Клавиатуры музыкальных инструментов: устройство и история.

Введение

Компонент музыкального инструмента
Клавиатуры на музыкальных инструментах

Музыкальная клавиатура — это набор расположенных рядом нажимаемых рычагов или клавиш на музыкальном инструменте. Клавиатуры обычно содержат клавиши для воспроизведения двенадцати нот западной музыкальной гаммы, с комбинацией больших, длинных клавиш и меньших, коротких клавиш, повторяющихся через интервал октавы. Нажатие клавиши на клавиатуре заставляет инструмент издавать звук — либо механическим ударом по струне или язычку (акустическое и электрическое пианино, клавикорд), щипком струны (клавесин), пропуском воздуха через орган, ударом по колоколу (карильон) или активацией электронной схемы (синтезатор, цифровое пианино, электронная клавиатура). Поскольку наиболее распространенным клавишным инструментом является фортепиано, раскладку клавиатуры часто называют клавиатурой фортепиано или просто клавишами фортепиано.

Описание

Двенадцать нот западной музыкальной шкалы расположены, начиная с самой низкой ноты слева. Более длинные клавиши (для семи "натуральных" нот до мажорной гаммы: до, ре, ми, фа, соль, ля, си) выступают вперед. Поскольку эти клавиши традиционно покрывались слоновой костью, их часто называют белыми нотами или белыми клавишами. Клавиши для остальных пяти нот – которые не входят в состав до мажорной гаммы – (то есть, до-диез/ре-бемоль, ре-диез/ми-бемоль, фа-диез/соль-бемоль, соль-диез/ля-бемоль, ля-диез/си-бемоль) (см. диез и бемоль) приподняты и короче. Поскольку эти клавиши меньше изнашиваются, их часто делают из дерева темных пород и называют черными нотами или черными клавишами. Черные клавиши образуют пентатоническую гамму. Вся эта схема повторяется через интервал октавы. Расположение более длинных клавиш для до мажора с промежуточными, более короткими клавишами для промежуточных полутонов восходит к XV веку. Многие клавишные инструменты, датируемые периодом до XIX века, такие как клавесины и трубные органы, имеют клавиатуру с перевернутыми цветами клавиш: белые ноты сделаны из эбони, а черные ноты покрыты более мягкой белой костью. Несколько электрических и электронных инструментов 1960-х годов и последующих десятилетий также использовали такую схему: электронные органы Vox 1960-х годов, портативные органы FAST от Farfisa, Clavinet L от Hohner, одна версия синтезатора Korg Poly 800 и цифровые клавесины Roland. Некоторые электронные органы 1960-х годов использовали обратные цвета или серые диезы или натуральные ноты для обозначения нижней части (или частей) одной клавиатуры, разделенной на две части, каждая из которых управляла отдельной регистрацией или тембром. Такие клавиатуры позволяют исполнять мелодию и контрастное сопровождение без необходимости во втором мануале и были обычной особенностью испанских и некоторых английских органов эпохи Ренессанса и барокко. Разделение обычно проходило между средней до и до-диез, или за пределами Иберийского полуострова – между си и до. Разделенные клавиатуры вновь появились в 1842 году с изобретением гармониума, разделение происходило на E4/F4. Обратные цветные клавиши на органах Hammond, таких как B3, C3 и A100, представляют собой переключатели-кнопки для выбора предустановленных звуков.

The twelve notes of the Western musical scale are laid out with the lowest note on the left. The longer keys (for the seven "natural" notes of the C major scale: C, D, E, F, G, A, B) jut forward. Because these keys were traditionally covered in ivory they are often called the white notes or white keys. The keys for the remaining five notes—which are not part of the C major scale—(i. e., C/D, D/E, F/G, G/A, A/B) (see Sharp and Flat) are raised and shorter. Because these keys receive less wear, they are often made of black colored wood and called the black notes or black keys. Black keys form a pentatonic scale. The entire pattern repeats at the interval of an octave. The arrangement of longer keys for C major with intervening, shorter keys for the intermediate semitones date to the 15th century. Many keyboard instruments dating from before the nineteenth century, such as harpsichords and pipe organs, have a keyboard with the colours of the keys reversed: the white notes are made of ebony and the black notes are covered with softer white bone. A few electric and electronic instruments from the 1960s and subsequent decades have also done this; Vox's electronic organs of the 1960s, Farfisa's FAST portable organs, Hohner's Clavinet L, one version of the Korg Poly 800 synthesizer and Roland's digital harpsichords. Some 1960s electronic organs used reverse colors or gray sharps or naturals to indicate the lower part (or parts) of a single keyboard divided into two parts, each controlling a different registration or sound. Such keyboards accommodate melody and contrasting accompaniment without the expense of a second manual, and were a regular feature in Spanish and some English organs of the renaissance and baroque eras. The break was between middle C and C sharp, or outside of Iberia between B and C. Broken keyboards reappeared in 1842 with the harmonium, the split occurring at E4/F4. The reverse colored keys on Hammond organs such as the B3, C3 and A100 are latch style radio buttons for selecting pre set sounds.

Размер и исторические изменения

Хроматический диапазон (также называемый охватом) клавишных инструментов имеет тенденцию к увеличению. В XVIII веке клавесины часто охватывали пять октав (>60 клавиш), в то время как большинство фортепиано, выпускаемых с 1870 года, имеют 88 клавиш. Самая низкая нота (частота: 27,5 Гц) 88-клавишного фортепиано эквивалентна субконтрабасу по названию диапазона. Некоторые современные фортепиано имеют еще больше нот (например, Bösendorfer 290 "Imperial" имеет 97 клавиш, а модель Stuart & Sons – 108 клавиш). В то время как современные клавиатуры синтезаторов обычно имеют 61, 76 или 88 клавиш, доступны небольшие MIDI-контроллеры с 25 клавишами (цифровые системы позволяют динамически изменять октавы, высоту тона и "разделять" диапазоны, что в некоторых случаях снижает потребность в выделенных клавишах. Однако клавиатуры меньшего размера обычно ограничивают количество музыкальных произведений, которые можно исполнить). Органы обычно имеют 61 клавишу на мануале, хотя некоторые модели спинет имеют 44 или 49. Педальная клавиатура – это клавиатура с длинными педалями, на которых играют ногами органист. Размер педальных клавиатур варьируется от 12 до 32 нот или 42 на концертном органе, используемом Кэмероном Карпентером. В типичной компоновке клавиатуры чёрные клавиши имеют одинаковую ширину, а белые клавиши – одинаковую ширину и равномерное расстояние в передней части клавиатуры. В больших промежутках между чёрными клавишами ширина натуральных нот до, ре и ми немного отличается от ширины клавиш фа, соль, ля и си. Это позволяет приблизительно равномерно распределить 12 клавиш на октаву, сохраняя при этом однородность семи "натуральных" клавиш на октаву. За последние триста лет расстояние между октавами на исторических клавишных инструментах (органах, виргиналах, клавикордах, клавесинах и фортепиано) варьировалось от… до… Современные фортепианные клавиатуры обычно имеют октавный диапазон…, что приводит к средней ширине чёрных клавиш… и белых клавиш… у основания, не считая пространства между клавишами. В последние годы были выявлены корреляции между пианистами с меньшей шириной кисти рук и травмами рук или рук. Для этих пианистов было предложено несколько стандартов уменьшенного размера. Клавиатура размера 7/8 (октавный диапазон) была разработана канадцем Кристофером Донисоном в 1970-х годах. Этот размер, наряду с размером 15/16 (октавный диапазон) и меньшим размером (130 мм (5,1 дюйма) октавный диапазон), с тех пор были разработаны и продаются компанией Steinbuhler & Company в Пенсильвании. Эти три размера зарегистрированы как DS6.0, DS5.5 и DS5.1. В 2018 году компания была преобразована в некоммерческий фонд DS Standard Foundation. Hailun USA производит фортепиано двух альтернативных размеров DS6.0 и DS5.5 по соглашению с DS Standard Foundation. С 2013 года глобальная сеть пианистов, преподавателей и специалистов в области исполнительского искусства все чаще выступает за отказ от подхода "один размер подходит всем" к производству клавиш для фортепиано крупными компаниями. Эта сеть известна как PASK (Pianists for Alternatively Sized Keyboards). Американская пианистка Ханна Райманн продвигает фортепианные клавиатуры с более узкими октавными диапазонами и имеет патент США на устройство и методы модификации существующих фортепиано для обеспечения взаимозаменяемых клавиатур разных размеров. Более узкие клавиатуры доступны от Steinway & Sons USA в новых роялях или в качестве модернизации существующих роялей. В конструкции клавиатуры были внесены изменения для решения технических и музыкальных задач. Самые ранние конструкции клавиатур в значительной степени основывались на нотах, используемых в григорианском пении (семь диатонических нот плюс си-бемоль), и поэтому часто включали в себя как си, так и си-бемоль в качестве диатонических "белых нот", причем си находилось на самой левой стороне клавиатуры, а си-бемоль – на самой правой. Таким образом, в октаве было восемь "белых клавиш" и только четыре "черных клавиши". Акцент на этих восьми нотах сохранялся в течение нескольких столетий после принятия системы "семь и пять" в форме короткой октавы: восемь вышеупомянутых нот были расположены на самой левой стороне клавиатуры, сжаты между клавишами ми и до (в то время случайные знаки в низком регистре были очень редки и, следовательно, не нужны). В XVI веке, когда инструменты часто настраивались в темперации mean tone, некоторые клавесины были построены с разделенными клавишами соль и ми. Одна часть клавиши соль управляла струной, настроенной на соль, а другая – на ля, аналогично одна часть клавиши ми управляла струной, настроенной на ми, а другая – на ре. Этот тип компоновки клавиатуры, известный как энгармоническая клавиатура, расширил гибкость клавесина, позволяя композиторам писать клавишную музыку, требующую гармоний, содержащих так называемый "волчий квинт" (соль-диез – ми-бемоль), но не вызывая дискомфорта у слушателей (см. Разделенный диез). "Сломанная октава", вариант вышеупомянутой короткой октавы, также использовала разделенные клавиши для добавления диезов, отсутствующих в короткой октаве. Другие примеры вариаций в конструкции клавиатуры включают клавиатуру Янкó и хроматические клавиатурные системы на хроматической пуговичной аккордеоне и бандонеоне.

The chromatic range (also called compass) of keyboard instruments has tended to increase. Harpsichords often extended over five octaves (>60 keys) in the 18th century, while most pianos manufactured since about 1870 have 88 keys. The lowest pitch (frequency: 27.5 Hz) of an 88 key piano is equivalent to a sub contrabass in the range name. Some modern pianos have even more notes (a Bösendorfer 290 "Imperial" has 97 keys, and a Stuart & Sons model has 108 keys). While modern synthesizer keyboards commonly have either 61, 76 or 88 keys, small MIDI controllers are available with 25 keys (digital systems allow shifting octaves, pitch, and "splitting" ranges dynamically, which, in some cases, reduce the need for dedicated keys. However, smaller keyboards will typically limit which musical scores can be played). Organs normally have 61 keys per manual, though some spinet models have 44 or 49. An organ pedalboard is a keyboard with long pedals played by the organist's feet. Pedalboards vary in size from 12 to 32 notes or 42 on a touring organ used by Cameron Carpenter. In a typical keyboard layout, black note keys have uniform width, and white note keys have uniform width and uniform spacing at the front of the keyboard. In the larger gaps between the black keys, the width of the natural notes C, D and E differ slightly from the width of keys F, G, A and B. This allows close to uniform spacing of 12 keys per octave while maintaining uniformity of seven "natural" keys per octave. Over the last three hundred years, the octave span distance found on historical keyboard instruments (organs, virginals, clavichords, harpsichords, and pianos) has ranged from as little as to as much as
Modern piano keyboards ordinarily have an octave span of , resulting in the width of black keys averaging and white keys about at the base, disregarding space between keys. In recent years, there has been evidence of a correlation between pianists with smaller hand spans and hand or arm injuries. Several reduced size standards have been proposed for these pianists. A 7/8 size ( octave span) keyboard was developed by Canadian Christopher Donison in the 1970s. This size, along with the 15/16 size ( octave span) and a smaller size (130 mm (5.1 in) octave span) have since been developed and marketed by Steinbuhler & Company in Pennsylvania. These three sizes are registered as DS6.0, DS5.5 and DS5.1. The company was converted to the non profit DS Standard Foundation in 2018. Hailun USA manufactures pianos in the two alternative DS6.0 and DS5.5 sizes through an agreement with the DS Standard Foundation. Since 2013, a global network of pianists, teachers and performing arts health professionals has been increasingly advocating for change to the 'one size fits all' approach to piano keyboard manufacturing by major companies. This network is known as PASK (Pianists for Alternatively Sized Keyboards). U. S. pianist Hannah Reimann has promoted piano keyboards with narrower octave spans and has a U. S. patent on the apparatus and methods for modifying existing pianos to provide interchangeable keyboards of different sizes. Narrower keyboards are available from Steinway & Sons USA in new grand pianos or as a retrofit to existing pianos. There have been variations in the design of the keyboard to address technical and musical issues. The earliest designs of keyboards were based heavily on the notes used in Gregorian chant (the seven diatonic notes plus B flat) and as such would often include B and B both as diatonic "white notes", with the B at the leftmost side of the keyboard and the B at the rightmost. Thus, an octave would have eight "white keys" and only four "black keys". The emphasis on these eight notes would continue for a few centuries after the "seven and five" system was adopted, in the form of the short octave: the eight aforementioned notes were arranged at the leftmost side of the keyboard, compressed in the keys between E and C (at the time, accidentals that low were very uncommon and thus not needed). During the sixteenth century, when instruments were often tuned in meantone temperament, some harpsichords were constructed with the G and E keys split into two. One portion of the G key operated a string tuned to G and the other operated a string tuned to A, similarly one portion of the E key operated a string tuned to E, the other portion operating a string tuned to D. This type of keyboard layout, known as the enharmonic keyboard, extended the flexibility of the harpsichord, enabling composers to write keyboard music calling for harmonies containing the so called wolf fifth (G sharp to E flat), but without producing aural discomfort in the listeners (see Split sharp). The "broken octave", a variation of the aforementioned short octave, similarly used split keys to add accidentals left out of the short octave. Other examples of variations in keyboard design include the Jankó keyboard and the chromatic keyboard systems on the chromatic button accordion and bandoneón.

Электронные клавиатуры

На более простых электронных клавиатурах под каждой клавишей расположены выключатели. Нажатие клавиши замыкает цепь, что запускает генерацию звука. Большинство клавиатур используют матричную схему, в которой 8 рядов и 8 столбцов проводов пересекаются — таким образом, 16 проводов обеспечивают 8 × 8 = 64 точки пересечения, которые контроллер клавиатуры сканирует для определения нажатой клавиши. Недостаток этой системы заключается в том, что она предоставляет лишь грубый двоичный сигнал включения/выключения для каждой клавиши. Более совершенные электронные клавиатуры используют два набора слегка сдвинутых по времени выключателей для каждой клавиши. Определяя временной интервал между активацией первого и второго выключателей, можно определить силу нажатия клавиши, что значительно улучшает динамику игры на клавиатуре. Лучшие электронные клавиатуры имеют отдельные схемы для каждой клавиши, обеспечивающие полифоническую чувствительность к нажатию после звука. Продвинутые электронные клавиатуры могут предлагать сотни уровней чувствительности к нажатию и иметь 88 клавиш, как и большинство фортепиано.

Техника игры

Несмотря на их визуальное сходство, различные типы клавишных инструментов требуют разных техник. Механизм фортепианного молотка производит более громкую ноту, чем быстрее нажата клавиша, в то время как механизм клавесина не заметно изменяет громкость ноты в зависимости от силы нажатия. Громкость и тембр органа регулируются потоком воздуха из меха и регистров, предварительно выбранных исполнителем. Поэтому исполнители на этих инструментах используют различные техники для придания звуку выразительности. Клавиатура-аккомпанемент может быть запрограммирована на воспроизведение широкого спектра тембров, а также ударных и других аккомпанементов, реагирующих на аккорды, играемые левой рукой. Несмотря на простоту расположения клавиш и лёгкость доступа ко всем нотам, игра на ней требует мастерства. Опытный исполнитель проходит длительное обучение, чтобы играть точно и в темпе. Начинающие редко могут исполнить даже простую пьесу удовлетворительно из-за недостатка техники. Последовательность движений рук исполнителя может быть очень сложной. К трудностям относятся широкие аккорды, которые могут быть сложны для людей с маленькими руками, аккорды, требующие необычного положения рук, которое поначалу может быть неудобным, а также быстрые гаммы, трели и арпеджио. Игра на инструментах с клавиатурой, чувствительной к скорости (или динамической) – то есть реагирующей на изменение силы нажатия – может потребовать независимости пальцев, чтобы одни пальцы играли сильнее, а другие – мягче. Пианисты называют этот контроль силы нажатия «звукоизвлечением» (в отличие от «воисинга» фортепиано, выполняемого настройщиком путем изменения твердости молотков). Клавишники говорят о том, что играют громче или тише, с большей или меньшей силой. Это может точно отражать ощущения исполнителя, но в механике клавиатуры именно скорость нажатия определяет музыкальную динамику. Чем быстрее исполнитель нажимает на клавишу, тем громче звучит нота. Исполнители должны научиться координировать обе руки и использовать их независимо друг от друга. Большая часть музыки написана для двух рук: обычно правая рука исполняет мелодию в высоком регистре, а левая – аккомпанемент из басовых нот и аккордов в низком регистре. Примеры музыки, написанной только для левой руки, включают несколько из 53 этюдов Леопольда Годовского на этюды Шопена, Фортепианный концерт для левой руки Мориса Равеля и Фортепианный концерт № 4 для левой руки Сергея Прокофьева. В музыке, использующей технику контрапункта, обе руки одновременно играют разные мелодии.

Despite their visual similarity, different keyboard instrument types require different techniques. The piano hammer mechanism produces a louder note the faster the key is pressed, while the harpsichord's plectrum mechanism does not perceptibly vary the volume of the note with different touch on the keyboard. The pipe organ's volume and timbre are controlled by the flow of air from the bellows and the stops preselected by the player. Players of these instruments therefore use different techniques to color the sound. An arranger keyboard may be preset to produce any of a range of voices as well as percussion and other accompaniments that respond to chords played by the left hand. Even though the keyboard layout is simple and all notes are easily accessible, playing requires skill. A proficient player has undertaken much training to play accurately and in tempo. Beginners seldom produce a passable rendition of even a simple piece due to lack of technique. The sequences of movements of the player's hands can be very complicated. Problems include wide spanned chords, which can be difficult for people with small hands, chords requiring unusual hand positions that can initially be uncomfortable, and fast scales, trills and arpeggios. Playing instruments with velocity sensitive (or dynamic) keyboards (i. e., that respond to varying playing velocity) may require finger independence, so that some fingers play "harder" while others play more softly. Pianists call this control of touch velocity voicing (not to be confused with a piano technician's "voicing" of a piano by modifying the hardness of the hammers). Keyboardists speak of playing harder and softer, or with more or less force. This may accurately describe the player's experience—but in the mechanics of the keyboard, velocity controls musical dynamics. The faster the player depresses the key, the louder the note. Players must learn to coordinate two hands and use them independently. Most music is written for two hands; typically the right hand plays the melody in the treble range, while the left plays an accompaniment of bass notes and chords in the bass range. Examples of music written for the left hand alone include several of Leopold Godowsky's 53 Studies on Chopin's Etudes, Maurice Ravel's Piano Concerto for the Left Hand and Sergei Prokofiev's Piano Concerto No. 4 for the left hand. In music that uses counterpoint technique, both hands play different melodies at the same time.

Другие применения

Ряд ударных инструментов, таких как ксилофон, маримба, вибрафон или глокеншпиль, имеют звуковысотные элементы, расположенные в виде клавиатуры. Вместо нажатия клавиши исполнитель обычно ударяет по каждому элементу (например, по металлической или деревянной пластине) молоточком. Существуют также примеры использования клавиатурного расположения для не-музыкальных устройств. Например, некоторые из первых печатных телеграфных аппаратов использовали компоновку, аналогичную клавиатуре фортепиано.

Клавиатуры с альтернативными наборами клавиш

Существуют редкие вариации клавиатур с количеством клавиш на октаву, отличным от 12, которые в основном используются в микротональной музыке, после открытий и теоретических разработок музыканта и изобретателя Джулиана Каррильо (1875–1965). Некоторые клавиатуры инструментов с язычковым механизмом, такие как аккордеоны и индийские гармоники, включают микротоны. Пионер электронной музыки Полин Оливерос играла на одном из таких инструментов. Музыканты, исполняющие египетский танец живота, например Хассам Рамзи, используют аккордеоны со специальной настройкой, чтобы играть традиционные лады. Маленький аккордеон Гармон, используемый в музыке Азербайджана, иногда имеет клавиши, позволяющие играть микротоны при нажатии клавиши переключения ("shift").