Струны пианино сила натяжения

Настройка пианино

Фортепиано, ровно как и рояль, — это акустический музыкальный инструмент. Он представляет собой весьма сложный механизм, который был создан несколько веков назад. Примечательно, что с момента его разработки никаких серьёзных изменений в его строении не возникло. Как определить, что фортепиано настроено? Необходимо, чтобы звук был максимально гармоничный, а все ноты соответствовали конкретному строю.

На струны фортепиано систематически оказывают влияния различные внешние факторы. Сюда можно отнести уровень влажности, состояние крепежей инструмента, а также другие условия окружающей среды. К их числу можно отнести деформацию стержня из металла, который соединяется со струной. Более подробную информацию об этом мы раскроем немного позднее.

Вывод: чтобы качественно и грамотно настроить фортепиано, необходимо обладать опытом и даже некоторой интуицией, а также знанием всех выше перечисленных факторов, которые влияют на состояние струн. Именно эти навыки позволят сделать из плохого настройщика хорошего.

Чтобы оперативно и качественно настроить пианино, необходимо использовать особый инструментарий.

Какие нужны инструменты для настройки фортепиано?

Давайте подробнее познакомимся с этими инструментами, разберём их характерные черты, различия и предназначение.

1. В первую очередь поговорим о ключе.

Это основополагающий инструмент, который должен быть в руках мастера. С его помощью осуществляется вращение штифта (или, как его называют по-другому, — вирбеля). На эту деталь наматывается струна.

Бытует мнение, что чем большим числом граней обладает этот ключ, тем более простым и эффективным будет процесс настройки пианино. Это обуславливается тем, что точность настройки зависит в том числе и силы, которая воздействует на ключ, а обхватить инструмент с 16-ью гранями куда легче, чем с 4-мя.

Конечно, четырёхгранные ключи имеют много достоинств. Это отличный элемент для проведения ремонтных работ, однако в качестве настроечного он, конечно, уступает «шестнадцатиграннику». Ситуация осложняется также тем, что ключ с 4-мя гранями зачастую оказывается несовместим с некоторыми моделями музыкального инструмента. В частности, это распространяется на пианино с тонкими штифтами. Ярким примером такой модели может служить пианино «Заря», получившее широкую известность и распространение в Советском Союзе.

Ключи с шестью, восемью и шестнадцати гранями принято относить к настроечным. Наиболее привлекательными в этом смысле моделями являются те, что обладают узким отверстием в виде конуса. Такое строение даёт возможность прочно насадить инструмент на любой штифт, невзирая на его текущее состояние.

Теперь поговорим о диаметрах отверстия ключа. Штифты советских музыкальных инструментов обладают диаметром 7 мм, а их европейские «собратья» габаритами в 6,88 мм.

На рынке представлены ключи, в которых головку можно менять. Профессионалы советуют приобретать те инструменты, в которых головка отсоединяется не у основания, а от рукоятки. Это позволит избежать таких неприятных ситуаций, как неконтролируемое раскручивание прямо во время процесса настройки, а также люфт.

Рукоятки ключей имеют разную форму: можно выбрать Т- или Г-образную. Вторая в данном случае считается канонической и наиболее часто используемой, однако некоторые настройщики отдают предпочтение первой. Здесь всё зависит от личных вкусов и удобства.

1. Во-вторых, это демпферы, которые могут обладать рукояткой или нет. Данный инструмент применяется для того, чтобы заглушить струны, которые в настоящее время не настраиваются. Он представляет собой резиновые клинья. Их как бы продевают между струн, что позволяет предотвратить их колебания. Эти инструменты можно поместить даже в труднодоступные места, для этого их специально насаживают на проволочную ручку.
2. Обратный пинцет. Данный инструмент применяется для того, чтобы заглушить струны высоких регистров, так как данные элементы в этом месте очень короткие, сюда уже не поместятся классические демпферы. Пинцет позволяет максимально аккуратно поработать со струнами, заглушив два соседних элемент либо два крайних в одном хоре, чтобы оставить нужную струну свободной для процедуры настройки.
3. Суконная лента. Сюда можно также отнести ленту, использующуюся для темперирования. Этот инструмент также применяется для того, чтобы заглушить струны, которые в данный момент не принимают участие в настройке. По мнению многих настройщиков, лента позволяет провести процедуру намного оперативнее, чем, например, те же клинья.
4. Камертон. В данном случае можно отдать предпочтение традиционным камертонам или обратить внимание на инновационные технологии и приложения. Однако эти нововведения были приняты настройщиками далеко не сразу. На сегодняшний день наиболее предпочтительной по-прежнему считается настройка классическими инструментами.

Периодичность настройки фортепиано

Как вы, наверное, уже поняли, настройка этого музыкального инструмента – обязательная и регулярная задача. Даже при покупке совершенно нового фабричного пианино или рояля необходимо будет настроить его два раза в течение первого года использования.

Если вы приобретаете б/у фортепиано, в таком случае тем более необходимо обращаться к специалисту для проведения детальной и качественной настройки.

Как проходит настройка пианино?

К сожалению, научиться настраивать фортепиано сразу после прочтения текстовой инструкции нельзя. В данном случае прежде всего требуется практика и насмотренность. Всё это приходит только с течением времени. Более того, инструкции зачастую могут отличаться или даже противоречить друг другу. У каждого специалиста своя уникальная, неповторимая методика.

Важно понимать, что главная задача настройщика – это организация предельно устойчивого строя с правильными соотношениями высот. Необходимо достичь такого результата, когда струна сохраняет исходный уровень натяжения, даже при мощном нажатии на клавиши пианино. Данное свойство имеет свою неповторимую природу, которая отличается, например, от стабильности строя фортепиано в целом. Эта характеристика может изменяться под воздействием различных внешних факторов. Сюда можно отнести температурные колебания, динамику влажности и так далее. В случае высокой стабильности элемент может быть настроен в корне неверно, что спровоцирует деформацию строя буквально после нескольких нажатий на клавишу.

Стабильность струн обуславливается сразу несколькими факторами. Рассмотрим эти детали подробно. Вообще их можно разделить на 3 составляющие:

1. Это неиспользуемая составляющая детали, которая располагается в пространстве между штифтом и аграфом.
2. Рабочая составляющая, колебания которой вызывают удары молоточком.
3. Нерабочая составляющая, которая располагается ниже. А именно – занимает пространство между двумя штифтами: штеговым и чугунной рамы.

Иногда натяжение струны имеет неравномерный характер. Это происходит в момент наматывания на вирбель ввиду трения в тех местах, где происходят отсечки рабочей составляющей детали. Первоначально натяжение «поражает» первую составляющую, которую мы рассмотрели ниже, потом охватывает и вторую, а затем и третью нерабочую часть. Чтобы предотвратить неравномерное распределение натяжения из-за ударов молоточка, необходимо провести ряд действий.

В данном случае поможет лёгкое перетягивание струны, в момент которого вы будете усиленно нажимать на клавиши. Данная манипуляция обеспечит равномерное распределение натяжение по всей струне в целом.

Также в обязательном порядке берите в рассмотрение упругость вирбеля. Как известно, он вбит в основу вирбельбанка, которое создаётся из дерева. В момент процесса настройки тот отрезок вирбеля, который зафиксирован в вирбельбанке, будет вращаться в более медленном темпе в сравнении с его крайним отрезком, который служит основанием для того, чтобы намотать на него струну. Подобная ситуация носит название винотового искривления.

Именно по этой причине тонкая настройка предполагает отсутствие вращения штифта посредством оказывания давления на эту деталь. Кроме того, чтобы струна была предельно стабильной, необходимо обеспечить грамотное конечное расположение вирбеля. Специалисты советуют устанавливать его таким образом, чтобы к концу процедуры настройки деталь была совсем немного наклонена по направлению вниз. Это нужно для того, чтобы она смогла устойчиво сохранять положение даже при очень сильных и мощных нажатиях на клавиши пианино, что в любом случае спровоцировало бы чересчур сильное струнное напряжение.

При настройке штифт можно подвергать вращению, давить на него, а также создавать изгибы. Причём последний из способов рассматривается как весьма спорный. Однако за рубежом настройщики прибегают к нему довольно часто, ведь он считается крайне точным и эффективным. Процесс осуществляется таким образом: необходимо совсем немного отогнуть вирбель, используя для этого специальный ключ, и совершать удары по клавише, прислушиваясь к струнному биению. Процедура должна выполняться с максимальной аккуратностью, так как в противном случае можно нанести урон креплению. Окончательное положение штифта должно быть таким, чтобы была возможность компенсировать струнное натяжение, даря ей изначальное расположение.

Важная деталь: на всех этапах настройки необходимо тщательно прослушивать струну. Если этого не делать, процесс просто потеряет эффективность и не принесёт должного результата.

Каким образом происходит прослушивание струны и с чего необходимо начать

Важно отметить, что звучание подавляющей части нот музыкального инструмента осуществляется благодаря нескольким струнам. Они при этом настроены в унисон. Причём чем выше нота, тем больше струн задействовано. Для басовых, например, требуется максимум одна или две, в то время как для высоких – по три. Последняя комбинация образует так называемый хор, в котором каждую струну обязательно необходимо отстроить относительно других деталей этого хора, а также в интервалах относительно сторонних хоров.

Рассматриваемый нами музыкальный инструмент обладает 280 струнами. Как бы удивительно это ни прозвучало, произвести идеальную настройку каждой из них невозможно. Это обуславливается тем, что чересчур чистая настройка будет провоцировать дисгармонию в звучании. На помощь в этом случае приходит темперирование. Это процедура, которая подразумевает настройку нот при условии, что она будет производиться немного шире идеального чистого звука. Именно это позволяет достичь предельно гармоничного созвучия при игре.

При настройке пианино вы хотя бы раз замечали, что при работе с двумя струнами, звучащими в унисон, появляется эффект вибрато в том случае, если происходит даже самое незначительное отклонение от чистого звучания. Этот процесс имеет своё особое название, а именно – биение. Чем более низкий темп имеют его интервалы, тем более близким становится звучание по отношению объектов друг к другу.

Старт настройки традиционно приходится на ноту «ля», которая принадлежит 1-ой октаве. Перед настройщиком в данном случае стоит задача отыскать ту струну в хоре, которая обладает наименьшим нерабочим и наибольшим рабочим состояниями. Это обуславливается тем, что вероятность деформации такой детали предельно низкая. Настройка в этом случае производится максимально просто. Как правило, в пианино такая струна занимает позицию первой в хоре.

После того, как была выбрана струна для осуществления процедуры настройки, нужно произвести заглушку других деталей в хоре. Чтобы это сделать, необходимо использовать клинки, мы рассмотрели их в статье выше. Эти инструменты нужно расположить между струнами, заглушку которых требуется осуществить. Для предельного комфорта важно также использовать суконную ленту. Она поможет избежать необходимости регулярно перемещать клинки при настройке конкретного интервала.

После того, как лишние струны были заглушены, свободную необходимо настроить по камертону. Также важно учитывать, что в данном случае требуется исключить биение. А его интервал для «ля» 1-ой октавы относительно камертона должен превышать временной отрезок в десять секунд.

Затем необходимо произвести темперирование интервалов в рамках вышеупомянутой 1-ой октавы. Каждый из них будет иметь свой индивидуальный темп биения. После этого необходимо убрать заглушки и отстроить другие детали, расположенные в центральной октаве, создавая звучание в унисон. При завершении данного этапа важно двигаться в настройке вверх, а затем вниз от центра, прорабатывая по октавам все ноты фортепиано.

Самой распространённой схемой темперации является схема равномерно темперированного строя. Если вы в ремесле настройки новичок, лучше освоить именно его. Также при возможности обязательно ознакомьтесь с кварто-квинтовой темперацией. Однако важно учитывать, что есть множество других разнообразных схем.

Исходя из всего вышеперечисленного следует, что настраивать пианино довольно интересно, однако важно учитывать и другую сторону этой процедуры – сложность, необходимость быть предельно аккуратным, внимательным, подкованным. Осуществить предельно качественную настройку пианино, не повредить ни одну его деталь и создать максимально гармоничное звучание под силу только профессионалам с богатым практическим опытом.

Источник

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