Почему у фортепиано только одна или две струны на ноту в басовом регистре, а по три в остальных регистрах?

Более толстые басовые струны перемещают намного больше воздуха, когда по ним ударяют молоточки фортепиано, поэтому они производят более громкий звук.

Короткие тонкие струны наверху этого не делают, поэтому их большее количество компенсирует это. Кроме того, они звучат богаче, когда играют больше. Подумайте об оркестре — не так много контрабасов, но довольно много скрипок.

С одной тонкой струной или с десятью это не имело бы никакого значения для их склонности к разрыву, поскольку они по отдельности находились бы под одинаковым натяжением, но это могло бы увеличить нагрузку на раму, вызывая другие проблемы. Три кажется оптимальным числом, достигнутым годами практики.

В дополнение к ответу Тима, правильно настроенное пианино на самом деле чуть-чуть расстраивает группу струн на каждой ноте. Это приводит к резонансной передаче энергии между струнами, что улучшает сустейн, а также делает звучание более приятным для (большинства) ушей.

Имейте в виду, что «объем перемещенного воздуха» не переводится линейно в «объем звука» из-за кривой частотной характеристики уха и потому, что восприятие звука больше зависит от дельта-давления, чем дельта-массы (подумайте о силе тока и напряжении).

Высота звука струны примерно обратно пропорциональна ее длине, квадратному корню из ее массы на единицу длины и квадратному корню из ее «среднего» натяжения (термин «средний» относится к сложному взвешенному среднему, в отличие от среднее арифметическое). Чтобы высота струны оставалась достаточно постоянной при изменении амплитуды колебаний, среднее натяжение также должно оставаться достаточно постоянным. С практической точки зрения это означает, что натяжение струны в состоянии покоя не должно быть намного меньше, чем натяжение при максимальном смещении.

Если бы кто-то использовал струну малого калибра для нижних нот на фортепиано, единственным способом получить правильную высоту звука было бы либо сделать струны непрактично длинными, либо сделать их настолько свободными, что их сгибание вызовет напряженность существенно возрастет. Это может привести к тому, что громкие ноты начнут звучать резко, а затем станут плоскими. Единственный практический способ заставить струны играть нижние ноты на фортепиано — это увеличить массу на единицу длины. Это увеличит величину натяжения, которая потребуется для правильной высоты тона, и, таким образом, уменьшит относительную разницу между минимальным и максимальным натяжением струны во время каждого цикла колебаний. Однако естественным следствием этого является то, что струны физически становятся довольно «толстыми».

Причина, по которой у пианино нет трех струн для каждой из нижних нот, очень проста: для них нет места. Хотя было бы возможно построить пианино, в котором молоточки для нижних нот были бы расположены шире, чем клавиши, вероятно, было бы трудно сделать это без того, чтобы нижние клавиши имели более тяжелое «ощущение». Почти у всех фортепиано расстояние между молоточками практически совпадает с расстоянием между клавишами, что, в свою очередь, требует, чтобы струны, связанные с каждой клавишей, в совокупности соответствовали определенной ширине. По мере того, как строки становятся больше, меньшее их количество помещается в фиксированную ширину, отведенную для каждой клавиши.

Не уверен, насколько это важно: басовые струны не пропорционально длиннее струн с более высоким тоном. Другими словами, нота на октаву ниже другой не вдвое длиннее, что, как я полагаю, связано с практичностью возможности сделать все пианино не слишком длинным и не допустить, чтобы струна отклонялась так далеко, что она ударялась. в другие строки. Таким образом, другой способ понизить высоту тона — увеличить массу струны (таким образом, увеличив ее толщину); поскольку толщина увеличивается, становятся актуальными факторы, упомянутые в других постах выше. https://en.wikipedia.org/wiki/Piano_acoustics