Warum ist der Klang des Klaviers so schön? Es ist untrennbar mit diesen vier Hauptinstrumenten verbunden!

Wenn es ums Klavier geht, haben viele Schüler, die die „Folter“ des Klavierunterrichts ertragen mussten, möglicherweise Angst, und auch die Nachbarn leiden wahrscheinlich unter dem Lärm.

Haben Sie beim Üben Ihrer Klavierkenntnisse schon einmal darüber nachgedacht, wie das Klavier diese wunderschönen Klänge hervorbringt?

Als Tasteninstrument westlichen Ursprungs zeichnet sich das Klavier durch einen großen Tonumfang, eine hohe Lautstärke, ein schönes Timbre und eine reiche Ausdruckskraft aus. Fast alle berühmten modernen und zeitgenössischen westlichen Musiker wie Bach, Mozart, Beethoven, Schubert und Liszt haben Musik speziell für das Klavier komponiert. Daher gilt das Klavier als „König der Musikinstrumente“.

Welche Geheimnisse also sind in dieser riesigen Kiste verborgen, die ihr diese Ehre eingebracht haben?

Gängige Klaviere und Klaviere

Bildquelle: eine E-Commerce-Plattform

Tatsächlich ist das Prinzip der Klavierklangerzeugung kein Mysterium. Es handelt sich um dasselbe Prinzip wie bei den Geräuschen, die von allen Objekten um uns herum erzeugt werden: Vibration.

Stellen Sie sich vor: Die Spitze des Fahnenmastes schwingt bei Wind hin und her; eine Feder dehnt sich nach dem Spannen und Loslassen weiterhin aus und zieht sich wieder zusammen; das Trommelfell hebt und senkt sich, wenn es mit einem Trommelstock angeschlagen wird ... Diese Phänomene haben alle die gleiche Eigenschaft, d. h., Objekte bewegen sich in der Nähe einer bestimmten Position hin und her. Dieses Phänomen wird als mechanische Schwingung (kurz: Vibration) bezeichnet. Dieser Wissenspunkt wird im Wahlkurs Physik für die High School der People's Education Edition behandelt.

Verschiedene Objekte vibrieren mit unterschiedlicher Geschwindigkeit. So ist beispielsweise die Flügelschlaggeschwindigkeit eines Kolibris deutlich höher als die einer Gans. Diese Schwingungsgeschwindigkeit wird üblicherweise in Form der Schwingungsfrequenz ausgedrückt, die sich auf die Anzahl der Schwingungen eines Objekts pro Zeiteinheit bezieht und deren Einheit Hertz (Hz) ist.

Wissenschaftler haben herausgefunden, dass der Hörbereich des menschlichen Ohrs 20 bis 20.000 Hz beträgt. Wenn die Frequenz der Vibration eines Objekts diesen Bereich erreicht, kann sie vom Trommelfell und den Hörnerven im Gehirn wahrgenommen werden. Erst dann denken wir, dass ein Objekt ein Geräusch macht.

Wenn die Vibration der Tonquelle relativ leise ist, empfinden wir sie als angenehm und angenehm für das Ohr. Wenn die Vibration der Tonquelle heftig ist, empfinden wir sie als hart.

Der Hörbereich vieler Kleintiere ist viel größer als der des Menschen, daher ist ihr Gehör sehr empfindlich und sie können einige Infraschall- und Ultraschallwellen hören, die wir nicht wahrnehmen können.

Das Klavier ist ein sehr komplexes Gerät, das im Wesentlichen aus einem Gehäuse, einer Tastaturmechanik, Saiten, einem Resonanzboden und Pedalen besteht, wobei sich die Gesamtheit der Einzelteile auf Tausende beläuft.

Tastaturmechanismus, Saiten und Resonanzboden sind die drei wichtigsten Waffen, die dem Klavier angenehme Klänge ermöglichen.

Die Hauptstruktur des Klaviers, Quelle: Sohu

Ja, das stimmt. Im Inneren des Klaviers sind viele Saiten installiert und der Klang des Klaviers entsteht ursprünglich durch die Vibration der Saiten.

Allerdings sind diese Saiten gespannt und in ihrem Inneren herrscht eine enorme Spannung. Alle Saiten haben zusammen ein Gewicht von 15–20 Tonnen, daher können wir diese Saiten nicht wie beim Gitarrespielen mit den Fingern zupfen.

Die Funktion der Tastaturmechanik besteht darin, durch leichtes Drücken der Tasten das Hebelprinzip auszunutzen und die Saiten zum Schwingen zu bringen. Daher ist die Tastaturmechanik ein sehr wichtiger Bestandteil und wird als „Herz“ des Klaviers bezeichnet.

Tastaturmechanismus und die damit verbundenen Saiten, Quelle: Zhihu

Ein Tastaturmechanismus besteht im Wesentlichen aus einer Anzahl von Tasten und der gleichen Anzahl von Aktionsmaschinen. Die Mechanik besteht im Wesentlichen aus vielen Teilen wie Verbindungshebeln, Hämmern und Dämpferhebeln. Die Hämmer schlagen auf die Saiten, um sie zum Schwingen zu bringen und Töne zu erzeugen.

Abbildung einer Einzelaktion, Quelle siehe Wasserzeichen

Wenn wir eine Taste drücken, beginnen sich innerhalb der mit der Taste verbundenen Mechanik eine Reihe von Hebelmechanismen zu bewegen, wodurch der Hammer am Ende die entsprechende Saite kraftvoll anschlägt, wodurch die Saite vibriert und ein Ton erzeugt wird.

Beim Drücken einer Taste kann der entsprechende Ton weiter erklingen. Denn in der Mechanik ist ein spezieller Hemmungsmechanismus verbaut, der dafür sorgt, dass sich der Hammer nach einmaligem Anschlag sofort wieder von der Saite löst, ohne dass die anschließende freie Schwingung der Saite beeinträchtigt wird.

Wenn wir die Taste loslassen, federt sie zurück und der Dämpferkopf der Mechanik berührt sofort die Saite, wodurch diese schnell aufhört zu vibrieren und keinen Ton mehr erzeugt. Dieses moderne Gerät zur Schalldämpfung kann für einen klaren und deutlichen Klavierklang sorgen. Die folgende Animation zeigt den Vorgang des Anschlagens der Saiten und der Dämpfung des Klangs.

Der Arbeitsprozess der Aktion, Quelle: 360doc

Die Saiten eines Klaviers variieren in Länge und Dicke und auch die Töne, die sie erzeugen, sind einzigartig. Je kürzer und dünner die Saiten sind, desto höher ist ihre Schwingungsfrequenz und desto schärfer erscheint der Klang. Je länger und dicker die Saiten sind, desto niedriger ist ihre Schwingungsfrequenz und desto tiefer erscheint der Ton.

Auch die Kraft, mit der wir die Tasten drücken, kann die Klangfarbe steuern. Denn durch den Druck lässt sich die Geschwindigkeit steuern, mit der der Hammer auf die Saiten trifft, was wiederum die Klangfarbe beeinflusst.

Hervorragende Pianisten beherrschen im Allgemeinen den Aufbau und die Grundprinzipien der Tastaturmechanik und können beim Stimmen Feineinstellungen an der Mechanik vornehmen, um den besten Klang des Klaviers zu erzielen.

Für öffentliche Auftritte reicht die Lautstärke der Streicher allein allerdings bei weitem nicht aus. Zu diesem Zweck wird im Inneren des Klaviers ein spezieller Resonanzboden eingebaut, der das Prinzip der Resonanz nutzt, um den Klang der Saiten zu verstärken.

Resonanz ist ein physikalisches Konzept, das mit der Eigenfrequenz eines Objekts zusammenhängt. In Physiklehrbüchern für die Oberstufe wird erwähnt, dass die Frequenz eines Objekts im Zustand freier Schwingung als Eigenfrequenz bezeichnet wird. Diese Eigenschaft hat nichts mit äußeren Faktoren zu tun und bezieht sich ausschließlich auf die Eigenschaften des Objekts selbst.

Mit anderen Worten: Jedes Objekt hat seinen eigenen, einzigartigen Schwingungsrhythmus. Wenn der Rhythmus der auf ein Objekt ausgeübten äußeren Kraft mit dem Rhythmus seiner eigenen Vibration übereinstimmt, erfährt das Objekt eine ganz deutliche Vibration.

Resonanz kommt in unserem Leben sehr häufig vor. Die Glasscheiben der Gebäude am Straßenrand schwanken sanft, wenn Autos vorbeifahren, Muschelhörner geben ein Dröhnen von sich, das dem Klang von Wellen ähnelt, und Trompeten und Flöten können durch sanftes Blasen laute Töne erzeugen. Dies sind alles Resonanzphänomene.

Der Resonanzboden eines Klaviers besteht aus einem sehr dünnen Stück Holz mit gleichmäßiger Struktur, leichter Krümmung und guter Elastizität. Wenn die Klaviersaiten vibrieren, vibriert der Resonanzboden daneben aufgrund der Resonanz synchron. Da der Resonanzboden eine größere Oberfläche hat und seine Schwingungsamplitude viel größer ist als die der Saiten, kann er den von den Saiten erzeugten Klang gleichmäßig in die umgebende Luft verteilen und so den Klang verstärken.

Es ist nicht schwer zu erkennen, dass die Qualität des Klavierklangs eng mit der Klangverstärkungsleistung des Resonanzbodens zusammenhängt. Untersuchungen haben ergeben, dass die akustische Leistung einer Resonanzplatte nicht nur von ihrer Form, Dicke und ihrem Trockenheitsgrad abhängt, sondern auch von vielen anderen Faktoren wie der Holzdichte, der Faserlänge, der Faserausrichtung und der mikroskopischen Struktur der Holzzellen.

Derzeit verwenden alle hochwertigen Klavierhersteller im In- und Ausland Fichten- oder Fischschuppenkieferholz zur Herstellung von Resonanzböden aus Massivholz, um eine höhere Klavierklangqualität zu erzielen.

Die Herstellung des Resonanzbodens, Quelle: Sohu

Das Klavier ist normalerweise mit drei Pedalen ausgestattet: links, Mitte und rechts. Sie können auch die Wirkung des Klavierklangs beeinflussen und ähneln Spiele-Plugins.

Durch Drücken des linken Pedals kann der Klavierklang um eine Drittel abgeschwächt werden, was als V-Pedal bezeichnet wird; Durch Drücken des rechten Pedals, das als Haltepedal bezeichnet wird, stoppt der Klavierklang nicht sofort nach dem Loslassen der Tasten. Das mittlere Pedal hat bei verschiedenen Klavieren unterschiedliche Funktionen. Einige können beispielsweise die Lautstärke des Klaviers deutlich reduzieren, was uns das Üben erleichtert; Andere können dem Klang bestimmter Tasten einen Sustain-Effekt verleihen.

Klavierpedale

Durch den flexiblen Einsatz des Pedals kann einem Klavierspiel der letzte Schliff verliehen werden. Chopin, der „Klavierpoet“, ist für seine hervorragenden Pedalfähigkeiten berühmt und hat viele wunderschöne Melodien geschaffen.

Heute wissen wir, dass das Prinzip der Klangerzeugung beim Klavier kein Mysterium ist. Die Tastatur besteht aus den „Fingern“ des Klaviers, mit denen die Saiten angeschlagen werden. die Saiten sind die „Stimme“ des Klaviers, sie werden zum Vibrieren und Erzeugen von Tönen verwendet; und der Resonanzboden ist der „Lautsprecher“ des Klaviers, der dazu dient, den Klavierklang in hoher Qualität zu übertragen.

Wer schöne Musik spielen möchte, braucht natürlich auch ein kreatives „Gehirn“. Hast du eins?

Quellen:

1. Physik-Wahlfach 1 für die Oberstufe, Lehrbuch für die Pflichtschule, People's Education Press, 2007.

2. Zhang Zhihe, Liu Jinshou, Wang Yanliang et al. Anleitung zum Erlernen und Verwenden des Klaviers [M]. Shenyang: Liaoning Education Press, 1994.02.

ENDE

Autor: Liuhuo, Ingenieur, 203 Forschungsinstitut der Waffenindustrie

Herausgeber: Guru