Статья «Создание и эволюция фортепиано»

Создание и эволюция фортепиано

Фортепиано было изобретено 300 лет назад, и инструмент значительно изменился после этого.

Введение

Фортепиано ‒ восхитительный инструмент с интересной историей. Создателем фортепиано был Бартоломео Кристофори, талантливый и изобретательный изготовитель клавишных инструментов, который провел свои самые продуктивные годы, состоя на работе у семьи Медичи во Флоренции. Кристофори жил, по сути, в одно время со знаменитым скрипичным мастером, Антонио Страдивари, и оба работали на территории современной Италии (хотя нет свидетельств о том, что они когда-либо встречались).

Некоторые из инструментов Кристофори можно найти в музеях по всему миру, где, включая клавесины и струнные инструменты, есть также и три старейших фортепиано из известных. Эти фортепиано были сконструированы в 1720е, и их можно увидеть в Музее Искусств Метрополитан в Нью-Йорке, в Национальном музее музыкальных инструментов в Риме, Музее инструментов в Лейпциге. Эти инструменты по своему виду напоминают итальянские клавесины того времени, но со внедрением молоточков и того, что называют механикой фортепиано. Механика ‒ это механизм, который связывает каждый молоточек с рычагом клавиши, и именно этот механизм дает фортепиано уникальные способности, что отличает его от своего предшественника, клавесина. Фортепиано на примере 1 имеет диапазон в 4 октавы (49 клавиш), с двумя октавами ниже средней До и двумя выше. Оно собрано почти полностью из дерева (за исключение струн и небольшого числа прочих частей), где каждая струна имеет натяжение около 65Н. Инструменты Кристофори отличаются от современных роялей, чей диапазон почти вдвое больше (88 клавиш охватывают 7 и 1/3 октавы), струны держат натяжение более чем 600Н и массивный железный корпус позволяет выдерживать такую большую силу.

Кристофори называл этот инструмент «Arpicembalodelpianoeforte», что приблизительно переводится как «арфовый клавесин для громкой и тихой игры». С течением времени название сократилось и преобразовалось в «пианофорте», «фортепиано» и (в конечном итоге) «пианино». Название произошло от того, что на новом инструменте можно извлекать как тихий, так и громкий звук в зависимости от намерения исполнителя. Стремление к возможности изменять громкость от одной ноты к следующей было основной мотивацией к созданию фортепиано. Такое управление было невозможно на иных основных клавишных инструментах того времени (клавесине и органе), что вскорости стало использоваться такими композиторами, как Моцарт на рубеже эпох барокко и классицизма. Такая способность стала возможной благодаря изобретению механики Кристофори.

История механики рояля и то, как она была продиктована другими неклавишными инструментами, описана во многих исследованиях о фортепиано. В этой статье я фокусируюсь разных частях истории фортепиано, которые получили меньше внимания, а именно, как фортепиано развивалось на разных стадиях от инструмента 300 лет назад до современного рояля, который мы имеем сегодня. Мы видим, что эволюция была продиктована комбинацией факторов, включающих потребности композиторов и музыкантов, прогресс в необходимых материалах и качество слуховой системы человека. Как акустики, мы знаем, что звук передает информацию, которую сложно описать словами. По этой причине, онлайн версия этой статьи содержит аудиофайлы, с помощью которых вы можете услышать разницу между ранними фортепиано и их современными аналогами. Аудиофайлы вместе с описанием инструментов, использованных при разных исполнениях можно найти по ссылке.

Общая конструкция фортепиано

Для того, чтобы определить, как фортепиано изменялось с течением времени, полезно рассмотреть общее строение инструмента. Исполнитель нажимает клавишу, которая находится на конце рычага, который приводит механизм в движение. Мы не пытаемся показать процесс во всех деталях; это сложная система рычагов и осей, которые передают движение от рычага клавиши к молоточку. При обычной игре молоточек фортепиано движется к струне со скоростью обычно 1-4м/с, что соответствует звуковому диапазону от пианиссимо до фортиссимо. Молоточек готов к действию только после того, как столкнется со струной, свободно перемещаясь, когда он сталкивается и затем отскакивает от струны. Использование молоточка для возбуждения струны является тем, что отличает фортепиано от иных клавишных инструментов той эпохи, в особенности клавесина.

Строение клавесина похоже на то, что описано выше, за исключением воздействия и молоточек заменен на щипковый механизм. Мы не можем обсудить этот аспект клавесина во всех подробностях здесь, отметим лишь только, что «амплитуда» щипка не зависела от скорости нажатия клавиши. В результате исполнитель не мог изменять громкость звука более мягким или сильным нажатием. На фортепиано это было возможно благодаря способу стимуляции молоточка. В итоге, изобретение Кристофори имело решающее значение для успеха фортепиано, и это было причиной скорой замены клавесина на более популярный клавишный инструмент.

Рис. 3 показывает некоторые другие компоненты фортепиано. Струны являются вибрирующим элементом, который определяет частоты, которые будут представлять окончательный тон. Большинство нот задействуют более одной струны, что мы объясним вскоре. На современных роялях струны среднего регистра и выше состоят из стали диаметром около 1 мм. Струны басового регистра имеют более сложную конструкцию, что мы опишем ниже. Струны начинаются от штыря (называемого сцепным штырем) со сзади фортепиано, переходят через мост, приклеенный к деке, через «гайки» и другие структуры, с концом струны вокруг колка спереди фортепиано. Сила струны передается через мост деке, приводя деку в движение и производя звук инструмента. Колок позволяет отрегулировать натяжение струны и достигнуть искомой базовой частоты струны. В следующем разделе я описываю, как некоторые компоненты на Рис. 3 были сконструированы на фортепиано Кристофори и как они изменились в инструменты, эволюционировавшие в современные рояли.

Как много клавиш должно иметь фортепиано?

Фортепиано Кристофори имеет диапазон в 4 октавы, причем основные частоты нот варьируются от 65Гц до 1,048Гц (при условии, что теперь стандартная высота для ноты «ля» первой октавы 440Гц). Однако для расширения этого диапазона не понадобилось много времени. Большая часть клавирной барочной музыки таких композиторов, как Бах и Скарлатти может уместиться в 4 октавы, но более поздние композиторы хотели большего. Диапазон расширился до 5 октав в конце 1700-х (Моцарт), затем до 6 октав в самом начале 1800-х (Бетховен), до 7 октав примерно к 1840 году, и диапазон в 7 и 1/3 октавы, к которому мы пришли сейчас, около 1860. Таким образом, диапазон фортепиано увеличился почти вдвое меньше чем за век, но он не изменялся далее в течение 150 лет с тех пор. С технологической точки зрения, этот диапазон не имеет принципиальных ограничений. Мы также знаем, что человеческий слух распространятся на более широкий диапазон, что приводит к вопросу: «Почему у нас больше нет нот?»

Самая низкая нота на современном фортепиано имеет базовую частоту 25,5Гц, а самая высокая ‒ 4,186Гц. (Это идеальные частоты для этих нот. На обычных фортепиано эти частоты немного отклоняются от идеальных значений.) Человеческий слух, безусловно, способен различать звуки намного дальше этих частот, как высоких, так и низких. Однако то, как воспринимаются такие тона, очень интересно. Звуки с частотами намного ниже 25Гц воспринимаются как быстрые щелчки, даже если это обычный музыкальный тон. Такие щелкающие звуки, вероятно, малополезны в музыкальном плане, поэтому нет смысла расширять диапазон фортепиано до более низких тонов.

Слуховое восприятие человека на частотах выше 5000Гц ограничено по-другому.Связь между двумя или более тонами часто используется в музыке, создавая музыкальные интервалы и аккорды, которые приятны и обеспечивают определенный музыкальный эффект. Оказывается, люди не способны воспринимать такие тональные отношения на частотах выше 5000Гц. То есть, в то время, как тоны в основными частотами, скажем, 4000Гц и 8000Гц, могут быть услышаны, и мы можем сказать, что один тон выше другого, большинство людей не могут судить, что они находятся в октаву друг от друга. Поскольку тоны выше 5000Гц не могут быть использованы для формирования музыкальных интервалов, они не очень полезны для композитора. Таким образом, человеческое восприятие определило верхний предел для нот фортепиано.

Форма фортепиано и конструкция струн

Все три из существующих фортепиано Кристофори реконструировались несколько раз, хотя многое не известно об их первоначальном состоянии. Считается, что первоначально в них были натянуты медные проволоки в басу и железные в среднем и высоком регистрах, а диаметр струны несколько возрастал при переходе от сопрано к басу. Если мы для простоты предположим, что струны фортепиано на рисунке 1 имеют точно такой же диаметр. Плотность и натяжение (что может быть только с очень грубыми исходными данными диаметра струн), то длина вибрирующей части струны должна возрастать ровно в 2 раза по мере продвижения по октавам к басу. Для 4-хоктавного фортепиано это означает, что длина самой низкой басовой струны должен быть в 16 раз длиннее, чем у самой высокой сопрановой ноты. Поскольку струны должны помещаться в корпус, то длина струны определяет форму фортепиано, и по нашим идеализированным предположениям мы приходим к знакомой нам форме «крыла» рояля. Действительно, пианино Кристофори имеют такую форму и длину струн, которая изменяется (приблизительно) в 2 раза на октаву в случае, когда она составляет около 2 метров от передней до задней части басовой (левой) стороны.

Такое простое масштабирование длины струны прекрасно подходит для 4-хоктавного инструмента, приводит к проблемам у современного рояля. Если самая низкая нота современного фортепиано будет более, чем на октаву ниже самой низкой ноты пианино Кристофори, то увеличение струны в 2 раза за октаву приведет к увеличению длины рояля более чем на 5 метров. Это, безусловно, это слишком много, чтобы быть практичным, проблема, которая была решена путем изменения конструкции струн. Перепроектирование включало два изменения, одно простое и одно не такое простое. Первое изменение заключалось в увеличении диаметра струны по мере перехода от высоких частот к басам

Адрес публикации: https://www.prodlenka.org/metodicheskie-razrabotki/451879-statja-sozdanie-i-jevoljucija-fortepiano