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Klavier- und Flügelmechanik im Detail

Um die Technik eines Klaviers oder Flügels besser zu verstehen ist es sinnvoll sich ein kleines bisschen mit dem geschichtlichen, musikalischen und physikalischen Hintergrund dieser Instrumente zu beschäftigen.


Es war immer der Wunsch der Musiker und Komponisten ein Instrument zu haben, mit dem in allen Tonlagen polyphon und dynamisch musiziert werden konnte. Dies war und ist nur mit sehr wenigen Instrumenten möglich. Die meisten Instrumente können nur in bestimmten Tonlagen spielen und sind nicht oder nur eingeschränkt polyphon. Hinzu kommt, dass den meisten Instrumenten nur mit viel "handwerklichem" Geschick schöne Töne entlockt werden können (denken Sie mal an die erste Geigenstunde...).


Ein wesentlicher Grund für diese Problematik liegt in den verschieden Tonlagen und ihrem Verhältnis zueinander. Daraus ergibt sich, dass man mit einfachen Mitteln nur Instrumente bauen kann, die nur eine eingeschränkte Menge von Tönen erzeugen können (z.B. Blockflöte) oder Instrumente denen man zwar jeden Ton entlocken kann - dies aber nur mit entsprechenden Fähigkeiten (z.B. Geige).


Mit dem Fortschreiten der technischen Möglichkeiten und der Industrialisierung war es den Instrumentenbauern auch zunehmend möglich, den Anforderungen der Musiker und Komponisten nachzukommen. Für den Klavierbau bedeutete dies:


  • Mehrstimmiges Musizieren bedeutet viele einzelne Töne und Tasten, die gleichzeitig gespielt werden können.
  • Dies wiederum bedeutet auch viele Saiten und ein aufwändiges Spielwerk (Stichwort: Repetition - Ein Ton muss so schnell wie möglich nach einem Anschlag erneut angeschlagen werden können)
  • Viele Saiten bedeuten auch viel Saitenspannung. Dies stellt besondere Anforderungen an die Stabilität.
  • Das Musizieren in allen Tonlagen erfordert einen Kompromiss an die Stimmung der einzelnen Töne. Diese kann aus musikalischen und physikalischen Gründen nicht rein sein. Klaviere und Flügel werden "Wohltemperiert".
  • Daraus ergab sich vor über 100 Jahren die Konstruktion nach der auch heute noch die Klaviere ohne wesentliche Änderungen gebaut werden.

Der Klangkörper

Auf einen stabilen Holzrahmen (dieser hält die Biegekräfte) wird der freischwingende Resonanzboden und der Stimmstock gelagert. Darauf wird ein gusseiserner Rahmen verschraubt. Diese sogenannte Platte hält die direkten Saitenzugkräfte (Gusseisen ist extrem druckfest). Das untere Ende der Saiten wird an der Gussplatte befestigt. Das obere Ende wird am Stimmwirbel befestigt, der wiederum fest im Stimmstock verankert ist. Die Saiten sind über einen Steg mit dem Resonanzboden verbunden. Die Schwingungen der Saiten werden so auf den Resonanzboden übertragen und von diesem verstärkt und hörbar gemacht.


Die Saiten werden durch den Anschlag mit einem Filzhammer in Schwingungen versetzt. Dies erfolgt durch das Herunterdrücken der Taste.


Die Mechanik (das Spielwerk)

Die Mechanik besteht im wesentlichen aus vier verschiedenen Komponenten. Das ist die Tastatur, das Hebelwerk, die Hammerköpfe und die Dämpfung. Über die Tastatur wird die Kraft aus den Fingern in einem Verhältnis von 1:5 über das Hebelwerk auf den Hammer übertragen und dieser gegen die Saite geschleudert. Dabei durchläuft die Bewegung innerhalb der Tastenmechanik verschiedene Stationen. Auf der ersten Hälfte der Strecke wird der Hammerkopf "nur" in Bewegung gesetzt und beschleunigt. Auf halber Strecke hebt der Dämpfer von der Saite ab und gibt diese frei zum Schwingen (der sogenannte Halbgang). Kurz bevor der Hammer die Saite trifft verliert der Hammerkopf den Kontakt zum Hebelwerk und wird gegen die Saite geschleudert. Nach dem Anschlag prallt der Hammer von der Saite ab und wird vom Fänger mit einem kleinen Abstand zur Saite aufgefangen (sonst könnte sie nicht frei Schwingen). Die Tastenabwärtsbewegung wird gestoppt. Der Ton klingt so lange, wie die Taste gedrückt wird. Lässt man sie nun wieder los, können die Hebel des Spielwerks wieder unter den Hammerkopf rutschen und alle Teile bewegen sich zurück in ihre Ausgangsposition. Ist die Taste wieder halb aufgestiegen wird die Saite vom Dämpfer wieder abgedämpft. Noch bevor die Taste wieder oben angekommen ist, kann der Anschlag erneut erfolgen (die Repetition). Die Festigkeit des Anschlags wirkt sich auf den Klang aus (die Dynamik). Optimal wird durch einen leichten und zarten Anschlag ein leiser warmer Ton erzeugt. Je kräftiger angeschlagen wird umso lauter und direkter wird der Ton. Daher auch der Name Pianoforte (leise und laut).


Das Gehäuse

Bei Klavieren wird das Gehäuse um die Grundkonstruktion "herum gebaut". Das Gehäuse oder auch die Oberflächenart (Farbe, Furnier etc.) haben hier keinen nennenswerten Einfluss auf die Klangeigenschaften. Man unterscheidet zwischen der traditionellen und der modernen Klavierform. Bei Flügeln gibt es verschiedene Konstruktionsmethoden, bei denen das Gehäuse sowohl ein Teil der Gesamtkonstruktion sein kann, als auch (wie bei Klavieren) um die Grundkonstruktion herum gebaut wird.


Die Töne

Die verschiedenen Tonhöhen entstehen nicht durch unterschiedliche Spannungen sondern durch verschiedene Saitenlängen- und Durchmesser. Dies ist erforderlich um die gesamte Konstruktion zu stabilisieren. Unterschiedliche Saitenzugkräfte würden zu einer unterschiedlichen Belastung des Rahmens führen. Als Saitenmaterial wird hochwertigster Stahl verwendet, der optimal mit 75kg Zugkraft pro Saite gespannt wird. Der Klavierbauer berechnet nun genau, wie dick und lang die einzelnen Saiten sein müssen um in der gewünschten Tonhöhe zu schwingen. Daraus ergibt sich, dass die Saite des höchsten Tons nicht einmal 1mm Durchmesser hat und nur wenige Zentimeter lang ist. Je tiefer die Töne werden, desto größer wird der Durchmesser der Saiten in hunderstel Millimeterschritten und die Saitenlänge länger. Rechnerisch erreicht der tiefste Ton eine Länge von über 6m. Dies ist natürlich nicht konstruierbar. Daher werden im Bass die Stahlsaiten verkürzt und mit Kupfer umsponnen. Durch diesen Trick wird die Masse der Saite so manipuliert, dass die richtige Schwingungszahl entsteht. Grundsätzlich gilt: Je dünner eine Saite, um so gleichmäßiger (schöner) kann sie schwingen. Deshalb klingen im allgemeinen hohe Klaviere und lange Flügel besser. Allerdings muss man hierbei bedenken, dass ein guter Hersteller unter Verwendung von gutem Material, einer optimalen Konstruktion und Verarbeitung aus "kleinen" Instrumenten einen sehr viel besseren Klang herausholen kann als ein unerfahrener oder schlechter Hersteller aus großen Konstruktionen!


Der Klang

Der Klang wird durch zwei wesentliche Faktoren bestimmt. Die Konstruktion mit den verwendeten Materialien und der Qualität des Hammerkopffilzes.

Neben der oben beschriebenen Saitenberechnung ist die Qualität der Stegkonstruktion und die Präzision in der Verarbeitung des Materials für die "schönen Töne" verantwortlich. Die Auswahl und die Zusammensetzung des Holzes des Resonanzboden ist ebenfalls von größter Bedeutung. Nur ausgewähltes Fichtenholz, dass unter bestimmten Faktoren gewachsen sein muss, ist als Tonholz geeignet. So ist es von Bedeutung, dass das Holz in einer Höhe von ca. 800m bis 1200m gewachsen ist. Auch ob der Baum in Hanglage oder auf einem Plateau gestanden hat und die Witterungseinflüsse, denen er ausgesetzt war, wirken sich auf die Qualität des Klanges aus. Die Dichte der Jahresringe und die Stärke des Resonanzboden muss auf die verschiedenen Tonbereiche (hoch=Diskant, mittig=Mittellage, tief=Bass) abgestimmt sein.


Die Klangfarbe wiederum wird durch die Festigkeit des Hammerkopffilzes bestimmt. Der Hammerkopf besteht aus einem Holzkern und ist mit Filz bespannt. Am Scheitelpunkt entsteht durch die Verdichtung des Filzes eine hohe Festigkeit. Je fester der Filz hier ist umso härter klingt der Ton. Der Klavierbauer kann die Spannung des Filzes und somit die Klangfarbe verändern - das sogenannte Intonieren.


Mehr über Stimmungen, Regulieren der Mechanik und der Intonation erfahren Sie unter Leistungen und Services.


Die Pedale

Die Pedale unterstützen die Grundeigenschaften laut und leise (Pianoforte) von Klavieren und Flügeln. Dabei ist das rechte Pedal, das sogenannte Forte-Pedal. Hiermit werden alle Dämpfer von den Saiten gehoben und die gespielten Töne werden lauter und kräftiger im Ton. Mit dem linken, dem Leise-Pedal, wird die Lautstärke des Tons reduziert. Bei Flügeln verschiebt sich dabei die gesamte Tastatur mit Mechanik. Der Hammerkopf trifft danach statt auf 3 nur noch auf 2 Saiten. Der Ton wird tatsächlich um ein Drittel leiser. Diese Lösung ist bei Klavieren technisch nicht möglich. Daher wird bei Klavieren die Anschlagsstrecke verkürzt. Durch den geringeren Schwung wird der Ton ebenfalls etwas leiser.


Viele Instrumente sind zusätzlich mit einem dritten Pedal ausgestattet. Dies kann mit verschiedenen Funktionen belegt sein. Bei Klavieren ist das in der Regel die Moderator Funktion (eine Filzleiste wird vor die Saiten geklappt, der Ton wird deutlich leiser. Ideal zum Üben). Bei Flügeln aktiviert das mittlere Pedal oft das Tonhaltepedal (Sostenuto Funktion). Hierbei werden nur die Dämpfer der Töne oben gehalten, die gerade gespielt worden sind. Bei Silent-Pianos wird über das mittlere Pedal die Silent-Funktion aktiviert.


Grundsätzliche Unterschiede zwischen Klavieren und Flügeln

Im wesentlichen unterscheiden sich Klaviere und Flügel nur in der Ausrichtung der Saitenlagen. Dies wirkt sich auf die verschiedenen Konstruktionsmerkmale aus. Durch die horizontale Ausrichtung der Saiten muss auch die Abwärtsbewegung der Taste nicht in die Vertikale übertragen werden. Das Spiel erfolgt gegen die Schwerkraft und ist somit sehr gleichmäßig und differenzierbar. Auch kann ein Flügel durch die besondere Form kompromissloser konstruiert werden. Dies führt zu einem ausgewogenerem Klangverhältnis zwischen den einzelnen Tonlagen.

Disklavier



Querschnitt Klaviermechanik



Querschnitt Klaviermechanik



Modernes Gehäuse / Traditionelles Gehäuse





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