Hoe werkt een piano? Van toets tot klank

Een piano is een snaarinstrument dat je bespeelt door aan te slaan. Als je een toets indrukt, slingert een reeks hefbomen, de mechaniek, een vilten hamer tegen de snaren. De hamer kaatst meteen terug en de snaren gaan trillen.

Op zichzelf verplaatsen snaren heel weinig lucht, dus je zou ze nauwelijks horen. Hun trilling gaat via een houten kam over op de zangbodem, een groot, dun paneel van sparrenhout onder de snaren, dat de lucht in beweging zet en de klank luid maakt. Laat je de toets los, dan valt een vilten demper terug op de snaren en houdt de toon op.

Al het andere in een piano is er om die paar stappen snel, gelijkmatig en beheersbaar te maken, en om de snaren op toonhoogte te houden. Hier komt elk onderdeel aan bod.

De toets is een lange houten hefboom. Hij rust ongeveer in het midden op een draaipunt, de balansbalk, dus als je de voorkant indrukt, gaat het achtereind omhoog.

De achterkant van de toets tilt de wippe op, een klein samenstel van hefboompjes. Op de wippe zit de stoter, die de hamer omhoog duwt. Vlak voordat de hamer de snaren bereikt, loopt de punt van de stoter tegen het afstootpopje en wordt onder de hamer weggeslagen. Dit is het echappement: de laatste paar millimeter wordt de hamer niet geduwd maar geworpen, zodat hij de snaren raakt en meteen terugvalt in plaats van ertegenaan te drukken en de klank te smoren.

Bartolomeo Cristofori bouwde dit idee rond 1700 in Florence in de eerste piano's. De vleugel kreeg in de jaren 1820 nog een hefboom erbij: de repetitieschenkel van het dubbele echappement van Sébastien Érard. Die vangt de vallende hamer op en houdt hem halverwege omhoog, zodat de stoter zich eronder kan herstellen voordat de toets helemaal terug is. Daardoor kan een pianist een toon snel herhalen en vlotte trillers spelen.

Op de terugweg wordt de hamer opgevangen door de vanger, zodat hij niet kan opveren en de snaren een tweede keer raakt.

Een hamer is een houten kern, de hamerkern, bekleed met dikke lagen wolvilt die onder grote kracht zijn geperst. Hij zit op een dunne houten hamersteel die draait in een klein scharnier, de flens.

De hamers lopen in grootte af: groot en zwaar in de bas, waar de snaren dik zijn, en klein en licht in de discant. Elke hamer moet passen bij de snaren die hij aanslaat.

Het vilt bepaalt voor een groot deel de klank van een piano. Hard vilt klinkt helder, zacht vilt klinkt warm. Technici stellen dat bij door te intoneren: ze prikken met naalden in het vilt om een schelle toon zachter te maken, of harden het om een doffe toon helderder te maken. Na jaren spelen snijden de snaren groeven in het vilt en wordt de klank schel, dus versleten hamers worden bijgevijld of vervangen.

Zonder dempers zou elke toon die je speelt doorklinken en in de volgende overlopen. Elke demper is een klein houten blokje met vilt eronder, dat op zijn snaren rust. Hij hangt aan een draad die door een geleidelat naar beneden loopt, naar een demperhefboom.

Als je een toets indrukt, tilt de achterkant van de toets de demper van die toon van de snaren, net voordat de hamer aanslaat. Laat je los, dan valt de demper terug en houdt het geluid op. Daarom duurt een toon precies zo lang als je de toets vasthoudt.

De hoogste tonen hebben helemaal geen dempers, meestal ongeveer de bovenste anderhalve octaaf. Hun snaren zijn zo kort dat de klank vrijwel meteen vanzelf wegsterft.

Een vleugel heeft meer dan 200 snaren van staaldraad met een hoge treksterkte. De meeste tonen hebben drie snaren die op dezelfde toonhoogte zijn gestemd, een unisono; de lagere tenortonen hebben er twee en de diepste bastonen één. Bassnaren zijn omwonden met koperdraad, waardoor ze zwaarder zijn en laag kunnen klinken zonder onmogelijk lang te worden.

Elke snaar loopt van een aanhangpen aan het verre eind van het gietijzeren raam over de kam, waar kleine kampennen hem op zijn plaats houden, dan door een agraffe of onder de capodaster door, en eindigt opgerold om een stempen. Alleen het deel tussen de kam en de agraffe of capodaster trilt: de klinkende lengte.

De stempennen zitten in het stemblok, een blok hard hout dat uit lagen met gekruiste nerf is gelijmd. Ze worden alleen door wrijving vastgehouden. Draai je een pen een heel klein stukje, dan verandert de spanning en daarmee de toonhoogte: dat is wat een pianostemmer doet, toon voor toon.

Stalen snaren zijn stijf, dus hun boventonen klinken iets hoger dan zuivere veelvouden van de grondtoon. Stemmers houden daar rekening mee door de octaven een beetje op te rekken, meer bij piano's met korte snaren dan bij concertvleugels.

De zangbodem is de luidspreker van de piano. Het is een breed, dun paneel van sparrenhout, gelijmd uit smalle planken: bij Steinway is hij in het midden 8 mm dik en loopt hij naar de rand af tot 5 mm. De kammen zijn erop gelijmd, zodat de snaren er recht op drukken.

Aan de onderkant lopen houten ribben dwars op de nerf. Ze verstevigen het paneel en houden het in een lichte bolling naar boven, de bombering. De bombering duwt omhoog tegen de neerwaartse druk van de snaren, en dat houdt de bodem levendig en de klank krachtig.

Hout neemt vocht op en staat het weer af. Bij vochtig weer zwelt de zangbodem op, de bombering stijgt en duwt de kam omhoog, de snaren komen strakker te staan en de piano gaat te hoog klinken. Bij droog weer krimpt hij en zakt de piano. Dat is de belangrijkste reden waarom een piano met de seizoenen vals gaat klinken.

Elke snaar trekt met een kracht van vele kilo's, en het zijn er meer dan 200. Samen trekken ze met tot 20 ton. Een houten frame alleen houdt dat niet lang vol, dus moderne piano's hebben een raam van gietijzer: het frame dat je onder de snaren ziet als je de klep opent.

De verre uiteinden van de snaren zijn verankerd aan de aanhangpennen, en de steunbalken van het raam voeren de belasting af van de aanhangpennen naar de kant van de stempennen. Het raam is het zwaarste afzonderlijke onderdeel van een piano, en daarom zijn piano's zo lastig te verhuizen.

Het ijzeren raam maakte de moderne piano mogelijk: zwaardere snaren onder hogere spanning, en een luidere, vollere klank dan de piano's met houten frame uit de tijd van Mozart.

De pedalen hangen in een frame onder het klavier, de lier, en werken via stangen en hefbomen die omhoog de piano in lopen.

Het rechterpedaal is het demperpedaal of sustainpedaal. Het tilt alle dempers tegelijk op, zodat de tonen blijven doorklinken nadat je de toetsen loslaat, en de andere snaren meeresoneren.

Het linkerpedaal is het zachte pedaal, of una corda. Op een vleugel verschuift het het hele klavier met de mechaniek een stukje opzij, zodat elke hamer één snaar minder raakt waar een toon er drie heeft: de klank wordt stiller en zachter van kleur.

Het middelste pedaal van een vleugel is het sostenuto. Het houdt alleen de dempers omhoog die al opgetild zijn op het moment dat je het indrukt, zodat je een bastoon kunt laten doorklinken terwijl je al het andere zuiver speelt. Albert Steinway kreeg er in 1874 patent op; Boisselot uit Marseille had in 1844 al een eerdere versie laten zien.

Een buffetpiano zet zijn snaren en zangbodem rechtop, zodat hij tegen een muur past. Alles draait negentig graden: de hamers bewegen naar voren naar de snaren in plaats van omhoog, en ze keren terug door een veer in plaats van door de zwaartekracht.

De dempers zitten vóór de snaren en worden er door veren tegenaan gedrukt. Als je een toets indrukt, duwt het demperlepeltje op de wippe de demperhefboom naar achteren en tilt de demper eraf.

Een buffetmechaniek heeft geen repetitieschenkel, dus een toets moet grotendeels terugkomen voordat de toon opnieuw kan worden gespeeld. Daarom geven concertpianisten voor snelle herhaalde tonen de voorkeur aan een vleugel. Ook de pedalen verschillen: het zachte pedaal van een buffetpiano brengt de hamers dichter bij de snaren, en het middelste pedaal is vaak een studeerpedaal dat een strook vilt tussen de hamers en de snaren laat zakken.

Nu zie je waarom een stemming nooit blijft zitten. De snaren trekken met tonnen kracht aan pennen die alleen door wrijving vastzitten. De zangbodem gaat op en neer met de luchtvochtigheid en neemt de kam en elke snaar daarop mee. Nieuwe snaren rekken langzaam uit. Elke toon is een evenwicht tussen hout, draad en ijzer, en dat evenwicht verschuift.

Piano's raken langzaam en ongelijkmatig ontstemd, dus de meeste eigenaren horen het niet gebeuren. De meeste piano's moeten minstens twee keer per jaar gestemd worden, vaker als ze nieuw zijn of in een wisselend klimaat staan.

Elke piano is opgebouwd uit dezelfde onderdelen, maar elke piano heeft zijn eigen maker, bouwjaar en verhaal. Het serienummer, meestal op het gietijzeren raam, vertelt je wanneer de jouwe is gemaakt. Geef hem een paspoort en voeg hem toe aan de galerij, naast piano's uit de hele wereld.