Фортепиано: от древних корней к современному мастерству

---

Введение

Фортепиано — один из самых прославленных и широко любимых инструментов в музыкальной истории. С самым широким тональным диапазоном среди одиночных инструментов, оно является базовым инструментом для композиторов и исполнителей — будь то соло или аккомпанемент для голосов и других инструментов. Технически фортепиано — также самый сложный музыкальный прибор, содержащий более 2500 отдельных компонентов.

Как струнный инструмент, архитектура фортепиано делится на пять основных структурных и механических секций — будь то рояль (крыльевидный) или пианино (вертикальный). Эти секции включают внешний корпус (кабинет), резонаторную доску с ребрами и шпонами, чугунную раму, струны и интегрированный механизм клавиш, молоточков и механики. Внутри корпуса обод и клавижное основание критичны для монтирования клавиш и механики. Резонаторная доска, усиленная ребрами и шпонами, усиливает вибрации, производимые струнами.

Чугунная рама, расположенная над резонаторной доской и шплинтовым блоком, обеспечивает прочность для закрепления струн под высоким натяжением. Носовые болты и периметрические болты крепят раму к ब्रевнам и внутреннему ободу корпуса. Фортепиано обычно содержит 220–240 струн, закреплённых на хомутах по изогнутому краю рамы и на шплинтах по передней части фортепиано, примерно параллельно клавиатуре. Механика — клавиши, молоточки и сложный механизм — остаётся одним из самых изощрённых аспектов дизайна фортепиано.

Размерные классификации традиционно указываются формой и размерами инструмента. Рояли варьируют от 4 футов 7 дюймов до 9 футов 6 дюймов (1,4–2,9 м) в длину. «Малыш» рояль измеряет 5 футов 1 дюйм до 5 футов 2 дюймов (1,52–1,57 м). Меньшие называют «апартмент» размер. Крупные модели включают средний рояль и концертный рояль. Пианино, дизайн которого практически не менялся с 1935 года, варьируют от 36 до 52 дюймов (91–132 см) в высоту, со стандартными категориями — спинет, консольетта, консоль, студия, профессионал — возрастающими по размеру. Эстетика корпуса часто выбирают для дополнения интерьера, с разнообразием отделок.

История

Родословная фортепиано восходит к ранним струнным инструментам — арфе, псалтири, темпанону — которые щипали, ударили или смыкали в древних цивилизациях. Клавёсис ввёл клавиши для щипания струн в XVII веке, а клавихорд соединил клавиши с ударяемыми струнами, заложив основу для фортепиано.

Бартоломео Кристофори, итальянский мастер инструментов, считается изобретателем первого фортепиано в 1700 году. Дизайн Кристофори включал молоточки, ударяющие струны через импульс-двигаемый механизм, позволяя динамический контроль над громкостью — особенность, отсутствовавшая в клавесисе. Молоточки проверялись задним удержанием для предотвращения отскока, обеспечивая устойчивые тона. Инструмент быстро завоевал simpatie: Иоганн Андреаз Зиберман уточнил его во Франции, а покровительство Фридриха Великого помогло популяризировать его в Германии. Иоганн Себастьян Бах одобрил фортепиано в 1747 году.

К концу XVIII века фортепиано затмило клавесис в значимости. Мастера мебели начали изготавливать изысканные корпуса, и квадратное фортепиано появилось в середине века. Музыканты начали писать произведения специально для фортепиано, а не адаптировать клавесисный репертуар. Производство фортепиано началось в Америке в 1775 году, где инновации в дизайне молоточков и механики улучшили тональное качество и отзывчивость. Жан-Анри Папе из Парижа запатентовал 137 улучшений между 1789 и 1875 годами, а Джон Бродвуд из Англии разработал механизированные производственные методы, снизившие затраты.

С 1825 по 1851 год Европа и США подали более 1000 патентов на более прочные, выразительные фортепиано. Средняя XIX века видела восход современного фортепиано благодаря внедрению чугунной рамы для структурной прочности и веерной (перекрёстной) струнной раскладки, которая позиционировала басовые струны через дискантный диапазон для оптимального резонанса. Steinway & Sons уточнили эту технику к 1870 году, выровняв перекрёстные струны с наиболее резонансной зоной резонаторной доски.

Реклама плеер-пианино Beckwith из каталога Sears Roebuck 1915 года.

(Из коллекций Музея Генри Форда и Гринфилд Виледж.)

В начале XX века плеер-пианино завоевало широкую популярность, предлагая семьям наслаждаться музыкой без долгих репетиций. Эти инструменты имели встроенные механизмы, активируемые ножными педалями или электричеством, использующие перфорированные бумажные рулоны для исполнения разностороннего репертуара. Рекламодатели позиционировали их как семейное развлечение и инструменты культурного обогащения, что привело к продаже более двух миллионов плеер-пианино к концу 1920-х. Хотя некоторые родители надеялись, что технология вдохновит музыкальные навыки, многие обнаружили, что удобство «перфекции без практики» снизило стимул учиться вручную.

Музыкальные рулоны подходили для всех возрастов и вкусов — мелодии для молодежи, детские стишки для малышей, сонаты для классических энтузиастов, многоязычные рулоны для этнических общин. Монетные плеер-пианино стали основными в отелях, танцевальных залах и ресторанах, обеспечивая непрерывную музыку, улучшавшую атмосферу и доход. Однако конец 1920-х принёс спад популярности плеер-пианино, когда фонографы и радио появились как сильные конкуренты за свободное время и развлекательные бюджеты.

Jeanine Head Miller

Steinway's C. F. Theodore ввёл непрерывный изогнутый обод, улучшив звукопередачу за счёт акустических свойств длинных древесных волокон. Инновация применялась к роялям, пианино и квадратным моделям. К 1911 году в США действовало 301 строитель фортепиано. Производство пикировало в 1920-х, но резко упало во время Великой депрессии. Сегодня в США осталось около 15 производителей, в то время как Япония лидирует в мировом производстве.

Дизайн фортепиано остался в основном неизменным с конца 1800-х, хотя производители экспериментируют с материалами и производственными процессами. Ниже представлен обзор традиционного производственного воркфлоу, с отличиями для производства пианино и вариаций угла молоточек-к-струнам.

Сырьё

Фортепиано строят из премиальных материалов, выбранных как для эстетики, так и для акустической производительности. Длинноволокнистый клён формирует обод, предлагая прочность и устойчивость, а ель даёт необходимую лёгкость и долговечность для бревен. Дополнительные древесины вносят вклад в узоры и структурные компоненты. Металл используется для чугунной рамы и другой фурнитуры. Песок — модифицированный бентонитом и угольной пылью — служит формовочным наполнителем. Расплавленный железо, обычно чугун с добавками стали и лома, литуют для достижения требуемой растяжной прочности. Высокопрочная стальная проволока, производимая специализированными заводами, становится струнами фортепиано.

Дизайн

Инженеры-масштабщики — обученные специалисты — проектируют спецификации фортепиано, выбирают материалы и определяют взаимодействие деталей. Критический дизайнерский аспект — структурная целостность под натяжением. Каждая из 220+ струн усиливает 160–200 фунтов на кв. дюйм (11,2–14 кг/кв. см). Фортепиано должно работать последовательно, оставаясь стабильным со временем, пока экологические изменения влияют на его разнородные материалы.

Чугунная рама должна поддерживать это натяжение, покрывая лишь малую часть резонаторной доски. Она должна быть настолько массивной, насколько необходимо для прочности, но настолько лёгкой, насколько возможно для сохранения звукового качества. Геометрия рамы адаптируется к раскладке струн, размещению шпонов и путям струн. Поскольку чугун хрупок, рама имеет стратегически размещённые отверстия на изогнутой стороне для предотвращения трещин от термического стресса и для подъёма звука из резонаторной доски. Инженеры-масштабщики создают прототип, чертят его в масштабе и разрабатывают деревянный шаблон, направляющий окончательную литьё.

Производственный процесс

Изгиб обода корпуса

• Метод Steinway по изгибу обода — всё ещё используемый — начинается с склеивания до 22 слоёв длинноволокнистого клёна, каждый до 25 футов (7,62 м) длиной. Эти слои формируют в металлическом прессе для создания непрерывного обода. И внутренний, и внешний ободы проходят этот процесс. Ободы хранят в обвязках для сохранения формы, затем выдерживают под контролируемой температурой и влажностью до целевой влажности. Изогнутый внутренний обод затем оснащают перемычкой, шплинтовым блоком, перемычками, клавижным основанием и задним дном — каждый склеен и соединён шплинами.
• Корпус финишируют для акустики и эстетики. Древесину шлифуют для равномерного впитывания пятна, отбеливают для однородного внешнего вида фанеры, предварительно тонируют и окончательно тонируют. Древесные заполнители и洗coats могут применяться, за которыми следует серия лаковых слоёв. Специальные глазури (для эйджинга или других эффектов) добавляют, и корпус сушат до 21 дня перед ручной полировкой до финальной отделки.

Изготовление структурных компонентов

• Каркас фортепиано — шплинтовый блок и чугунная рама — поддерживает натяжение струн. Бревен делают из отобранной ели; шплинтовый блок (или wrеstplank) строят из склеенных слоёв скального клёна, радиально или кругово пиленых для максимизации ориентации волокон для шплинтов. Шплинтовый блок содержит одно отверстие на струну, до 240 отверстий, просверленные точно.
• Чугунная рама литуют в выделенной литейке. Используя деревянный шаблон, спроектированный инженером, производят верхние и нижние матчи-пластины. Песочные формы делают из этих матч-пластин, расплавленное железо литуют, затем охлаждают в контролируемом процессе, дающем раму весом примерно 600 фунтов (272,4 кг). После охлаждения раму песчано-струйно очищают от излишков песка, перевозят в сверлильный цех, где просверливают отверстия для шплинтов, носовых болтов и хомутов. Хомуты вставляют, а любые литейные несовершенства шлифуют. Раму затем вручную шлифуют, грунтуют и красят.
• В процессе сборки чугунную раму многократно опускают и поднимают в раме фортепиано для размещения шплинтового блока, обода, резонаторной доски и шпонов.

Создание резонаторной доски

• Резонаторная доска — тонкая еловая панель — подстилается под струнами и чугунной рамой, опираясь на ребра обода. Толщина 0,25–0,375 дюйма (0,635–0,95 см). Ель сначала сушат на воздухе, затем камерно сушат до точного влажности. Полосы 2–5 дюймов (5,08–12,7 см) шириной склеивают, прессуют и сушат. Накладывают шаблон и обрезают до размеров рояля.
• Кривизна резонаторной доски, известная как корона, достигается монтажом лёгких елевых или сосновых ребер под доской. Ребра режут вдоль волокон, подгоняют и клеят с помощью реберного пресса, точно позиционирующего их и заставляющего доску принять желаемую кривизну. Ребра оперены на концах и закреплены в пазах каркаса фортепиано, обеспечивая точное совмещение короны с дизайном.
• Два шпона передают струнные вибрации на резонаторную доску. Длинный шпон поддерживает дискантные струны; короткий шпон несет басовые струны, веерно идущие через дискант. Шпоны должны точно совмещаться с волокнами резонаторной доски, изгибаться с короной и выдерживать нисходящее давление струн. Изготавливают из твёрдой древесины (твердый клён в американских фортепиано, бук в европейских) или слоистой древесины, со слоями, ориентированными перпендикулярно резонаторной доске для избегания демпфирования. Шпоны клеят на резонаторную доску и фиксируют заглушками и кнопками резонаторной доски. Шпоны имеют надрезы по обе стороны там, где струны перекрываются, позволяя струнам ударять по малому участку шпона и вибрировать свободно. Шплинты вставляют в шпон, и струны нанизывают между ними.

Нанизывание и настройка

• Струны фортепиано производят специализированные заводы и состоят из углеродистой проволоки. Басовые струны обмотаны медью (загрузка) для увеличения массы и длины, позволяя практичную высоту тона без 30-футовых струн. Дискантные струны короткие, не обмотанные, сгруппированы по три для формирования одной ноты. Масштабные линейки служат стандартами, указывающими требуемый диаметр для каждой струны; до 17 различных калибров проволоки могут использоваться в одном фортепиано. Струны обращают с осторожностью, так как они остаются прямыми и никогда не наматывают на рулоны. После нанизывания металлические планки и латунные шпильки, называемые аграффами, фиксируют струны у шплинтов, а другие планки позиционируют их у хомутов.
• Шплинты кованы из стальной проволоки, резаны по длине, оформлены на концах и тамбурно-обработаны для сглаживания кромок. Уши для настройочного ключа формируют сверху, а отверстия для струн просверливают. Шплинты чистят, никелируют для защиты от ржавчины и нарезают резьбу для плавного вращения при настройке. Проходят контролируемое нагревание (блюинг) для оксидации резьбы, обеспечивая надёжный захват в шплинтовом блоке. Специализированные машины вставляют множество шплинтов одновременно через чугунную раму в шплинтовый блок, после чего они вручную подгоняют.

Сборка клавиатуры и механики

• Клавиатуры, клавижные рамы и механизмы механики производят специализированные المصنщики. Клавиши осевают на двух или трёх рейках, покрытых фieltром для снижения шума. Направляющие шпильки вставляют в переднюю и среднюю рейки. Клавиши делают из лёгкой древесины, камерно сушеной и покрытой чёрным или белым пластиком (исторически слоновой костью или эбеновым деревом). Пластиковые накладки литуют группами, затем режут индивидуально. Отверстия просверливают под каждую клавишу для приёма направляющих шпилек. Капитальные винты на задних кромках клавиатуры фиксируют механику. После сборки 88 клавиш их шлифуют, полируют, чёрные клавиши тонируют перед наклеиванием колпачков. Клавиши затем сопоставляют с клавижной рамой, шайбы надевают на направляющие шпильки, и клавиши монтируют.
• Голос фортепиано зависит от качества его молоточков. На протяжении веков материалы варьировались от лосьей кожи до резины; сегодня молоточки покрыты премиальным шерстяным фieltром, отсортированным по плотности. Фieltр производят кардочесыванием, расчесыванием, складыванием и прессованием шерсти в конические полосы. Тончайший фieltр для дискантных молоточков, более толстый — для басовых. У каждого молоточка деревянное ядро, с под-фieltром и верхним фieltром, склеенными смолой. Молоточки вырезают из длинных полос, затем режут на отдельные молоточки вручную или автоматически. Полностью собранный комплект молоточков устанавливают в фортепиано, и обученный воисер настраивает звук. Механика калибруется под ощущение молоточков.
• Финальные компоненты — включая педали и трапворк, клавишную крышку, нотную стойку, петли, крышку и опорные палки — тщательно собирают для обеспечения плотного прилегания и устранения дребезга, способного компрометировать звуковое качество.

Контроль качества

Обеспечение качества проникает каждый этап производства фортепиано, так как чувствительность инструмента требует точного взаимодействия его частей и материалов. Дизайны инженеров-масштабщиков валидируют металлурги, анализируя состав чугунной рамы — углерод, сера, фосфор, марганец — и контролируя температуры расплавленного железа (типично 2750 °F / 1510 °C). Производство струн проходит тесты на эластичность, устойчивость и растяжную прочность.

Будущее

Пока основной производственный процесс оставался стабильным на протяжении века, инженеры-масштабщики постоянно исследуют инновации. Недавние разработки включают вакуумную литьё чугунных рам, дающее более гладкие финиши, устраняющие необходимость обширного шлифования.