ピアノの仕組み：ハンマー、弦、響板、ペダル

ピアノの鍵盤を押すと、約20個の機械部品の連鎖が動き出し、フェルトハンマーが弦を打ち、弦が振動を始める前に跳ね返ることで終わる。聴こえる音、その減衰の仕方、ペダルによる変化——すべてはこの一つの機械的な出来事から生まれる。

鍵盤から弦へ：アクション

ピアノのアクションは、鍵盤と弦の間にあるてこ機構です。鍵盤の前端を押すと、後端が上がり、ウィッペン（wippen）と呼ばれる部品を押し上げます。ウィッペンにはジャック（jack）（またはエスケープメントジャック）と呼ばれる小さな回転レバーが付いています。ウィッペンが上がると、ジャックがハンマーローラーを上方に押し上げ、ハンマーを弦に向けて打ち出します。

鍵盤から弦へのアクション連鎖。前端から鍵盤を押すとウィッペンが上がり、ウィッペン上のジャックがハンマーローラーを押し、ハンマーを弦に向けて打ち出す。ダンパーは鍵盤が持ち上げるまで弦の上に乗っている。

ハンマーが弦に到達する直前、ジャックのつま先が小さなレギュレーティング（レットオフ）ボタンに当たり、ジャックがハンマーローラーの下から外れるように回転する。ハンマーはこの時点でフリーフライト状態——もはや何にも接続されていない。ハンマーは弦を打ちただちに跳ね返り、弦は自由に振動し、ハンマーが乗ったままにならず音が消えない。この回転と解放がエスケープメント（逃げ機構）であり、ピアノの根本的な機構です。これがなければ、ハンマーは弦に当たったままになり、音を殺してしまいます。

エスケープメントにより、鍵盤が半分押さえられた状態でもジャックがリセットできるため、素早い音の繰り返しも可能になります。現代の繰り返し機構（Érard 1821年特許）は繰り返しレバーを加え、ハンマーが途中まで戻ったところで受け止めることで、鍵盤を完全に戻さずともジャックが再び噛み合えるようにしています。

ハンマー

ピアノのハンマーは、木製の芯に圧縮フェルトを張ったものです。フェルトは外側の層ほど内側より密度が高く、打撃時に少し圧縮できるため、弱奏時には暖かみのある音色を、強打時には明るく硬い音色を生み出します。時間が経つと弦との接触部にくぼみができるので、技術者が定期的に針で刺したり成形し直したりして音色を回復させます。

最低音域のハンマーは最高音域のものの2倍以上の大きさになることもあります。低音の弦は太く、効率よく振動するためにより多くのエネルギーが必要だからです。

ハンマーが打撃する際の速度——鍵盤をどれだけ速く、強く押すかによって決まる——が音量を、ある程度は音色をも制御します。ゆっくり動くハンマーはフェルトを穏やかに圧縮し、柔らかく丸みのある音を出し、速く動くハンマーはより大きく圧縮して、より大きく明るい音を出します。だからこそピアノの正式名称は pianoforte（イタリア語：「弱音—強音」）です。チェンバロが触鍵の強さにかかわらず一定の力で弦を弾くのとは異なり、ピアノは演奏者の物理的な圧力に応答します。弦に接触した瞬間のハンマーの速度が、この楽器の主要な表現変数です。

ダンパー

ハンマーの上方、ほとんどの弦の上にダンパーの列があります——フェルトパッドの付いた小さなブロックが弦に押し当てられています。鍵盤を押すと、ウィッペン機構がその音のダンパーも持ち上げ、弦が自由に振動できるようにします。鍵盤を離すとダンパーが落ちて音が止まります。

弦の上に乗ったダンパー（鍵盤上）と持ち上がったダンパー（鍵盤押下時）。フェルトパッドは鍵盤を押すまで弦を消音する。鍵盤を押し続ける間、ダンパーは持ち上がったままで弦は自由に振動する。鍵盤を離すとダンパーが弦に戻り、音が止まる。

ピアノの最高音域付近の約18音にはダンパーがありません。これらの短い弦はそれ自体でエネルギーをすぐに失うため、ダンパーを必要としないからです。これが、ペダルなしでも最高音域の音が少しの間響き続ける理由です。その下の全音域——最後の1オクターブ半を除くピアノのほぼ全体——は離鍵時にダンパーで消音されます。

弦：音高・長さ・張力・質量

張られた弦は、長さ・張力・単位長さあたりの質量（おおまかに言えば太さ）の3つの量によって決まる周波数で振動します。この関係はメルセンヌの法則で表されます。

弦の長さ、張力、単位長さあたりの質量が音高をどう決めるか。短い弦は速く振動する（音高が高い）；単位長さあたりの質量が少ないほど振動が速い；張力が大きいほど音高が上がる。ピアノ製造者は音域全体でこの3つを調整する。

• 短い弦は速く振動する→高い音高。
• 細い弦（単位長さあたりの質量が少ない）は速く振動する→高い音高。
• 高い張力はより速い振動を起こす→高い音高。

ピアノの弦は非常に高い張力で張られており——現代のコンサートグランドには約220本の弦があり、合計でおよそ20トンの引張力がかかります——そのため楽器には弦を保持するための非常に頑丈なフレームが必要です。そのフレームが鋳鉄製プレート（ハープまたはフレームとも呼ばれる）で、木製ケースにボルトで固定されており、ほぼすべての弦の張力を受け持ちます。プレートは通常金色に塗装されており、蓋を開けたときに最も目立つ内部部品です。19世紀中頃に完全鋳鉄製プレートが開発される前、ピアノのフレームは鉄棒で補強した木材でできており、現代のコンサート楽器に求められる力量とサスティンを得るのに十分な張力を保持できませんでした。スタインウェイなどが1850〜60年代に完成させた全鉄フレームが、現代のコンサートグランドピアノを可能にしました。

蓋を開けて上から見たグランドピアノの鋳鉄製プレート（ハープ）。チューニングピンが弦の上端を保持し、弦はプレートを渡ってブリッジを越え、遠端のヒッチピンまで延びる。プレートはほぼすべての張力を受け持ち、木製ケースが自由に共鳴できるようにしている。

低音弦：単弦と巻弦

低音域では、必要な低い周波数で振動するために単弦では実用的でない長さが必要になります。そこで弦は銅巻きになっています——細い鋼芯線に銅螺旋が巻かれ、弦を長くすることなく単位長さあたりの質量を増やします。低音弦は常に単弦——1音あたり1本——で、高音弦より明らかに太く長いです。

普通の高音弦（左）と銅巻き低音弦（右）の断面。銅巻きが単位長さあたりの質量を劇的に増やすことで、低音の音符が、鋼を不可能なほど太くすることなく楽器の物理的な長さの中に収まるようにしている。

高音弦：複弦と三弦

中高音域では1音符あたり複数の弦を使います。中音域の音符のほとんどは同じ音高に調律された2本の弦（複弦）を使い、鍵盤の上3分の2では通常3本の弦（三弦）を使います。複数の弦には2つの目的があります——音量を増やすこと（音を放射する弦の表面積が増える）と音符を長く持続させること（弦がエネルギーを分かち合い、単弦より各弦がゆっくりエネルギーを失う）。

音域全体での弦のグループ分け。低音音符は銅巻きの単弦を使う。中音音符はユニゾンの複弦を使う。高音音符はユニゾンの三弦を使う。1音符の弦はすべて完全に同じ音高に調律され、1本のハンマーで同時に打たれる。

1音符のすべての弦は同じ音高に調律され、幅がすべての弦に同時に触れるサイズの1本のハンマーで同時に打たれます。

響板とブリッジ

弦だけが振動しても音はほとんど聞こえません——細い直径では空気をほとんど動かせないからです。振動のエネルギーはブリッジ（響板の上面に接着されたハードメープルの細長い板）を通じて響板に伝達されます。

響板は、柾目取りのスプルースを使った大きな軽くアーチ型の板で、通常厚さ8〜10mmです。スプルースは優れた剛性対重量比で選ばれています——ブリッジの駆動力に対して容易に動き、変形に対しては十分な剛性を持っています。大きな表面積があるため、響板は弦だけよりはるかに多くの空気を動かし、音を劇的に増幅します。

振動の経路。弦が振動し、ブリッジを通じてスプルース響板にエネルギーを伝達する。響板の大きな表面積が空気を効率よく動かし、聴こえる音を生み出す。

響板はまた音色を形成します。響板の各周波数における特定の共鳴が、特定の楽器の特徴的な音色に貢献するためです。同じモデルの、同じ工場で製造された2台のコンサートグランドが、感知できるほど異なる音がすることがあるのはこのためです。響板の軽いアーチ——クラウンと呼ばれる——は、製造時に圧力をかけながら板を曲げて接着することで作られます。数十年かけて、木材が緩むにつれクラウンが平らになり、老いた楽器が徐々に音色を変えていく一因となります。響板の裏面に接着されたリブが、クラウンの分布と振動が板の幅全体にどう広がるかを制御します。

調律：平均律

現代のピアノは平均律に調律されています——オクターブが12の等しい半音に分割され、各半音が正確に 2^(1/12) ≈ 1.0595 の周波数比を持ちます。これは、オクターブを除くすべての音程がわずかな妥協であることを意味します——平均律の完全5度は純粋な3:2の比より約2セント狭い——しかし利点は、音楽が自由に調を転換し始めた際に不可欠だった、どの調でも同様に調和して聞こえることです。倍音列は、純粋な音程がなぜより単純な周波数比であるか、また平均律がそれらをなぜ近似するが正確に再現しないかを説明します。

ピアノの調律は、チューニングピンで調律ハンマーを使って各弦の張力を調整することで行います。高音弦は極度の張力で張られているため、弦の剛性が上方倍音をわずかに高くする非調和性（inharmonicity）によって、実際の振動周波数が平均律の値より少し上がります。熟練の調律師はオクターブをわずかに引き伸ばすことで補正します——楽器の上部を純粋な音より少し高く調律し、低音部を少し低く調律することで、低音弦の倍音が高音弦の基音と一致するようにします。

ピアノ調律でのオクターブストレッチ。完璧な平均律の調律（直線）では、低音弦の高次倍音と高音弦の基音が互いに唸りを生じます。非調和性が倍音を鋭くするからです。調律師は低音を純粋な値より少し低く、高音を少し高く調律することで補正します——楽器自身の非調和性に沿った曲線です。

グランドとアップライト：ハンマーを戻す2つの方法

グランドピアノでは、ハンマーは弦の上方のレールから水平に吊り下がっています（弦は水平に、演奏者から遠ざかる方向に延びています）。ハンマーが打撃した後、重力がそれを休止位置に引き戻します。これは速く確実で、繰り返し機構が滑らかに働くことを可能にします。

グランドアクション（左）：ハンマーは上方または前方に打つ；重力が復帰させる。アップライトアクション（右）：ハンマーは水平に打つ；復帰スプリングが引き戻す。グランドの重力復帰はより速く、繰り返しレバーが高速でも効率よく働くことを可能にする。

アップライトピアノでは、弦は垂直に走り、ハンマーは水平に打撃します。重力は水平に動くハンマーを復帰させることができません。代わりに復帰スプリング（ブライドルテープとスプリング組立品とも呼ばれる）が打撃後にハンマーを引き戻します。スプリング復帰は確実ですが本質的に重力より遅いため、アップライトアクションは良質なグランドアクションほど素早く音を繰り返せません。家庭での練習のほとんどではこれは実際的な違いを生みませんが、速い繰り返し音（ラヴェルの*Alborada del gracioso*の繰り返し音など）はグランドの方がコントロールしやすいです。

3つのペダル

現代のグランドピアノには3つのペダルがあります。アップライトは2つか3つのことがありますが、中央ペダルの機能はしばしば異なります。

グランドピアノの3つのペダル。右：サスティンペダル、全ダンパーを上げる。中央：sostenuto、押した時に押さえていた音符だけを持続させる。左：ソフトペダル（una corda）、アクションを横方向にシフトさせる。

サスティンペダル（右）

サスティンペダル（ダンパーペダルまたはラウドペダルとも呼ばれる）は一度にすべてのダンパーを持ち上げます。踏んでいる間、弾いたすべての音符が離鍵後も鳴り続け、ピアノ全体のダンパーのない弦が弾かれている音符と共鳴できます。この共鳴——ダンパーのない弦が打たれた音符と共有するエネルギーに応じて振動する——が、サスティンペダルが音に加える特徴的な広がりと暖かみの源です。サスティンペダルのテクニック、タイミング、記譜法についてはTissimoブログの別のガイドで扱っています。

ソフトペダル（左）：グランドのuna corda

グランドピアノでは、左ペダルがuna cordaペダルです。踏むとアクション全体が数ミリ右にシフトし、高音域では各ハンマー（三弦すべてに当たる幅に設定されている）が3本のうち2本だけを打つようになります。ハンマーはまた、中央の打鍵部より溝が少なく柔らかいフェルトの部分に当たり、音量だけでなく音色も変えます。複合的な効果は、ペダルなしで単純に弱く弾くのとは質的に異なる、より静かでわずかにベールをかけた音色です。

una corda（イタリア語：「一弦」）という用語は初期のフォルテピアノに由来し、一部はハンマーが1本だけ打つほど十分にシフトしました。現代のグランドでは、音域の大半で三弦を使うため、シフトは高音域で通常1弦接触ではなくdue corde（「二弦」）効果を生み出します。しかしペダルの名称は残っています。

グランドピアノのuna cordaペダルがアクションを横方向にシフトさせ、各ハンマーが1本少ない弦に当たるようにする。3本弦の音符がある高音域では、これがdue corde（二弦）効果を生む。

アップライトピアノでは左ペダルの働きが異なります——ハンマーを前方、弦に近いほうに動かし、ハンマーが打撃前に移動する距離を短くして打撃力を制限します。これで音色が柔らかくなりますが、グランドのuna cordaシフトと同じ方法で音色を変えるわけではありません。

sostenutoペダル（中央、グランド）

sostenutoペダルは3つの中で最も選択的です。1つ以上の鍵盤を押さえたままsostenutoを踏むと、ピアノ内部でバーが上がり、それらの音符——踏んだ時に上がっていたもの——のダンパーだけを捕まえます。これらのダンパーはペダルを踏んでいる間上がったままで、特定の音符が持続します。他のすべての音符は通常通り鳴って止まります。

これにより、ペダルで単一の低音または和音を保持しながら、その上でクリーンなダンパーで他の音楽を演奏することができます——すべてのダンパーを等しく上げるサスティンペダルでは不可能な効果です。ラヴェルの*Jeux d'eau*とデビュッシーのいくつかの前奏曲は、sostenutoを使ってペダル音を保持しながら上方の和声を変化させます。真のsostenutoのない楽器では、ハーフペダルや慎重なペダリングのし直しを近似として使うのが一般的です。

sostenutoペダルはペダルを踏んだ時すでに上がっていたダンパーだけを捕まえる。シェードのかかったダンパーは上がったままで、それらの音符が持続する；他のすべてのダンパーは通常通り機能する。

sostenutoはアップライトピアノに普遍的に備わっているわけではありません。多くのアップライト——特に家庭用に設計されたもの——では、中央ペダルは代わりに練習ペダル（消音ペダルとも呼ばれる）です——すべてのハンマーとすべての弦の間にフェルトの帯を下げ、音量を鈍いドスンという音になるほど劇的に下げます。これで他の人を邪魔せずに練習できますが、音色が大きく変わるため音楽的な使用には適しません。一部のヨーロッパ製アップライトは2つのペダルしかなく、中央を省いています。

まとめ：音符はこうして鳴る

鍵盤を押すと、てこ機構がウィッペンを上げ、ジャックがハンマーを打ち出し、その音のダンパーが上がります。ハンマーはフリーフライト（エスケープメントはすでに外れている）で、1本または複数の弦を打ち、跳ね返ります。弦は長さ・張力・質量によって設定された音高で振動し、その振動をブリッジを通じて響板に伝え、響板が室内に音を放射します。鍵盤を押し続ける限り、ダンパーは上がったままで音符が持続します。鍵盤を離すと、ダンパーが落ちて振動が止まります。

サスティンペダルはさらにもう一つの層を加えます——鍵盤とは独立してすべてのダンパーを持ち上げたままにし、室内が共鳴で満たされ、鍵盤を離してからずっと後まで音が残ります。ソフトペダルは音源で音色を変え、ハンマーと弦の接触点を変えることで。sostenutoペダルは選ばれた低音の組を選択的に固定し、その上のすべてが自由に動きます。

その連鎖——てこ、エスケープメント、フリーフライトハンマー、弦、ブリッジ、響板——は1700年頃のバルトロメオ・クリストフォリの最初の楽器からほぼ変わっていません。改良は細部にあります——20トンの弦張力を保持する鋳鉄フレーム、繰り返しレバーの精密さ、各エスケープメントの慎重な調整、フェルトの整音。機構は古く、精密さは現代のものです。

鍵盤を押してから音が出るまでの完全な連鎖。エスケープメントが弦との接触前にハンマーを解放する；弦がブリッジを通じてエネルギーを響板に伝える；ダンパーが音符の停止を制御する。ペダルは鍵盤とは独立してダンパーシステムに作用する。

参考資料

• Piano — Wikipedia
• Piano action — Wikipedia
• Piano wire — Wikipedia
• Soundboard (music) — Wikipedia
• Piano pedals — Wikipedia
• Una corda — Wikipedia
• Sostenuto pedal — Wikipedia
• Equal temperament — Wikipedia
• Inharmonicity — Wikipedia
• Bartolomeo Cristofori — Wikipedia
• Mersenne's laws — Wikipedia
• Piano tuning — Wikipedia
• Piano — Encyclopaedia Britannica
• Why do the upper ~18 notes of my Kawai digital piano sustain without using the damper pedal? — Kawai