Wie akustische Klaviere und E-Pianos funktionieren

Klaviere und Flügel sind faszinierende Tasteninstrumente. Nur ein Ton aus dem Bass oder Diskant vermag für Gänsehaut zu sorgen und die Seele zu berühren. Die sich dahinter verbergende Mechanik ist komplex und das Resultat steter Weiterentwicklung und Perfektionierung über Jahrhunderte hinweg. Das heutige Klavier hat nicht mehr viel mit dem Instrument zu tun, das ein Johann Sebastian Bach im 18. Jahrhundert gespielt hat. Zu seiner Zeit verstand man unter „Clavier“ nämlich alle Tasteninstrumente die es gab. Heute wird etwas genauer differenziert und das Spektrum an Instrumenten ist deutlich größer geworden. So gibt es neben dem klassischen Klavier oder Flügel heute unter anderem auch Keyboards und Digitalpianos. Aber wie genau funktioniert ein akustisches Piano überhaupt? Und wie sieht die Funktionsweise eines E-Pianos aus? Dies wollen wir in diesem Beitrag etwas näher betrachten.

Eine kurze Geschichte des Klaviers

Der Bezeichnung „Klavier“ wird von dem lateinischen „clavis“ abgeleitet, was so viel wie „Taste“ bedeutet. Die Bezeichnung Klavier steht eigentlich für den Oberbegriff von Pianino und Flügel, wobei ein Pianino das kleinere, kastenförmige Klavier ist. Ein Klavier ist ein sogenanntes Soloinstrument, weil es in der Regel alleine bespielt wird. Es ist auch möglich, dass es in einem Orchester entweder gemeinsam mit anderen Instrumenten, aber auch als Soloinstrument gespielt und vom Orchester begleitet wird. In vielen klassischen Stücken spielen Klaviere eine bedeutende Rolle. Auch aus der modernen Musik heute sind sie nicht mehr wegzudenken.

Klaviaturen, mit denen allerdings Orgeln gespielt wurden, existieren schon seit dem 12. Jahrhundert. Frühe Klaviaturen waren zudem einfacher gestaltet, als die heutigen. Das heutige Klavier besitzt zwei Vorgänger, nämlich das Klavichord und das Cembalo, welche jedoch noch nicht die heute übliche Hammermechanik besitzen. Cembali gibt es schon seit dem 15. Jahrhundert. Ihre Saiten werden über eine andere Mechanik gezupft und nicht angeschlagen. Daneben gab es noch wesentlich kleinere Spinette, die nach ihrem Erfinder Giovanni Spinetti benannt wurden.

Die bei Klavieren heute gebräuchliche Hammermechanik wurde im Jahr 1709 von Bartolomeo Christofori erfunden. Christofori gilt auch als Erfinder der Klavierpedale. Die Hammermechanik bietet den Vorteil, dass der Spieler nach Belieben laut oder leise spielen kann, was bislang nicht möglich war. In den folgenden Jahrzehnten wurden Klaviere immer weiter verbessert, bis im neunzehnten Jahrhundert das erste Instrument in heutigem Sinne entstand. Es entwickelte zudem bei zahlreichen Musikern eine große Beliebtheit. Komponisten wie Ludwig van Beethoven oder Wolfgang Amadeus Mozart schufen zahlreiche Klavierkonzerte.

Eine besondere Variante des Klaviers ist der Flügel, der seinen Namen wegen seines Aussehens erhalten hat. Er sieht dem Flügel eines Vogels ähnlich. Der Unterschied zu einem Klavier besteht darin, dass die Saiten eines Flügels waagerecht, von rechts nach links verlaufen, während sie bei einem Klavier senkrecht von oben nach unten angeordnet sind. Ein Flügel ist daher wesentlich größer und benötigt entsprechend mehr Platz als ein Klavier.

Funktionsweise eines mechanischen Klaviers

Der Spieler spielt die Tasten der Klaviatur an. Jeder Klaviertaste ist eine Saite und ein Hammer zugeordnet. Wird die Taste gedrückt, hebt sich der Hammer, der zu der jeweiligen Saite gehört an und fällt wieder auf diese zurück. Die Saite wird dadurch in Schwingung versetzt und es entsteht der Klang, der sich im Resonanzkörper des Klaviers entwickelt und anschließend nach außen dringt. Es entsteht also immer, wenn ein Hammer auf eine Saite schlägt, ein Ton. Die Saiten eines Flügels werden von unten angeschlagen und je länger diese sind, umso tiefer ist der entstehende Ton. Daraus entsteht auch die klassische Form eines Flügels. Die Gesamtheit von Hämmern und Saiten im Innern wird „Spielwerk“ genannt. Ein Hammer verfügt über einen Kern aus Holz und einer Schicht aus Filz, mit der der Hammer auf die Saite schlägt. Saiten, aber auch Hämmer können im Laufe der Zeit abnutzen und müssen irgendwann ersetzt werden.

Am unteren Ende eines Klaviers sind die Pedale angeordnet. Die heutigen Instrumente verfügen über zwei oder drei Pedale, die das Spielwerk und die Saiten beeinflussen. Das linke Pedal wird als „Unachorda-Pedal“ und das rechte als das „Forte-Pedal“ bezeichnet. Das Mittlere ist das „Sostenuto-Pedal“. Durch das Forte-Pedal wird erreicht, dass die Dämpfer von den Saiten angehoben werden, sodass der Ton nach Loslassen der Taste weiter nachklingen kann. Mit dem linken Pedal werden die Hämmer näher zu den Saiten bewegt, wodurch der Ton leise und gedämpft klingt. Das mittlere Pedal kann gedrückt, aber auch verhakt werden, wodurch es unten bleibt. Die Dämpfer werden dadurch oben gehalten. Dem Pianisten ist es so möglich, einzelne Töne zu halten, während andere Tasten ganz normal reagieren.

Die Klaviatur besteht aus insgesamt 88 Tasten, von denen 52 weiß und 36 schwarz sind. Ein Klavier besitzt sieben Oktaven, die links einen sehr tiefen und rechts einen hohen Klang haben.

Funktionsweise eines digitalen Klaviers

Digitale Klaviere erzeugen die Töne nicht durch Saiten oder andere schwingende Bauteile, sondern über eingebaute Lautsprecher, Verstärker oder angeschlossene Kopfhörer.

Synthesizer verfügen über analoge oder digitale Schaltungen, die elektrische Schwingungen erzeugen. Diese werden so lange verändert, bis sie den Klang echter Instrumente nachahmen können. Durch in den Tasten befindliche mechanische Elemente kann ein natürlicher Tastendruck nachgeahmt werden.

Sampler erzeugen keine synthetischen Klänge, sondern speichern Aufnahmen von Tönen realer Instrumente. Diese spielen sie bei entsprechendem Druck auf die Taste wieder ab. Digitale Klaviere, die über eine Samplingtechnologie verfügen, können mehrere gespeicherte Töne abspielen und dadurch Mehrstimmigkeit erzeugen. Zusätzliche DSP-Filter („Digital Signal Processing“) verarbeiten und verändern unterschiedliche Signale. Durch DSP-Filter kann das Klangbild vielfältig gestaltet werden, indem einzelne Sampler zu Klängen gemischt werden, die mechanischen Klavieren immer näherkommen. Zudem ermöglichen sie die Speicherung und Reproduktion mehrerer Klangvariationen. Pianisten können auf Knopfdruck zum Beispiel den Klang eines einfachen Klaviers, eines Flügels, eines Cembalos oder jedes beliebigen Instrumentes simulieren.