ピアノの音はなぜこんなに美しいのでしょうか？これら4大楽器とは切っても切れない関係です！

ピアノに関して言えば、ピアノ教室の「拷問」に苦しんできた生徒の多くは恐怖を感じているだろうし、近隣住民も騒音に苦しんでいるだろう。

ピアノの練習をしているとき、ピアノがどのようにしてあの美しい音色を出すのか考えたことがありますか?

ピアノは西洋発祥の鍵盤楽器として、広い音域、大きな音量、美しい音色、豊かな表現力といった特徴を持っています。バッハ、モーツァルト、ベートーベン、シューベルト、リストなど、ほぼすべての有名な近現代西洋音楽家がピアノ専用の音楽を作曲しています。そのため、ピアノは「楽器の王様」として知られています。

では、この栄誉を獲得することを可能にしたその巨大な箱には、どんな秘密が隠されているのでしょうか?

一般的なアップライトピアノと横型ピアノ

画像出典: 電子商取引プラットフォーム

実は、ピアノの音が出る原理は不思議なものではありません。それは私たちの周りのあらゆる物体が発する音、つまり振動と同じ原理です。

想像してみてください。風が強いと旗竿の先端が前後に揺れます。バネは、伸ばされて放された後も前後に伸びたり縮んだりし続けます。ドラムスティックで叩くとドラムのヘッドが上下します...これらの現象はすべて同じ特徴を持っています。つまり、物体はある位置の近くで前後に動きます。この現象は機械的振動（略して振動）と呼ばれます。この知識ポイントは、People's Education Edition の高校物理学選択科目で取り上げられています。

物体によって振動する速度は異なります。たとえば、ハチドリが羽ばたく速度はガチョウのそれよりもかなり速いです。この振動速度は通常、物体が単位時間あたりに振動する回数を表す振動周波数で表され、その単位はヘルツ (Hz) です。

科学者たちは、人間の耳の可聴範囲は20〜20,000 Hzであることを発見しました。物体の振動の周波数がこの範囲に達すると、鼓膜と脳の聴神経でそれを感じることができます。そうして初めて、私たちは物体が音を出すと考えるようになります。

音源の振動が比較的柔らかい場合、私たちはそれを心地よく、耳に心地よいと感じます。音源の振動が激しいと耳障りに感じます。

多くの小動物の聴覚範囲は人間よりもはるかに広く、聴覚が非常に敏感で、人間が感知できない超低周波音や超音波を聞くことができます。

ピアノは非常に精巧な装置で、主に筐体、鍵盤機構、弦、響板、ペダルで構成されており、部品の総数は数千に上ります。

その中でも、鍵盤機構、弦、響板はピアノが心地よい音を出すための三大武器です。

ピアノの主要構造、出典：Sohu

はい、その通りです。ピアノの中にはたくさんの弦が張られており、ピアノの音は本来弦の振動によって生まれます。

しかし、これらの弦は張られた状態にあり、内部に大きな張力が生じています。弦の総重量は15～20トンにもなるため、ギターを弾くときのように指で弦を弾くことはできません。

キーボード機構の機能は、てこの原理を利用して、キーを軽く押すだけで弦を振動させることです。そのため、鍵盤機構は非常に重要な部品であり、ピアノの「心臓部」と呼ばれています。

キーボードの機構とそれに接続された弦、出典：Zhihu

キーボード機構は主に、多数のキーと、それと同じ数のアクションマシンで構成されています。アクションは主にリンケージレバー、ハンマー、ミュートレバーなど多くの部品で構成されています。ハンマーが弦を叩くと弦が振動して音が出ます。

単一アクションの図、出典は透かしを参照

キーを押すと、キーに接続されたアクション内部の一連のレバー機構が動き始め、端にあるハンマーが対応する弦を強く叩き、弦が振動して音が出ます。

キーを押すと、対応する音が鳴り続けます。これは、アクションに特殊なエスケープメント機構が組み込まれているためで、ハンマーは弦を一度叩いた後、弦からすぐに外れ、その後の弦の自由振動に影響を与えません。

キーを放すと、キーが跳ね返り、アクションのダンパーヘッドがすぐに弦に接触し、弦の振動がすぐに止まり、音が出なくなります。このタイムリーな防音装置により、ピアノの音は鮮明でクリアになります。次のアニメーションは、アクションが弦を叩いて音を減衰させるプロセスを示しています。

アクションの作業プロセス、出典: 360doc

ピアノの弦は長さや太さが異なり、奏でる音も独特です。弦が短く細いほど、振動周波数が高くなり、音が鋭くなります。弦が長く太いほど、振動周波数は低くなり、より深い音が出ます。

キーを押す強さによって音色もコントロールできます。これは、圧力によってハンマーが弦に当たる速度を制御でき、それが音色に影響を与えるためです。

優れたピアニストは、一般的に鍵盤の機械システムの構造と基本原理を習得しており、調律時にアクションを微調整して、ピアノの最高の響き効果を得ることができます。

しかし、公演では弦楽器の音量だけではとても足りません。この目的のために、ピアノ内部には共鳴の原理を利用して弦の音を増幅する特殊な響板が取り付けられています。

共鳴は、物体の固有振動数に関連する物理的な概念です。高校の物理の教科書には、物体が自由振動しているときの振動数を固有振動数と呼ぶことが書かれています。この特性は外部要因とは関係なく、オブジェクト自体の特性にのみ関連します。

つまり、すべての物体は独自の振動リズムを持っています。物体に加えられる外力のリズムが物体自身の振動のリズムと同じである場合、物体は非常に顕著な振動を経験します。

共鳴は私たちの生活の中で非常に一般的です。道端の建物のガラスは車が通るたびに優しく揺れ、ほら貝は波の音のような轟音を発し、トランペットやフルートは静かに吹くと大きな音を出すことができます。これらはすべて共鳴現象です。

ピアノの響板は、均一な質感、わずかな湾曲、優れた弾力性を備えた非常に薄い木片で作られています。ピアノの弦が振動すると、その隣にある響板も共鳴により同期して振動します。響板は弦よりも表面積が大きく、振動の振幅もはるかに大きいため、弦から発せられる音を周囲の空気に均等に広げ、音を増幅することができます。

ピアノの音色の良さが響板の音響増幅性能と密接に関係していることは容易に理解できます。研究により、響板の音響性能は、その形状、厚さ、乾燥度だけでなく、木材の密度、繊維の長さ、繊維の配向、木材細胞の微細構造など、他の多くの要因にも関係していることがわかっています。

現在、国内外の高級ピアノメーカーは、より高いピアノ音質を得るために、トウヒ材やウロコ松材を使用して無垢材の響板を製造しています。

サウンドボードの製作中。出典：Sohu

ピアノには通常、左、中央、右の 3 つのペダルが付いています。ピアノの音の効果にも影響を与えることができ、ゲームのプラグインに似ています。

左ペダルを踏むとピアノの音を 3 分の 1 弱めることができ、これをソフトペダルと呼びます。右ペダルを踏むと、鍵盤を離してもピアノの音がすぐに止まらなくなり、これをサスティンペダルと呼びます。中央ペダルはピアノによって機能が異なります。たとえば、ピアノの音量を大幅に下げて練習しやすくするものもあれば、他のものは、特定のキーの音にサステイン効果を与えることができます。

ピアノペダル

ペダルを柔軟に使用することで、ピアノ演奏に最後の仕上げを加えることができます。 「ピアノの詩人」ショパンは卓越したペダル技術で有名で、多くの美しいメロディーを生み出しました。

ピアノの音を出す原理は神秘的なものではないことが分かりました。キーボードはピアノの「指」であり、弦を弾くために使用されます。弦はピアノの「声」であり、振動して音を出すために使用されます。響板はピアノの「スピーカー」であり、ピアノの音を高品質で伝えるために使用されます。

もちろん、美しい音楽を演奏したいなら、創造的な「脳」も必要です。持っていますか？

参考文献:

1. 高等学校物理選択科目1、義務教育教科書、人民教育出版社、2007年。

2. Zhang Zhihe、Liu Jinshou、Wang Yanliang 他。ピアノ学習・使用ガイド[M]。瀋陽：遼寧省教育出版社、1994年2月。

終わり

著者: Liuhuo、エンジニア、203兵器工業研究所

編集者: グル