Настройка фортепиано — это процесс регулировки натяжения струн акустического фортепиано таким образом, чтобы музыкальные интервалы между струнами были настроены . Значение термина «настроенный» в контексте настройки фортепиано — это не просто определенный фиксированный набор тонов . Тонкая настройка фортепиано требует оценки взаимодействия колебаний между нотами, которое отличается для каждого фортепиано, поэтому на практике требуются немного отличающиеся от любого теоретического стандарта высоты тона. [ необходима ссылка ] Фортепиано обычно настраиваются по модифицированной версии системы, называемой равномерной темперацией . (См. Частоты клавиш фортепиано для теоретической настройки фортепиано.)
Во всех системах настройки каждая нота может быть получена из ее отношения к выбранной фиксированной ноте, которая обычно равна A440 (440 Гц), ноте A выше средней C. Для классического фортепиано и музыкальной теории средняя C обычно обозначается как C4 ( как в научной нотации высоты тона ); Однако в стандартном определении MIDI эта средняя C (261,626 Гц) обозначена как C3 . На практике программное обеспечение MIDI может обозначать среднюю C как C3 - C5 , что может вызвать путаницу, особенно у новичков.
Настройка пианино выполняется широким кругом независимых специалистов по фортепиано, реставраторов фортепиано, технического персонала магазинов фортепиано и любителей. Профессиональное обучение и сертификация доступны в организациях или гильдиях, таких как Гильдия техников по фортепиано . Многие производители фортепиано рекомендуют настраивать пианино дважды в год.
Многие факторы приводят к тому, что пианино расстраивается, в частности, атмосферные изменения. Например, изменения влажности влияют на высоту тона пианино; высокая влажность заставляет деку разбухать, растягивая струны и заставляя высоту тона становиться выше, в то время как низкая влажность имеет противоположный эффект. [1] Изменения температуры также могут влиять на общую высоту тона пианино. В новых пианино струны постепенно растягиваются, а деревянные части сжимаются, заставляя пианино становиться ниже, в то время как в старых пианино колки (которые удерживают струны в настроенном состоянии) могут ослабнуть и не удерживать пианино в настроенном состоянии. [2] Частая и интенсивная игра также может привести к расстройке пианино. [2] По этим причинам многие производители пианино рекомендуют настраивать новые пианино четыре раза в течение первого года и два раза в год в дальнейшем. [3]
Расстроенное пианино часто можно определить по характерному « хонки-тонку » или бьющему звуку, который оно производит. Это колебание интенсивности звука является результатом одновременного воспроизведения двух (или более) тонов схожих частот. Например, если струна пианино, настроенная на 440 Гц (колебаний в секунду), играет вместе со струной пианино, настроенной на 442 Гц, результирующий тон бьется с частотой 2 Гц из-за конструктивной и деструктивной интерференции между двумя звуковыми волнами. Аналогично, если струна, настроенная на 220 Гц (с гармоникой на 440 Гц), играет вместе со струной, настроенной на 442 Гц, слышен тот же самый ритм в 2 Гц. [4] Поскольку пианино обычно имеют несколько струн для каждой клавиши пианино, эти струны должны быть настроены на одну и ту же частоту, чтобы устранить биения.
Высота ноты определяется частотой колебаний . Для вибрирующей струны частота определяется длиной струны, массой и натяжением . [5] Струны фортепиано наматываются на колки, которые поворачиваются для регулировки натяжения струн.
Настройка фортепиано стала профессией примерно в начале 1800-х годов, когда «пианофорте» стало мейнстримом. [6] Раньше музыканты владели клавесинами , которые было намного проще настраивать, и которые музыканты обычно настраивали сами. Ранние настройщики фортепиано обучались и работали на фабриках по производству фортепиано, и часто проходили ученичество около 5–7 лет. Ранние настройщики сталкивались с трудностями, связанными с большим разнообразием новых и меняющихся фортепиано и нестандартными высотами тона.
Исторически клавишные инструменты настраивались с использованием только интонации , пифагорейской настройки и средней темперации, что означает, что такие инструменты могли звучать «в унисон» в одной тональности или некоторых тональностях, но затем имели больше диссонанса в других тональностях. [7] Развитие хорошей темперации позволило инструментам с фиксированной высотой тона играть достаточно хорошо во всех тональностях. Знаменитый « Хорошо темперированный клавир » Иоганна Себастьяна Баха воспользовался этим прорывом, написав прелюдии и фуги для всех 24 мажорных и минорных тональностей. [8] Однако, хотя неприятных интервалов (таких как интервал Вольфа ) удалось избежать, размеры интервалов между тональностями все еще не были согласованы, и поэтому каждая тональность все еще имела свой собственный отличительный характер. В 1800-х годах это изменение привело к увеличению использования квазиравной темперации , в которой соотношение частот между каждой парой соседних нот на клавиатуре было почти равным, что позволяло транспонировать музыку между тональностями, не меняя соотношения между нотами. [9]
Фортепиано обычно настраиваются на стандарт высоты тона A440 , который был принят в начале 20-го века в ответ на широко варьирующиеся стандарты. [10] Ранее стандарты высоты тона постепенно росли с примерно A415 в конце 18-го века и начале 19-го века до A435 в конце 19-го века. Хотя A440 является общим стандартом, некоторые оркестры, особенно в Европе, используют более высокий стандарт высоты тона, такой как A442. [11]
Растянутая струна может вибрировать в разных режимах, или гармониках , и когда молоток фортепиано ударяет по струне, он возбуждает несколько гармоник одновременно. Первая гармоника (или основная частота) обычно самая громкая и определяет воспринимаемую высоту звука. [12] Теоретически более высокие гармоники (также называемые обертонами или парциалами) вибрируют с целыми кратными основной частоты. (например, струна с основной частотой 100 Гц будет иметь обертоны на 200 Гц, 300 Гц, 400 Гц и т. д.) В действительности частоты обертонов слегка смещены вверх из-за негармоничности , вызванной жесткостью струн. [13]
Соотношение между двумя высотами, называемое интервалом , представляет собой отношение их абсолютных частот. Проще всего определить и настроить интервалы, в которых частоты нот имеют простое целочисленное отношение (например, октава с отношением 2:1, чистая квинта с отношением 3:2 и т. д.), поскольку гармоники этих интервалов совпадают и бьются, когда они расстроены. (Для чистой квинты 3-я гармоника нижней ноты совпадает со 2-й гармоникой верхней ноты.)
Термин темперация относится к системе настройки, которая позволяет интервалам биться вместо настройки в чистом виде или « только интервалов ». Например, в равномерной темперации квинта будет темперирована путем ее небольшого сужения, достигаемого путем небольшого сглаживания ее верхнего тона или небольшого повышения ее нижнего тона.
Темперирование интервала заставляет его биться. Поскольку фактический тон вибрирующей струны фортепиано — это не просто одна высота тона, а комплекс тонов, организованных в гармонический ряд , две струны, которые близки к простому гармоническому соотношению, такому как чистая квинта, бьются на более высоких высотах (на их совпадающих гармониках), из-за разницы в высоте тона между их совпадающими гармониками. Если эти частоты можно рассчитать, темперацию можно настроить на слух, синхронизируя биения темперированных интервалов.
Обычный метод настройки фортепиано начинается с настройки всех нот в октаве «темперации» в нижнем среднем диапазоне фортепиано, обычно от F3 до F4. Настройщик начинает с использования внешнего эталона, обычно камертона A440 ( или обычно камертона C523.23), чтобы настроить начальную высоту тона, а затем настраивает другие ноты в «темперации», используя темперированные интервальные отношения. Во время настройки обычно оценивают чистые квинты и кварты, большие и малые терции, большие и малые сексты, часто играя интервалы в восходящей или нисходящей последовательности, чтобы услышать, достигнута ли равномерная прогрессия темпов ударов.
Установив 12 нот хроматической гаммы, техник затем воспроизводит темперацию по всему фортепиано, настраивая октавы и сверяясь с другими интервалами, чтобы выровнять каждую ноту с другими, которые уже были настроены.
Также широко используются электронные устройства настройки пианино. Они предназначены для настройки тех же тональных сложностей, с которыми сталкивается слуховой тюнер. Устройства используют сложные алгоритмы для непрерывной проверки гармонического состава каждой струны по мере ее звучания и применяют полученную информацию для определения ее оптимальной высоты в контексте всего инструмента.
В следующей таблице перечислены теоретические частоты биений между нотами в октаве равномерной темперации. Верхняя строка указывает абсолютные частоты высот; обычно только A440 определяется из внешнего источника. Каждое второе число указывает частоту биений между любыми двумя тонами (которые делят строку и столбец с этим числом) в октаве темперации. Более медленные частоты биений можно тщательно синхронизировать с помощью метронома или другого подобного устройства. Для терций в октаве темперации трудно настроить так много ударов в секунду, но после установки темперации и копирования ее на октаву ниже все эти частоты биений присутствуют на половине указанной частоты в этой нижней октаве, что отлично подходит для проверки правильности темперации. Один из самых простых тестов равномерной темперации — сыграть последовательность больших терций, каждая на полтона выше предыдущей. Если равномерность темперации достигнута, частота биений этих терций должна равномерно увеличиваться в области темперации. [14]
Следующая таблица показывает высоту, на которой должно происходить самое сильное биение для полезных интервалов. Как описано выше, например, при настройке чистой квинты биение можно услышать не на одной из основных нот сыгранных клавиш, а на октаву и квинту (чистую двенадцатую) выше самой низкой из двух клавиш, что является самой низкой высотой, на которой их гармонические ряды перекрываются. Как только биение становится слышно, настройщик должен смягчить интервал либо широким, либо узким из настройки, в которой нет биений.
Настройка, описанная выше планом битов, обеспечивает хорошее приближение к равномерной темперации по всему диапазону октавы темперации. Однако, если ее расширить, фактическая настройка инструмента становится все более неточной из-за отклонения реальных частичных тональностей от теоретических гармоник , частичные тона фортепиано немного завышаются по мере достижения все более высоких порядков гармонического ряда . Эта проблема смягчается путем «растягивания» октав по мере настройки выше (и в некоторой степени ниже) области темперации. Когда октавы растягиваются, они не настраиваются на самый низкий совпадающий обертон (второй частичный) ноты ниже, а вместо этого на более высокий обертон (часто 4-й частичный). Это расширяет все интервалы одинаково, тем самым сохраняя интервальную и тональную согласованность.
Вся западная музыка, но западная классическая литература в частности, требует этого отклонения от теоретической равномерной темперации, потому что музыка редко исполняется в пределах одной октавы. Пианист постоянно играет ноты, распределенные по трем и четырем октавам, по крайней мере, поэтому критически важно, чтобы средний и верхний диапазоны высоких частот были растянуты или расширены, чтобы лучше соответствовать негармоническим обертонам нижних регистров. Поскольку растяжение октав воспринимается, а не измеряется, настройщик определяет, какая октава нуждается в большем или меньшем растяжении октавы «на слух». Хорошая настройка требует компромисса между тональной яркостью, точной интонацией и осознанием градации тембра через компас инструмента. Название этой модификации ширины шкалы называется октавой настройщика фортепиано , в отличие от простой октавы 2:1, ожидаемой от (теоретического) гармонического осциллятора .
Степень растяжения, необходимая для достижения желаемого компромисса, является сложным определением, теоретически описываемым как функция масштабирования струны . Масштабирование струны учитывает натяжение струны, ее длину, диаметр, вес на единицу длины и эластичность как основных проводов струны, так и любой перемотки, используемой для изменения веса провода. Перемотки обычно изготавливаются из более плотного, тяжелого, но менее «пружинящего» металла, чем сталь, используемая для сердечника. Несовершенная « пружинистость » в любом месте струнной проволоки заставляет ее парциалы слегка отклоняться от математически чистых гармоник , и ни один реальный материал, используемый для создания музыкальных тонов, не является идеально упругим. Кривая Railsback является результатом измерения основных частот растянутых настроек и построения графика их отклонений от нерастянутой равномерной темперации.
В маленьких фортепиано негармоничность настолько экстремальна, что установление растяжки на основе тройной октавы заставляет отдельные октавы заметно биться, а широкие, быстрые интервалы биений в верхнем дисканте биться дико – особенно большие 17-е (две октавы + большая терция). По необходимости настройщик попытается ограничить растяжку. В больших фортепиано, таких как концертные рояли, меньшая негармоничность позволяет более полно растягивать струны, не оказывая отрицательного влияния на близкие октавы и другие интервалы. Поэтому, хотя может быть правдой, что маленькое фортепиано получает большую растяжку относительно основной высоты тона, только октавы концертного рояля могут быть полностью расширены, так что тройные октавы не будут биться. Это способствует отклику, блеску и «певческому» качеству, которые предлагают концертные рояли.
Преимущество растяжения октав заключается в исправлении диссонанса, который равномерная темперация придает чистой квинте. Без растяжения октавы медленный, почти незаметный биение квинт в области темперации (в диапазоне от чуть более одного удара каждые две секунды до примерно одного в секунду) удваивал бы каждую восходящую октаву. Таким образом, в верхней части клавиатуры теоретически (и в идеале) чистая квинта билась бы более восьми раз в секунду. Современные западные уши легко переносят быстрые биения в неравных интервалах (секунды и септимы, терции и сексты), но не в чистых октавах или квинтах. К счастью для пианистов, растяжение струн, которое компенсирует негармоничность на концертном рояле, также почти точно смягчает накопление диссонанса в чистой квинте.
Другие факторы, физические и психоакустические , влияют на способность настройщика достигать темперации. Среди физических факторов — негармоничные эффекты из-за резонанса деки в басовых струнах, плохо изготовленные струны или особенности, которые могут вызывать «ложные биения» (ложные, потому что они не связаны с манипуляцией биениями во время настройки). Главный психоакустический фактор заключается в том, что человеческое ухо склонно воспринимать высокие ноты как плоские по сравнению с нотами в среднем диапазоне. Растягивание настройки для учета негармоничности струн часто недостаточно для преодоления этого явления, поэтому настройщики фортепиано могут растянуть верхнюю октаву или около того фортепиано еще больше.
Обычные инструменты для настройки пианино включают в себя рычаг настройки или «молоток», различные сурдины и камертон или электронное настроечное устройство . [15] Рычаг настройки используется для поворота и «установки» колков настройки, увеличивая или уменьшая натяжение струны. Сурдины используются для заглушения струн, которые не настраиваются. При настройке октавы темперации в секции темперации (среднюю) пианино обычно помещают войлочную полоску; она вставляется между трихордами каждой ноты, заглушая ее внешние две струны так, что только средняя струна может свободно вибрировать. Сурдина Паппса выполняет ту же функцию в пианино и помещается через механизм пианино, чтобы заглушить либо 2 левые струны (трихорда), либо 2 правые струны аналогичным образом. После того, как все центральные струны настроены (или правые, если используется сурдина Паппса), войлочную полоску можно снять нота за нотой, настраивая внешние струны на центральные струны. Клиновидные сурдины вставляются между двумя струнами, чтобы заглушить их, а сурдину Паппса обычно используют для настройки высоких нот в пианино, поскольку она легче скользит между ножками молоточков.
При акустической настройке камертон используется для настройки первой ноты (обычно A4) фортепиано, а затем настраивается октава темперации между F3 и F4 с использованием различных интервалов и проверок, пока настройщик не удостоверится, что все ноты в октаве настроены правильно. [16] Затем остальная часть фортепиано настраивается по октаве темперации, используя октавы и другие интервалы в качестве проверок.
Если используется электронное настроечное устройство, этап темперации можно пропустить, поскольку настройщик может настраивать ноты непосредственно с помощью настроечного устройства в любом разумном порядке.