Historia i budowa fortepianu i pianina
Fortepian należy do grupy chordofonów uderzanych. Dopiero on zaspokoił rosnące na przełomie XVII i XVIII w. zapotrzebowanie na instrument strunowy o zróżnicowanej dynamice i wyparł klawesyn oraz klawikord tam, gdzie utwory wymagały subtelnych zmian dźwięku, zróżnicowanej barwy i innych niuansów brzmieniowych. Twórcą nowego instrumentu był włoski konstruktor klawesynów Bartolomeo Cristofori, który zgodnie z naturą wynalazku nazwał go pianoforte. Za datę początkującą historię fortepianu zwykło się uważać 1709 r.,choć już w 1698 r. Cristofori wystawił księciu Ferdynandowi Medycejskiemu rachunek za „claviccembalo col piano’e’forte”. W odróżnieniu od klawesynu fortepian Cristoforiego zapewniał grającemu łączność ze źródłem dźwięku i wpływ na strunę poprzez klawisz, system dźwigni i młotek. Całość mechanizmu reagowała więc na siłę uderzenia pianisty.
Mechanika fortepianowa Cristoforiego 1 – dźwignie, 2 – młotek, 3 - struna
Pomysł mechanizmu młoteczkowego przyjął się bardzo szybko, jednak jeszcze za życia Cristoforiego (zmarł w 1731 r.) austriaccy fortepianmistrzowie uznali go za zbyt skomplikowany i poszukiwali innych rozwiązań. Sam Cristofori , po skonstruowaniu ok. 20 instrumentów zaniechał dalszej produkcji. Uproszczony mechanizm został nazwany wiedeńskim.
Mechanika wiedeńska
1 – widełki, 2 – trzonek młotka, 3 – ogon trzonka młotka, 4 – zaczep ogona młotka
5 – sprężyna zaczepu, 6 – występ oporowy, 7 – główka chwytnika, 8 – poduszka, 9 – popychacz tłumika
Jednak ten typ mechaniki również okazał się na tyle niedoskonałym, że już w drugiej połowie XVIII w. kilku wybitnych konstruktorów angielskich powróciło do zasady uderzeniowej Cristoforiego, modyfikując tylko rozwiązania swojego poprzednika. Tak powstał mechanizm angielski, którego zasadniczą cechę stanowiło wprowadzenie bijnika usuwanego przez występ oporowy po uderzeniu w nasadę młotka, co umożliwiało dobrą repetycję (szybką powtarzalność jednego dźwięku). System szybko przyjął się na całym świecie i był stosowany w fortepianach do lat dwudziestych XX w., a w pianinach jest stosowany do dziś.
Mechanika angielska
1 - dźwignia klawiszowa, 2 – osada bijnikowa, 3 – bijnik, 4 –sprężyna bijnika, 5 – nasada młotka, 6 – młotek,
7 – występ oporowy bijnika, 8 – chwytnik, 9 – listwa oporowa bijnika, 10 – listwa spoczynkowa młotków
Coraz większe zapotrzebowanie na instrumenty klawiszowe skłoniły konstruktorów XIX w. do poszukiwania rozwiązań praktycznych, zmierzających do zmniejszenia gabarytów fortepianu ewentualnie jego modyfikacji, pozwalającej na umieszczenie instrumentu na mniejszej powierzchni. Początkowo budowano fortepiany pionowe, tzw. żyrafy, które jednak w dalszym ciągu miały duże wymiary. Właściwe pianino jako autonomiczny instrument z pionowym naciągiem strunowym zostało zbudowane prawie jednocześnie przez dwóch konstruktorów na początku lat 20 XIX w. - M.Müllera w Wiedniu i J.I. Hawkinsa w Filadelfii.
W tym samym okresie w 1823 r, został wynaleziony przez wybitnego francuskiego konstruktora Sebastiana Erarda mechanizm z podwójną repetycją, w którym przekaźnikową figurę bijnika uzupełniono dodatkową dźwignią, podpartą własną sprężyną. Mechanika z takim urządzeniem umożliwiała pianiście nieodrywanie palców od naciśniętych klawiszy i ciągłe powtarzanie uderzeń (młotki utrzymywane są przez dźwignię repetycyjną , co pozwala bijnikowi bez przeszkód wsuwać się pod młotki i podopychać je do strun).
Mechanizm Erarda
1 – abstrakt, 2 – dźwignia pośrednia, 3 – wspornik tylny figury, 4 – dźwignia repetycyjna, 5 – sprężyna repetycyjna,
6 – przedni wspornik figury, 7 - śruba regulacyjna bijnika, 8 – bijnik, 9 – występ oporowy bijnika,
10 – bródka (baryłka) młotka, 11 – chwytnik, 12 – listwa spoczynkowa młotków, 13 – drut tłumikowy, 14 – główka
Przenośne fortepiany – pianina oraz mechanika z podwójną repetycją w fortepianach wzbudziły ogromne zapotrzebowanie na instrumenty nowego typu. Ich produkcja na całym świecie wyniosła setki tysięcy egzemplarzy i typów. Zaczęła się epoka ujednolicania konstrukcji, znormalizowano parametry materiałów, części roboczych i detali. Stworzono międzynarodowy strój muzyczny. Wynalezienie i zastosowanie w Anglii nowej technologii produkcji elastycznych strun ze stali manganowej pozwoliło na podwyższenie stroju i uzyskanie silniejszego, śpiewniejszego tonu.
Fortepianowy mechanizm schwanderowski
1 - dźwignia klawiszowa, 2 – pilot, 3 – dźwignia pośrednia pozioma, 4 – bijnik, 5 – występ oporowy bijnika (tzw. „pupka”),
6 – dźwignai repetycyjna, 7 – chwytnik, 8 – zespół młotka, 9 – widełki młotka, 10 – śruba regulacyjna dźwigni repetycyjnej,
11 – kontrklawiatura, 12 – widełki tłumika, 13 – łyżeczka tłumikowa ( inaczej - palec), 14 – baryłka (inaczej – bródka) młotka
W latach 30. XIX w. we Francji zaczęto oklejać młotki elastycznym i trwałym filcem, co bardzo korzystnie wpłynęło na brzmienie pianin i fortepianów. Dotychczas stosowano kilka warstw skóry, która nie miała takich właściwości jak filc - powodowała emisję nieprzyjemnych dźwięków. W połowie XIX w. zmieniono także układ strun z prostego na krzyżowy co również wzbogaciło brzmienie m. in. dlatego, ponieważ możliwe stało się zwiększenie rozmiarów płyty rezonansowej. Taka konstrukcja polega na skierowaniu strun gładkich ze strony prawej na lewą, a strun basowych z lewej na prawą w wyższej płaszczyźnie przbiegającej nad płaszczyzną strun gładkich. W końcu XIX w. wszystkie wytwórnie produkowały instrumenty z krzyżowym układem strun, pełnymi odlewanymi ramami żeliwnymi, dużymi płytami rezonansowymi i mechanizmami z podwójną repetycją.
do góryPodstawowe zespoły fortepianu i pianina.
Fortepian i pianino mają bardzo skomplikowaną budowę. Są zbudowane z ok. 3.500 części (I. Fadiejew i S. Ałłon w swojej książce podają liczbę 10.000 części, ale prawdopodobnie osobno liczą każdą część kompletu, np. każdą ośkę jako jedną część).
Przekrój boczny pianina
Przekrój boczny pianina
1. Stół klawiaturowy, 2 – listwa przednia, 3 – boczek, 4 – klawisz, 5 – pokrywa klawiatury, 6 – listwa blokująca klawiaturę,
7 – zawieszenie pokrywy klawiatury, 8 – drzwi górne, 9 – strojnica, 10 – kołek strojeniowy, 11 - pokrywa skrzyni,
12 – bok obudowy, 13 – osnowa, 14 – cokół, 15 – rolka, 16 – podpora pozioma, 17 – rama żeliwna, 18 – żebro,
19 - mostek basowy, 20 – drzwi dolne, 21 – wspornik metalowy, 22 – struny, 23 – młotek, 24 - płyta rezonansowa
Mechanizm pianina
Mechanizm pianina
1 – listwa balansowa, 2 – poduszka klawiaturowa, 3 – podkładka kołka prowadzącego, 4- kołek osiowy, 5 – kołek prowadzący,
6 – pręt pilota, 7 – główka pilota, 8 – dźwignia pozioma (figura), 9 – stopka figury, 10 – widełki figury, 11 – bijnik,
12 – tasiemka, 13 – zaczep tasiemki, 14 – łyżeczka tłumikowa (palec), 15 – występ oporowy bijnika (pupka),
16 – listwa wymykowa, 17 – listwa bijnikowa, 18 – nasada młotkowa, 19 – wspornik młotka, 20 – sprężyna nasady młotka,
21 – poduszka nasady, 22 – trzonek młotka, 23 – dźwignia tłumika, 24 – sprężyna tłumika, 25 – listwa tłumikowa,
26 – nieruchoma część listwy spoczynkowej młotków, 27 – ruchoma część listwy tłumikowej młotków,
28 – listwa młotkowa, 29 – chwytnik, 30 – zawias listwy spoczynkowej, 31 – główka tłumika, 32 – baryłka tłumika
Przekrój obudowy fortepianu
Przekrój obudowy fortepianu
1 – stół klawiaturowy, 2 – pokrywa klawiatury, 3 – bok skrzyni, 4 – listwa czołowa, 5 – listwa pokrywy skrzyni,
6 – przednia część pokrywy skrzyni, 7 – pulpit nutowy, 8 – tylna część pokrywyw skrzyni, 9 – bok skrzyni,
10 – kostka nogi, 11 – noga, 12 – rolka, 13 – belka poprzeczna osnowy, 14 – półka belki poprzecznej,
15 – listwa poprzeczna, 16 – wspornik zawieszenia pedału, 17 – drążek (cięgło) pedału, 18 – podstawa zawieszenia pedałów,
19 – pedały, 20 – kolumienki zawieszenia pedałów, 21 – płyta rezonansowa, 22 – naciąg strunowy, 23 – ramy żeliwne,
24 – mostek wiolinowy, 25 – mostek basowy, 26 – listwa przednia, 27 – strojnica, 28 – zamek ryglowy, 29 – półka nogi tylnej
W skład podstawowych zespołów wchodzą:
1. Aparat brzmieniowy
Zespół wytwarzający dźwięk. Składa się z dwóch elementów: naciągu strunowego i płyty rezonansowej. Naciąg strunowy, zestawiony dla produkowania dźwięków całej potrzebnej skali, składa się ze strun o różnej długości i średnicy. Ponieważ pojedyncze struny dają słaby dźwięk, szczególnie w rejestrze wiolinowym i tenorowym, ułożone są w grupy po trzy a na niewielkim zakresie po dwie, czyli tzw. chóry, nastrojone na jedną wysokość. Taka grupa strun uderzana jest przez jeden młotek, emitując jeden dźwięk. Płyta rezonansowa to prężna, drewniana membrana, na stałe zamocowana na bokach i napięta przez nacisk strun za pośrednictwem mostka. Współdziałając z drgającymi strunami płyta rezonansowa sama także wibruje i dzięki dużej powierzchni promieniowania powoduje znaczne wzmocnienie brzmienia, wielokrotnie przewyższając brzmienie samych strun.
2. Konstrukcje nośne
Trzy współdziałające elementy siłowe: rama metalowa, drewniana osnowa i drewniana strojnica. Elementy te mają za zadanie zrównoważyć naciąg (uwaga!) 16 -20 ton czyli sumy naciągu wszystkich strun. Do osnowy przykleja się płytę rezonansową, przykręca ramę metalową i obudowę, a w strojnicy umocowane są metalowe kołki strojeniowe, w których zaczepia się początki strun.
2.1 Rama metalowa
Jest odlana z żeliwa kowalnego, jej ciężar wynosi 60-90 kg w pianinach i 100 – 200 kg w fortepianach. Tak więc w istotny sposób rama wpływa na sumaryczny ciężar instrumentu. Kształt i rozmiar ramy jest różny w zależności od czasu, w którym została wykonana. Aktualnie rama zabezpiecza swym pancerzem całe wnętrze instrumentu, łącznie ze strojnicą. W tym typie części naciąg strun jest efektywnie neutralizowany przez sztywno tkwiący w otworze kołek Dawniej ramę wykonywano bez zabezpieczania strojnicy płatem żeliwnym i obejmą górną, co powodowało nadmierne przeciążenia i podatność na pęknięcia. Warto więc, aby posiadacz takiego pianina zdawał sobie sprawę, że bardzo często pod wpływem naciągu strun kołki strojeniowe działają na drewno jak kliny i dochodzi do takiego uszkodzenia. Wtedy należy wymienić strojnicę. Częściej jednak opłacalność takiego przedsięwzięcia przewyższa ogólną wartość pianina lub fortepianu, chyba że jest to instrument historyczny. Również niepełnowartościowy wariant spotykany w niektórych egzemplarzach został zastosowany w postaci częściowego tylko opancerzenia strojnicy – z obejmą górną, ale bez płata żeliwnego na strojnicy.
Ramy żeliwne
a – fortepianu, b – pianina, c – pianina bez osnowy: 1 – wspornik basowy, 2 – 3 otwory wkrętów mocujących,
4,8,9,10 – otwory rezonansowe, 5 – otwór mostka basowego, 6 – listwa zaczepowa basowa, 7 – wspornik,
11,12,13 – wsporniki wiolinowe, 14 – wspornik ukośny, 15 – drugi wspornik basowy, 16 – wspornik poprzeczny,
17,18 – opancerzenie strojnicy, 19 – agrafy, 20 – próg basowy, 21 – listwa naciskowa, 22,24 – listwy zaczepowe wiolinowe,
23 – opancerzenie strojnicy, 25 listwa zaczepowa basowa, 26 – wsporniki, 27 – próg basowy, 28 – obejma górna,
29 – próg wiolinowy, 30 – obejma dolna, 31, 32 – obejmy poziome, 33, 34 – obejmy pionowe.
2.2 Strojnica
Od tej części zależy trwałość stroju fortepianów i pianin. W niej tkwią kołki strojeniowe, odpowiadające za naciąg strun. To właśnie na kołki stroiciel nakłada klucz i naciąga struny zgodnie ze wskazówkami zegara na żądaną wysokość dźwięku. Strojnica przeszła na przestrzeni wieków ewolucję. Początkowo była to jednolita belka bukowa, następnie dwu - trzywarstwowa ze słojami naprzemiennie wzdłużnymi i poprzecznymi, aby we współczesnych instrumentach, jak np. fortepianach firmy Bechstein, osiągnąć liczbę 16 - 25 warstw.
3. Mechanika klawiszowo – młoteczkowa
Stanowi złożony system ruchomych, połączonych ze sobą dźwigni, od klawiszy do młotków.
Mechanizm firmy Steinway
4. Obudowa
Obudowa to zarówno element ochronny, jak też plastyczny, zdobniczy, sprawiający, że instrument jest piękny.
do górySkala oraz strój fortepianu i pianina
Mniejsze instrumenty posiadają skalę siedmiooktawową od A2 do a4, a więc 7 oktaw. W większych instrumentach skala jest poszerzona do rozpiętości A2 – c5, a nawet G2 – c5 (np. w fortepianach firm Ibach czy Bösendorfer). Całą skalę stroiciel musi dostroić do ogólnie obowiązującego na świecie wzorca a=440 Hz, czyli 440 drgań struny na sekundę. Jest to najbardziej skomplikowane zadanie spośród wszystkich czynności podczas cyklu produkcyjnego lub naprawczego pianin i fortepianów. Wymaga zarówno dobrego słuchu muzycznego, jak też specjalnego słuchu, wyczulonego na barwę, drgania i alikwoty instrumentów oraz szereg innych atrybutów, składających się na tzw. „słuch stroicielski”. Każdy stroiciel musi również wiedzieć jak wyregulować mechanizm, aby każdy klawisz był posłuszny palcowi pianisty i reagował np. kilkanaście razy w ciągu sekundy na powtórki, czyli posiadał odpowiednią repetycję. Niezbędna jest wiedza o akustyce i metodach strojenia. O ile zasadniczo każdy z użytkowników fortepianów i pianin wie, co oznacza pojęcie „strojenie”, to znacznie mniej osób zna termin „intonacja” w odniesieniu do fortepianu lub pianina. Jest to kolejny etap, następujący po nastrojeniu instrumentów, polegający na odpowiedniej obróbce filcu młotków.
Stroiciel musi wiedzieć co to jest amplituda drgań,czyli największe wychylenie punktu drgającego struny w stosunku do stanu spoczynkowego. Musi również wiedzieć, co oznacza częstotliwość drgań, czyli liczba pełnych wychyleń struny w ciągu jednej sekundy (pełne wychylenie – to cztery amplitudy). Jednostką , nazwaną na cześć niemieckiego wynalazcy fal elektromagnetycznych, jest Herz. Potoczne wyobrażenie o dźwięku wydobywanym przykładowo przez strunę jest znacznie uproszczone.
Drgania struny w punkcie M na odcinku A-B
M0M1 – amplituda drgań, M1M2 – szerokość drgań
W rzeczywistości struna dzieli się na mniejsze fragmenty brzmiąc tonem podstawowym oraz tonami składowymi – tzw. alikwotami.
Najbardziej słyszalny jest ton podstawowy, niemniej alikwoty decydują o barwie i pięknie dźwięku. To dźwięki powstałe z podziału drgającej struny na dwie części, trzy, cztery itd. Ciekawostką jest przewaga alikwotów nad tonem podstawowym w rejestrze basowym zaraz po wydobyciu dźwięku, dlatego trzeba przy strojeniu odczekać chwilę aż alikwoty wybrzmią do pewnego stopnia. Warto również wiedzieć, że dźwięk pozbawiony wyższych alikwotów brzmi pusto, bezbarwnie., zaś dźwięk z zawartością składowych powyżej 3000 Hz jest przenikliwy, jasny, metaliczny. Niezwykle ważne dla stroiciela jest odbieranie zjawiska dudunienia – periodycznego wzmacniania i osłabiania siły dźwięku,odpowiadającego zgodności lub niezgodności brzmienia strun. Przy zgodności struny nie będą wydawały zdudnień (w unisonie w oktawie, podczas gdy strojąc kwintę musimy ją zwęzić, aby wydawała jedno zdudnienie na sekundę).
do góry