхней раме или форме ножек.

Вес пианино составляет 100 – 370 кг.

Название «Красный октябрь» пианино получило вскоре после Великой Октябрьской революции. До этого периода инструмент выпускался на фабрике «Беккер», ставшей в 1918 году объектом национализации. Лучшие годы «расцвета» для производства пианино «Красный октябрь» пришлись на послевоенные 50-е. Однако уже к 1996 году фабрика по многим понятным причинам обанкротилась. Отдельные экземпляры можно и по сей день найти в объявлениях по продажам – правда, состояние большинства инструментов оставляет желать лучшего.

Разновидности и модели фортепиано

Фортепиано — это ударно-клавишный струнный инструмент. По расположению струн их делят на два типа: рояли (горизонтальное расположение) и пианино (вертикальное расположение). Рояли выглядят более роскошно, презентабельно, стоят дороже и весят больше. Их ставят в концертных залах и помещениях большой площади, поэтому мы не будем рассматривать их подробно. Жители квартир приобретают пианино, так как они занимают меньше места, их немного легче транспортировать (особенно поднимать на этаж по узкой лестнице), и цена на них более приемлемая. Выпускавшиеся в СССР инструменты строго соответствовали ГОСТ, поэтому их можно разделить по артикулам:

• Артикул 102, под названиями «Красный Октябрь», «Украина», «Кубань», «Беларусь». Это самые высокие и тяжелые модели советских инструментов, которые весят от 340 до 360 кг.
• Артикулы 37-39, под названиями «Заря», «Ласточка», «Элегия», «Ноктюрн». Это более современные модели, деревянная рама корпуса которых менее массивна. За счет уменьшения высоты чугунная рама становится легче, также используются более легкие панели для корпуса. Сколько весит пианино такой серии? 230-260 кг, значительно меньше артикула 102.

Чугунная рама — самый тяжелый элемент, к которому добавляется массивная деревянная. Сколько весит рама пианино — сложно сказать, обычно вес указывается для полностью собранного инструмента.
В конце 90-х фабрики, выпускавшие фортепиано, стали экономить на всем, особенно это коснулось отделки корпуса инструментов: стали широко использовать прессованную стружку, панели МДФ, что позволило еще сильнее снизить вес пианино.

Сколько весит пианино «Беларусь»?

Средний вес этого музыкального «гиганта» – от 250 до 260 кг. По сравнению с маркой «Красный октябрь», это изделие Борисовской фабрики музыкальных инструментов обладает относительно меньшим весом. Период выпуска пианино «Беларусь» начинается примерно с 60-х годов. Первые инструменты были черного или коричневого цвета, с изогнутыми по бокам ножками.

Немного позже советские дети имели возможность изучать гаммы на пианино «Беларусь» марки Б-7 – коричневого цвета, с двумя или тремя педалями. В общем, инструмент крепкий, а звучание довольно хорошее.

Сколько весит чугунная рама пианино?

Основным предназначением рамы является удержание всех струн инструмента, расположенных под большим натяжением. Как правило, для изготовления рамы выбирают крепкий сплав – чугун. Поэтому вес рамы составляет 60 – 90 кг, что по массе равняется примерно двенадцати секциям чугунных батарей. А ведь, кроме рамы, переносить приходится и остальные части пианино! Так что при транспортировке этого грузного, но деликатного инструмента, обязательно требуется соблюдать правила безопасности.

Когда пианино перестало «петь», у него есть два пути. Первый – ремонт, но зачастую у старых музыкальных инструментов он равен по стоимости новому устройству, второй – утилизация. Однако вынести крупногабаритный инструмент не так-то просто из квартиры, не говоря уже о доставке на свалку. Для этого понадобится несколько человек и грузовая техника. К тому же за такое изделие, скорее всего, придется доплатить при сдаче. Всех этих трат и сложностей можно избежать. Оптимальный выход – сдать пианино на металлолом. Ведь деревянное оно только снаружи.

Каково устройство пианино?

Что мы обычно видим снаружи, когда смотрим на пианино? Как правило, это некий «черный ящик» с зубками-клавишами да ножками-педалями, главный секрет которого скрыт внутри. А что же внутри этого «черного ящика»? Здесь мне бы хотелось остановиться на мгновение и процитировать строки известного стихотворения для детей Осипа Мандельштама:

Мы сегодня увидали Городок внутри рояля. Целый город костяной, Молотки стоят горой.

Блещут струны жаром солнца, Всюду мягкие суконца, Что ни улица – струна В этом городе видна.

В каждом пианино и рояле внутри таинственного «черного ящика» скрывается такой «городок». Вот, что мы увидим, приоткрыв крышку пианино:

Теперь-то понятно, откуда берутся звуки: они рождаются в тот момент, когда молоточки ударяют по струнам. Давайте рассмотрим внешнее и внутреннее устройство пианино поподробнее. Каждое фортепиано состоит из трёх основных частей: корпуса, акустического (звукового) блока и ударно-клавишного механизма (механики).

По существу, самая массивная часть пианино – его корпус, скрывающий все, что происходит внутри и защищающий все механизмы инструмента от пыли, воды, нечаянных поломок, проникновения внутрь домашних кошек и прочего безобразия. Кроме того, корпус выполняет важную роль несущего основания, которое не дает упасть на пол 200-килограммовой конструкции (примерно столько весит среднее пианино).

Акустический блок пианино или рояля образуют те детали, которые отвечают за то, чтобы инструмент издавал музыкальные звуки. Сюда мы отнесем струны (это то, что звучит), чугунную раму (на которую крепятся струны), а также резонансную деку (это большое полотно, склеенное из сосновых дощечек, которое отражает слабый звук струны, усиливая и выращивая его до концертной силы).

И, наконец, механика фортепиано – это целая система механизмов и рычагов, которые нужны для того чтобы клавиши ударяемые пианистом отзывались нужными звуками, и для того чтобы в нужный момент звучание, по желанию играющего музыканта, незамедлительно прерывалось. Здесь мы должны назвать сами клавиши, молоточки, демпферы и другие детали инструмента, сюда же можно отнести и педали.

Как же все это работает?

Звуки возникают от того, что молоточки ударяют по струнам. На клавиатуре фортепиано всего 88 клавиш (из них 52 – белые, а черные – 36). На некоторых старых фортепиано всего 85 клавиш. Это значит, что на пианино можно сыграть в общей сложности 88 нот, для этого внутри этого инструмента должно находиться 88 молоточков, которые будут ударять по струнам. А вот струн, по которым ударяют молоточки, оказывается, гораздо больше – их 220. Почему так? Дело в том, что каждой клавише изнутри отвечают от 1 до 3 струн.

Для низких громогласных звуков достаточно одной-двух струн, так как они длинные и толстые (даже имеют медную обмотку). Высокие звуки же рождаются благодаря коротким и тонким струнам. Как правило, громкость их не слишком сильна, поэтому усиливается добавлением ещё двух точно таких же. Вот и получается, что один молоточек ударяет не одну струну, а сразу три, настроенные в унисон (то есть на один и тот же звук). Группу из таких трех струн, которые издают один и тот же звук вместе, принято называть хором струн.

Все струны крепятся на специальной раме, которую отливают из чугуна. Она очень крепкая, так как должна выдерживать большую силу натяжения струн. Винты, с помощью которых достигается и фиксируется нужное натяжение струн, называются колками (или вирбелями). Вирбелей внутри фортепиано столько же, сколько и струн – 220, они расположены в верхней части большими группами и все вместе образуют вирбельбанк (банк вирбелей). Вкручиваются колки не в саму раму, а в мощный деревянный брус, который закреплен позади неё.

Можно ли настроить пианино самому?

Не советую, если вы не профессиональный настройщик, но кое-что поправить вы всё-таки сможете. Когда происходит настройка фортепиано, то каждый из колков подкручивается специальным ключом так, чтобы струна зазвучала нужной высотой. Что делать, если какая-либо из струн ослабла и один их хоров выдает грязь? Вообще, нужно пригласить настройщика, если вы не делаете этого регулярно. Но до его прихода, эту проблему вполне можно разрешить самостоятельно, немного подтянув нужную струну.

Для этого сначала нужно определить, какая именно из струн хора расстроилась – это легко сделать, нужно посмотреть по какому хору ударяет молоточек, затем поочередно прослушать каждую из трех струн отдельно. После этого нужно будет просто немного повернуть колок этой струны по часовой стрелке, следя за тем, чтобы струна приобрела тот же строй, что и «здоровые» струны.

Где взять ключ для настройки фортепиано?

Как и чем настроить фортепиано, если нет специального ключа? Ни в коем случае не пытайтесь поворачивать колки плоскогубцами: во-первых, это не эффективно, во-вторых, вы можете пораниться. Для того чтобы подтянуть струну, можно использовать обычные шестигранники – такой инструмент есть в арсенале любого автовладельца:

Если дома нет шестигранников, рекомендую купить – стоят они совсем недорого (в пределах 100 рублей), продаются обычно наборами. Из набора выбираем шестигранник с диаметром в 8 мм и соответствующую головку, полученным инструментом можно легко отрегулировать положение любого из колков пианино.

Как видите, все довольно просто. Только, предупреждаю, что таким методом вы можете решить проблему на время. Не стоит, однако, увлекаться «подтягиванием колков» и отказываться от услуг настройщика: во-первых, увлёкшись, вы можете подпортить общий строй, во-вторых, это далеко не единственная необходимая операция для вашего инструмента.

Что делать, если порвалась струна?

Иногда на фортепиано лопаются (или ломаются, в общем, обрываются) струны. Что делать в такой ситуации до прихода настройщика? Зная устройство пианино, вы можете извлечь испорченную струну (снять ее с «крючка» внизу и с «колка» сверху). Но это еще не все…. Дело в том, что когда обрывается дискантовая струна, то вместе с ней теряет свой строй («расслабляется») одна из соседних (слева или справа). Её также придется убрать, либо закрепить внизу на «крючке», сделав узел, а затем подстроив уже знакомым способом до нужной высоты.

Что происходит при нажатии на клавиши фортепиано?

Теперь разберемся в том, как работает механика пианино. Вот рисунок-схема принципа работы фортепианной механики:

Здесь вы видите, что клавиша сама по себе никак не соединяется с источником звука, то есть со струной, а лишь служит своеобразным рычагом, который приводит в действие внутренние механизмы. В результате воздействия клавиши (та часть, которая видна на рисунке, скрыта, если смотреть снаружи), специальные механизмы передают энергию удара молоточку, и он ударяет по струне.

Одновременно с молоточком движется демпфер (подушечка-глушитель, которая лежит на струне), он отрывается от струны, чтобы не препятствовать её свободным колебаниям. Молоточек также после удара мгновенно отскакивает назад. Пока на клавиатуре нажата клавиша, продолжаются колебания струн, как только клавиша будет отпущена, демпфер опустится на струны, погасив их колебания, и звук прекратится.

Для чего фортепиано нужны педали?

Обычно у пианино или рояля бывает две педали, иногда три. Педали нужны для того, чтобы разнообразить, разукрасить звучание. Правая педаль отрывает от струн сразу все демпферы, в результате чего после отпускания клавиши звук не пропадает. С ее помощью мы можем добиться звучания в одновременности большего числа звуков, чем мы смогли бы сыграть только лишь одними пальцами.

Среди неискушённых людей распространено мнение о том, что если нажать правую педаль, то звук фортепиано станет громче. В некоторой степени это действительно верно. Музыканты же склонны оценивают не столько громкость, сколько обогащение тембра. При воздействии на струну при открытых демпферах, этой струне начинают отзываться многие другие, которые связаны с ней по акустико-физическим законам. В результате звук насыщается обертонами, делая его более полным, сочным и полётным.

Левая педаль также используется для создания особого рода красочности звучания. Своим действием она приглушает звук. На пианино и роялях левая педаль действует различными способами. Например, на пианино при нажатой (правильнее выразиться – взятой) левой педали молоточки приближаются к струнам, вследствие этого сила их удара снижается и соответственно уменьшается громкость. На рояле же, левая педаль при помощи особых механизмов так смещает всю механику относительно струн, что молоточек вместо трех струн ударяет всего одну, и это создает потрясающий эффект отдалённости или глубины звучания.

У фортепиано бывает ещё и третья педаль, которая располагается между правой педалью и левой. Функции этой педали могут быть различными. В одном случае это педаль-sostenuto, нужная для удержания отдельных басовых звуков, в другом – модератор, который сильно уменьшает звучность инструмента (например, для ночных занятий), в третьем случае средняя педаль подключает какую-нибудь дополнительную функцию. Например, опускает между молоточками и струнами планку с металлическими пластинками, и таким образом изменяет привычный тембр пианино на какую-либо «экзотическую» окраску.

Подведем итоги…

Мы с вами узнали устройство пианино и получили представление о том, как настраивают фортепиано, научились устранять мелкие недостатки в работе инструмента до прихода настройщика. Предлагаю вам также посмотреть видео по теме статьи – вы сможете подсмотреть за производством музыкальных инструментов на фабрике пианино Yamaha.

Если у вас остались вопросы, оставьте их в комментариях. Для того чтобы отправить статью своим друзьям. Используйте кнопки социальных сетей внизу данной страницы.

Формирование цены

Второй вопрос при сдаче пианино на металлолом – сколько за него можно выручить? Учитывая бесплатный демонтаж и доступную доставку, в среднем одно пианино может обойтись приемщику в 300–1000 рублей. Все зависит от количества и типа металла.

Давайте посчитаем. Итак, вес нашего устройства 100 кг. Дерево занимает как минимум 30%. Соответственно, металла в пианино может быть порядка 50–70 кг. Учитывая то, что стоимость чугуна (который занимает львиную долю) составляет от 9 до 11 тысяч за тонну (за 1 кг получается 9–11 рублей), цена всего пианино на металлолом – от 450 до 800 рублей.

Источник