소리의 과학 1 — 피아노 · 5장 피아노의 역사 · 직접 들어 보기

하프시코드에서 피아노까지

피아노는 약 300년 전 이탈리아 피렌체에서 태어났습니다. 그 전의 건반악기와 무엇이 달랐고, 그 뒤로 무엇이 바뀌어 오늘의 소리가 되었을까요? 우리 모델로 계산한 소리로 들어 보세요.

① 뜯는 악기와 치는 악기

하프시코드는 건반을 누르면 '잭'이라는 막대가 올라가고, 끝에 달린 작은 갈고리가 현을 걸어 당겼다가 놓습니다. 현이 얼마나 당겨질지는 갈고리가 정하니, 건반을 빨리 눌러도 천천히 눌러도 소리 크기가 거의 같습니다. 1700년 무렵 피렌체의 크리스토포리는 갈고리 대신 해머로 현을 치게 만들었습니다. 해머는 빨리 칠수록 세게 때리니, 여리게도 세게도 칠 수 있습니다. 당시 목록에 적힌 이름도 "여리게도 세게도 소리 내는 새 발명 건반악기"였고, 피아노라는 이름이 여기서 나왔습니다.

뜯기 치기
하프시코드는 갈고리가 현을 뜯고, 피아노는 해머가 현을 칩니다(원리 그림)
소리 크기 · 회색 = 앞에 들은 소리 · 뜯기 두 선은 완전히 겹친다 = 누르는 빠르기와 상관없이 같은 크기 · 치기 두 선은 12.6 dB 벌어진다 · 두 악기 사이 크기는 맞춤
② 쇠 틀이 바꾼 것 — 더 세게 당긴 현

현을 세게 당길수록 그 힘을 버틸 틀이 필요합니다. 나무 틀 시대의 피아노는 현을 약하게 당겼고, 같은 음을 내려면 현이 가늘고 가벼워야 했습니다. 1825년 무렵 미국에서 쇠를 부어 만든 틀이 나오면서, 피아노 전체의 현이 당기는 힘이 크게 늘었습니다. 같은 해머로 쳐도 세게 당긴 무거운 현은 훨씬 큰 소리를 냅니다. 가벼운 현은 작고 더 밝은 소리입니다. 크리스토포리의 피아노도 "현이 가늘고 해머가 단단해 하프시코드에 가까운 소리"라고 박물관은 설명합니다.

현 굵기는 실제 비율로 키워 그림 · 화살표 길이 = 당기는 힘
배음 1~10배의 세기(계산한 소리에서 잼) · 가벼운 현은 높은 배음(8~10배)이 지금 현보다 2~15 dB 커서 더 밝다(1133 대 698 Hz)
소리 크기(같은 해머, 초속 2 m) · 회색 = 앞에 들은 소리
③ 건반은 54개에서 88개로

크리스토포리의 1720년 피아노는 건반이 54개, 모차르트 시대 빈의 피아노는 61~63개였습니다. 음역은 19세기 동안 계속 넓어져, 19세기 말에 지금의 88개가 자리 잡았습니다. 아래 건반 세 줄은 같은 음을 같은 자리에 맞춰 그렸습니다.

초록 = 그 악기에 있는 건반 · 세로 선 = 가운데 도
④ 연표
계산에 쓴 값 — 옛 악기 값은 특정 악기의 실측이 아니라 가정입니다(실측표는 유료 문헌에만 있음). 모두 가운데 도(1초에 262번)가 정확히 나오도록 굵기·길이에서 당기는 힘을 계산했습니다.
현길이굵기(철)당기는 힘한 음 현 수
하프시코드식(가정)0.65 m0.37 mm98 N1 · 길이의 15% 지점을 1 mm 뜯음(가정)
나무 틀 시대(가정)0.56 m0.53 mm150 N2
지금(스타인웨이 D 설계표)0.66 m1.01 mm741 N3
측정(계산한 소리에서 잼)크기(첫 0.5초)밝기(첫 0.5초)
뜯기: 천천히 / 빠르게같음(차이 0.0 dB)1565 Hz / 1565 Hz
치기: 여리게 / 세게(3장)차이 12.6 dB—
나무 틀 시대의 현 / 지금의 현지금 현이 15.3 dB 큼1133 Hz / 698 Hz

우리 모델에서 뜯는 깊이는 건반 빠르기와 완전히 무관하게 두었습니다. 실제 하프시코드는 아주 조금 달라집니다 — 시뮬레이션 연구에서 보통 연주 빠르기 안의 진폭 차이는 10% 이내였습니다(Perng & Smith 2011). 가벼운 현은 이 계산에서 오히려 천천히 줄어들었습니다(2초 뒤 −14 dB, 지금 현 −26 dB). 그래서 "옛 피아노 소리가 빨리 사라졌다"는 말은 이 페이지에서 하지 않습니다. 틀·향판·해머까지 옛것으로 바꾸는 계산은 아직 하지 않았습니다.

출처: 메트로폴리탄 미술관 에세이(Powers 2003) · 메디치 목록 문구 "che fa il piano e il forte"(Schwarz) · 발터 건반(Birkett & Jurgenson) · 에라르(호니먼 박물관) · 배브콕(PTG 재단) · 스타인웨이(US 26,532) · 하프시코드 터치(Perng & Smith 2011) · 88건반 시기는 2차 자료뿐이라 "19세기 말"로만 적음. 조사 기록: docs/content/research-ep5-history.md