¿Cuerdas de guitarra vs piano? ¿Tensión vs longitud?

¿Por qué los pianos tienen cuerdas de diferente longitud, mientras que las guitarras tienen cuerdas de la misma longitud? Según la guitarra, parecería que el tono de una cuerda se determina basándose únicamente en la tensión, porque todas las cuerdas tienen la misma longitud. Sin embargo, un piano tiene cuerdas de diferentes longitudes, entonces, ¿cuál es? ¿Longitud o tensión que crea un determinado tono?

Esencialmente, mi pregunta es: ¿importa la longitud de una cuerda al crear un cierto tono o puede tener cualquier longitud y es la tensión la que crea el tono?

¿Por qué crees que está "únicamente fuera de [sic] tensión" cuando las cuerdas de la guitarra son obviamente de diferente calibre?
Hmmm ... TL; DR para esas respuestas parece ser que 1) Las guitarras tienen diferentes longitudes de cuerda en la práctica, ya que acorta las cuerdas con los dedos presionando la cuerda contra el traste. 2) Los pianos tienen incorporadas esas cuerdas acortadas, por lo que pueden tocar más notas a la vez, pero son mucho menos portátiles.
@CarlWitthoft Aunque tiene razón en que las cuerdas de la guitarra tienen un calibre diferente, si alguna vez ha mirado dentro de un piano, notará que las cuerdas del piano también tienen un calibre diferente. Tienes un conjunto de cuerdas de calibre grueso (casi cables) que vienen en diferentes longitudes para producir las notas bajas, luego de calibre medio, luego ligeras, etc. Cada calibre, como en una guitarra, viene en diferentes longitudes para diferentes notas en ese calibre. rango. En una guitarra, sin embargo, configura manualmente la duración.
@cullub Soy consciente de la medición de las cuerdas del piano, sin mencionar las razones de las múltiples cuerdas por nota; mi punto era que en ambos instrumentos el calibre es un factor importante para determinar el tono.
Correcto. Sin embargo, como ambos tienen cuerdas de diferente calibre, la diferencia principal no se relacionará con el calibre, sino con la longitud (trastes vs integrados) y la tensión (simplemente afinación).
Existen guitarras con trastes en abanico ( en.wikipedia.org/wiki/Fanned-fret_guitar ), pero la idea parece más común en los bajos.
Pensé en las guitarras con trastes en abanico en términos de mi respuesta, pero sentí que las diferencias de longitud en las cuerdas al aire no son lo suficientemente diferentes de una guitarra típica como para ser instructivas en comparación con un piano. Una guitarra con trastes en abanico, como máximo, está a medio camino entre un piano y una guitarra tradicional en términos de diseño de la longitud de las cuerdas. También hay guitarras de arpa y, por supuesto, arpas normales, que son como pianos portátiles que se puntean y no se martillan.
Si intercambias las cuerdas más altas y más bajas de una guitarra y tratas de afinarla con la afinación estándar, rápidamente descubrirás que la tensión no es lo que hace que las cuerdas al aire toquen notas tan diferentes. Una de las cuerdas intercambiadas no se podrá tocar y la otra se romperá mucho antes de que puedas tensarla hasta el tono deseado.
Nota rápida: la tensión de las cuerdas de la guitarra es aproximadamente la misma, los diferentes tonos se deben principalmente al peso de las cuerdas (calibres)

Respuestas (9)

El resumen mejor escrito que pude encontrar de esto estaba en Wikipedia .

Preliminares técnicos (puede omitir esto si no le importa)

Todos los cordófonos (instrumentos musicales basados ​​en cuerdas vibrantes) se pueden analizar utilizando el mismo modelo físico de una cuerda bajo tensión que está fija en ambos extremos. El modelo está ligeramente simplificado y difiere de la realidad en dos formas: en el modelo, la cuerda tiene cero espesor y la cuerda tiene cero rigidez. Al comparar los resultados calculados con base en el modelo con el comportamiento real de tales cadenas, resulta que esas dos simplificaciones no hacen una diferencia significativa en la mayoría de las áreas. Una excepción a esto es que el modelo no predice la necesidad de una afinación extendida en algunos instrumentos como el piano debido a la omisión de la rigidez.

La siguiente discusión se basará en el modelo de movimiento de cuerdas descrito anteriormente. Cuando la cuerda está en reposo, no se produce ningún sonido. Cuando se altera la posición de la cuerda, al puntear, golpear, etc., la tensión en la cuerda actúa para restaurar la cuerda a su posición de reposo. La masa de la cuerda le da inercia a la cuerda , lo que hace que la cuerda sobrepase su posición de reposo y se desplace nuevamente en la dirección opuesta, y nuevamente la tensión actúa para restaurar la cuerda a su posición de reposo, etc. La tensión y la masa interactúan de esta manera. hacer que la cuerda siga moviéndose hacia adelante y hacia atrás hasta que algo detenga el movimiento de la cuerda. Una cuerda que no se amortigua intencionalmente eventualmente se detendrá debido a la fricción que convierte la energía cinética de la cuerda en calor.

La fórmula (esta es la respuesta matemática a tu pregunta)

Tanto en nuestro modelo como en las cuerdas del mundo real, el movimiento de ida y vuelta de la cuerda perturbada rápidamente se establece en una frecuencia resonante . Esa frecuencia está determinada por las propiedades de la cuerda y, según el modelo, se puede calcular (con una precisión razonable) mediante la siguiente ecuación:

Fórmula para la frecuencia de resonancia de una cuerda bajo tensión

Dónde:

  • f es la frecuencia de resonancia (la nota que se toca)
  • v es la velocidad de propagación de una perturbación (onda) a lo largo de la cuerda
  • L es la longitud de sonido de la cuerda (la longitud entre los dos puntos fijos en cada extremo de la parte perturbada de la cuerda)
  • T es la tensión de la cuerda (a lo largo de la longitud del sonido, si la tensión no es la misma en todas partes)
  • mu es la densidad lineal , o masa por unidad de longitud

Observe que la frecuencia de resonancia no depende de la masa total de la cuerda a lo largo de la longitud del sonido. En el modelo y la fórmula, el componente de longitud que se multiplicaría por mu para obtener la masa total "se cancela", por lo que solo importa la densidad lineal.

Las consecuencias musicales (lea al menos esto)

El modelo y la fórmula que hemos creado para nuestras cuerdas vibrantes sugieren lo siguiente sobre cómo cambiar la frecuencia de resonancia (y, por lo tanto, la nota que tocamos) de nuestras cuerdas:

  • Para tocar una nota más alta, podemos reducir la longitud, reducir la densidad lineal (en la práctica, el grosor) o aumentar la tensión de una cuerda.
  • Para tocar una nota más baja, podemos aumentar la longitud, aumentar el grosor o disminuir la tensión en la cuerda.

Como se mencionó anteriormente, una vez que nuestro modelo llega al mundo real, rápidamente encontramos un problema: el grosor de las cuerdas (que se ignora en el modelo) es la forma más fácil de controlar la densidad lineal, pero tiene algunos efectos en el tono final y la afinación. del instrumento musical. Cuanto más delgada es la cuerda, más cerca del modelo está la cuerda real (ya que el modelo asume un grosor cero), lo que facilita las matemáticas para construir el instrumento. Por otro lado, las cuerdas más gruesas tienden a tener un tono más rico (cita requerida - subjetivo). por el otroPor otro lado, las cuerdas más gruesas también tienen una mayor rigidez, lo que se desvía aún más del modelo y causa otros problemas (Aparte: esta es una de las razones por las que las cuerdas más gruesas están hechas de alambre enrollado alrededor del alambre, en lugar de simplemente usar una pieza realmente gruesa de alambre sólido. Las cuerdas enrolladas son mucho menos rígidas que las cuerdas sólidas de la misma densidad lineal). También existen preocupaciones complicadas sobre la coincidencia de impedancia mecánica entre cuerdas y puentes o puntos fijos, etc., en las que no profundizaré aquí.

Con un poco de experimentación, podemos llegar a un grosor de cuerda y una composición ideales para cualquier instrumento que use cuerdas. Pero ahora empezamos a tener otros problemas. Si fijamos el grosor (densidad lineal) de todas las cuerdas de nuestro instrumento, entonces la única forma de cambiar las notas que tocan esas cuerdas es cambiando la longitud y/o la tensión. La tensión puede ser un problema porque los materiales que usamos para estirar las cuerdas tienen que ser lo suficientemente fuertes para soportar esa tensión. Esta es la razón por la que los marcos de piano de hierro fundido fueron importantes cuando se introdujeron. Por otro lado, las cuerdas que están demasiado flojas no tendrán tan buen tono o entonación. La longitud es un problema porque, de nuevo, hay problemas de construcción de instrumentos, así como de jugabilidad. Para un instrumento como la guitarra, es No es práctico hacer que las cuerdas tengan diferentes longitudes de sonido sin trastes. Para un instrumento como el piano, la longitud ideal de las cuerdas más bajas sería extremadamente larga. Incluso un¡ El piano de cola de 9 pies es un compromiso en cuanto a longitud!

Realidades de la construcción de pianos

Con el piano, existe una excelente oportunidad para equilibrar el grosor, la tensión y la longitud de las cuerdas , ¡porque cada nota tiene su(s) propia(s) cuerda(s)! Más o menos, los pianos modernos están construidos para tratar de tener la longitud, la tensión y el grosor óptimos para cada nota, pero hay muchos desafíos y compromisos.

Las cuerdas más delgadas con longitudes de sonido más cortas pueden tocar la nota correcta, pero también son más silenciosas y tienen un sostenido más corto. Es por eso que si observa las notas altas en el piano, verá que se usan tres cuerdas para cada nota. Eso no ayuda mucho con el sostenido (observe que los amortiguadores se omiten por completo para las notas más altas en muchos pianos), pero ayuda a nivelar el volumen.

Las cuerdas más gruesas ayudan a bajar la nota que produce una cuerda, pero luego tenemos problemas de rigidez . También necesitamos algo de tensión para evitar que la cuerda quede "demasiado floja" (término técnico). ¡Así que hagamos que las notas graves del piano sean realmente largas! Bueno, eso causa problemas con la instalación del piano en una sala de estar o en un escenario lleno de gente y hace que el piano sea muy caro. Las orquestas sinfónicas pueden darse el lujo de ocupar mucho espacio y dinero en los mejores pianos, por lo que puede ver pianos de cola de 9 pies de largo tocados para concerti. En casa, es posible que tenga una espineta con una longitud de sonido máxima de solo un metro y un tono de bajo menos rico para acompañar eso.

Por lo tanto, encontrar el equilibrio ideal de longitud, tensión, grosor, tono, costo y tamaño son factores que determinan la duración de cada cuerda en un piano determinado.

Realidades de la construcción de guitarras

En una guitarra, todas las cuerdas deben tener aproximadamente la misma longitud. Si no lo fueran, no sería una guitarra y no podría tocarse como se toca una guitarra. Cada cuerda también debe tener aproximadamente la misma tensión o, de lo contrario, la tensión desigual en las cuerdas puede eventualmente deformar la guitarra y destruir su tono y entonación. Eso significa que el grosor es nuestra herramienta principal para crear las notas de cuerda al aire en una guitarra.

Eso nos lleva a una diferencia fundamental entre la guitarra y el piano. Cada nota del piano tiene su(s) propia(s) cuerda(s), mientras que cada cuerda de la guitarra se usa para tocar varias notas. No es práctico cambiar el grosor o la tensión de una cuerda en tiempo real para tocar música, por lo que en la guitarra (y en todos los instrumentos de la familia de las cuerdas), se tocan diferentes notas en la misma cuerda al cambiar la longitud del sonido de la cuerda. .

Entonces, aunque las longitudes de sonido "abiertas" básicas de todas las cuerdas de una guitarra (o violín o violonchelo, etc.) son las mismas, mientras se toca, las longitudes de sonido cambian y son potencialmente muy diferentes. En caso de que no sea obvio, las longitudes de las cuerdas de la guitarra se cambian mediante el traste , es decir, presionando la cuerda contra una barra de metal (que se coloca en un lugar particular ) que actúa para acortar la longitud de sonido de la cuerda.

Resumen

Esa es demasiada información para decir simplemente: es la combinación de longitud, tensión y grosor lo que determina la(s) nota(s) que produce una cuerda. En un piano, todos ellos están preseleccionados y afinados antes de pulsar una sola tecla. En una guitarra, el grosor y la tensión se eligen previamente, junto con seis longitudes básicas, y luego las longitudes se cambian dinámicamente durante la interpretación.

Con respecto a las cuerdas más gruesas que suenan más ricas, diría que el modelo de "cuerdas delgadas" predice que la cuerda solo vibrará a frecuencias que son múltiplos enteros exactos de la fundamental; las cuerdas más rígidas tienen matices que no son múltiplos exactos. El hecho de que las frecuencias de armónicos se desplacen ligeramente no es subjetivo.
@supercat Esa es exactamente una de las cosas que encontré al elaborar esta respuesta, pero la omití porque no parecía estar directamente relacionada y, ya sabes, la respuesta es bastante larga. A lo que me refería como subjetivo es si los parciales inarmónicos suenan mejor o no. Algunas personas (y para algunas situaciones) pueden preferir el sonido de cuerdas más finas. Otro aspecto de las cuerdas más gruesas se relaciona con la igualación de impedancia mecánica que, en general, significa que las cuerdas más gruesas pueden sonar más ricas, más fuertes y tener un sostenido más prolongado.
Esta es una gran respuesta, aunque no entiendo por qué las cuerdas del piano son tan inarmónicas en relación con las cuerdas de la guitarra. ¿Parece como si fueran elegidos deliberadamente para ser inarmónicos para aumentar el sostenido? La otra cosa es que usted escribe arriba que una longitud de cuerda más corta y cuerdas más delgadas conducirían a menos falta de armonía, pero también a menos sostenido. Pero, ¿no es el piano de cola tan grande porque una mayor longitud conduce a una menor falta de armonía?
Es posible que desee hacer algunas referencias adicionales: El piano Alexander (algo poco práctico de 19 pies de largo) . Y el banjo (que a menudo tiene una cuerda corta).

El diámetro de la cuerda, la longitud de la escala y la tensión son factores, pero está pasando por alto una dimensión completamente diferente a su pregunta.

trastes

Una cuerda de guitarra tiene una longitud fija, pero ¿has notado los trastes? Cuando detienes una cuerda contra un traste, estás creando temporalmente una longitud de cuerda más corta. Por lo tanto, una cuerda de una guitarra se puede detener en 19 posiciones de traste diferentes, lo que equivale a tener 20 longitudes de cuerda diferentes formadas a partir de una sola cuerda. Entonces, en ese sentido práctico de cómo se tocan las notas en el instrumento, no es correcto decir que solo hay una longitud de cuerda en una guitarra.

El piano, en cambio, es un instrumento de teclado y no utiliza trastes. Cada tono diferente se activa de forma independiente cuando una tecla diferente golpea cuerdas al aire, por lo que cada tecla debe tener su propio conjunto de cuerdas afinadas en un tono fijo. Entonces, para tocar esos mismos 19 tonos de la cuerda de guitarra en un piano, necesitas 19 grupos separados de cuerdas de piano.

¿Puedes imaginarte todo esto? Más concretamente, consiga una guitarra y un piano, tóquelos y observe cómo funcionan. Hablar de ellos en abstracto no es muy útil, pero poner tus manos sobre ellos y jugarlos sí lo es.

En realidad, había un teclado histórico llamado clavicordio (en el siglo XVII) que tenía trastes. (en realidad se llaman tangentes , pero funcionan como los trastes de una guitarra). Era una especie de híbrido entre el piano y la guitarra. Algunos clavicordios tendrían, por ejemplo, 36 teclas pero solo 18 pares de cuerdas, porque una tecla tocaría un par de cuerdas de una longitud, mientras que la tecla adyacente tocaría la misma cuerda pero la detendría en un punto diferente .longitud de habla (o traste, por así decirlo). El resultado de esto es que algunos acordes que podrías tocar en un piano no podrían tocarse en un clavicordio, porque no había tantas cuerdas disponibles para tocar todas las notas del acorde. Esto es análogo a la situación de la guitarra, que solo tiene seis cuerdas para formar un acorde dado.

El tono que produce una cuerda está determinado por la frecuencia de la vibración de la cuerda. En otras palabras, qué tan rápido está vibrando. La tasa de vibración de una cuerda cuando se puntea o golpea depende de varios factores.

La tensión de la cuerda es solo una de las cosas que afectarán la frecuencia . Una cuerda colocada bajo una tensión más alta vibrará más rápido y el tono que escuche será más alto que el de la misma cuerda con menos tensión. Tanto en un piano como en una guitarra, el tono de las cuerdas se afina ajustando las cuerdas hasta que se emite la frecuencia deseada cuando se excita la cuerda.

La longitud de una cuerda a una tensión determinada también afectará a la frecuencia. Cuanto más corta sea una cuerda dada a una tensión dada, más rápido vibrará cuando se toque. En un instrumento como la guitarra, presionar la cuerda contra el diapasón detrás de varios trastes elevará el tono de la nota que toca la cuerda al acortarla y hacer que vibre a una frecuencia más alta.

El diámetro de la cuerda también afectará la frecuencia con la que vibrará a una tensión dada. Las cuerdas de mayor diámetro vibrarán más lentamente y producirán un sonido de menor frecuencia que las cuerdas más delgadas.

Finalmente, la densidad del material del que está hecha la cuerda afectará qué tan rápido vibra a una tensión dada. Entonces, una cuerda de acero en una guitarra vibrará a una velocidad diferente que una cuerda de nailon bajo la misma tensión.

Usando una guitarra de seis cuerdas para ilustrar, sí, comenzamos con seis cuerdas de longitud relativamente igual. Pero cada cuerda tiene un diámetro diferente que afecta la frecuencia con la que la cuerda vibrará bajo una tensión dada. Se dimensionará un juego de cuerdas de guitarra para que la tensión sea relativamente uniforme en la afinación estándar en las seis cuerdas. Pero la cuerda E baja será mucho más gruesa que la cuerda E alta y también estará hecha de un material con una densidad diferente que también vibrará más lentamente debido a una mayor masa.

Cuando acortas las cuerdas tocando notas en el diapasón, haces que vibren a una frecuencia más rápida y toquen notas más altas. Tienes 6 cuerdas y cada una toca una nota diferente. Pero cada cuerda de una guitarra acústica estándar puede tocar 20 notas diferentes acortando la cuerda con los dedos.

En un piano necesitas 88 frecuencias diferentes. Y no puedes acortar las cuerdas con los dedos como en una guitarra. Por lo tanto, cada cuerda debe estar afinada para vibrar a la frecuencia adecuada que corresponde a cada tecla determinada del piano. En el piano se utilizan diferentes longitudes de cuerda en combinación con diferentes diámetros y materiales de cuerda para afinar de manera óptima cada tecla en la nota adecuada sin necesidad de demasiada tensión. Al igual que la guitarra, las cuerdas del bajo en un piano son más gruesas, por lo que no tienen que ser tan largas para vibrar a la frecuencia lenta requerida.

Así que puedes alterar el tono de la nota creada por una cuerda vibrante aumentando o disminuyendo la tensión y/o cambiando la longitud. Pero para mantener manejable el tamaño de nuestros instrumentos, el mejor enfoque es utilizar una combinación de tensión, longitud, diámetro y material para mantener un equilibrio óptimo sin un exceso de tensión que pueda dañar el instrumento.

Matemáticamente, el diámetro y la densidad se toman como un valor que es la masa por unidad de longitud. Es algo así como una densidad, excepto que la masa se divide por una longitud unidimensional en lugar de un volumen tridimensional. Para mí, esta respuesta describe mejor la física del movimiento armónico simple. La rigidez de la cuerda es un factor más que no afecta mucho su frecuencia fundamental, pero sí afecta las proporciones de los parciales (armónicos/sobretonos), razón por la cual se usa la afinación estirada en los pianos.
@ToddWilcox buen punto sobre la parte matemática. Sin embargo, obviamente, la masa está determinada tanto por el diámetro como por la densidad del material en conjunto. Pero las matemáticas no cambian si la masa se logra por el diámetro de la cuerda o la densidad del material del que está compuesta la cuerda (que en el caso de las cuerdas enrolladas pueden ser dos materiales diferentes).
Buen punto. Hay matemáticas para tener eso en cuenta, pero una vez que empiezas a hablar de la cuerda como un todo, o cualquiera que sea la longitud del sonido, es casi inviable hacer otra cosa que no sea asumir una densidad y un grosor de material uniformes, que luego dan una densidad lineal fija como una buena aproximación de trabajo. Esta es la razón por la que algunas cuerdas de guitarra tienen mejor entonación que otras: una densidad lineal más consistente a lo largo de toda la cuerda. La consistencia importa menos en una cuerda de piano, ya que siempre usa la misma longitud de sonido fija.

Tanto la longitud como la tensión trabajan juntas para crear el tono. Tenga en cuenta que las cuerdas de una guitarra tienen aproximadamente la misma longitud y tensión, pero la parte inferior es aproximadamente 4/5 veces el diámetro de la cuerda superior. En cualquier instrumento de cuerda, es importante que cada cuerda tenga aproximadamente la misma tensión que las demás, de modo que se vuelva estática hasta cierto punto. Entonces, las dos variables son el calibre (básicamente el grosor) y la longitud. Cuanto mayor sea el calibre, más corta debe ser una cuerda dada para producir una nota particular.

En la guitarra, la longitud de las cuerdas se rige en gran medida por la longitud de la guitarra, para poder tocarla. Un bajo tendrá cuerdas más largas y más gruesas. En el piano, hay más libertad de acción: las cuerdas pueden estar verticales o sobretensadas, ya que hay más espacio. Entonces, hasta cierto punto, es más fácil acomodar cuerdas más largas o más cortas en el piano que en la guitarra.

Espero que alguien amplíe esto con cifras científicas, pero por ahora, esta es la explicación de un profano.

Un punto se ha dejado fuera hasta ahora. El diseño de una guitarra no nos deja más opción que tener cuerdas de la misma longitud con diferente grosor (usando los trastes para controlar la longitud de todas las notas excepto EADGBE para una guitarra afinada convencionalmente). Un piano cambia tanto de longitud como de grosor: eso parece excesivo hasta que te das cuenta de que está el tema de la energía y la intensidad percibida .del sonido: ¿qué tan fuerte es y cuánto tiempo suena? Para que un piano suene bien, le gustaría la misma intensidad de sonido cuando golpea las teclas de la misma manera, y le gustaría (si es posible) que las cuerdas suenen al mismo tiempo. También le gustaría que las cuerdas suenen igual. Eso no es realmente posible, pero un piano, que tiene un grado adicional de libertad en el diseño, se acerca mucho más que una guitarra.

Lo que sigue se basa en gran medida en este excelente artículo sobre la acústica de los pianos . Le recomiendo que lea el original en lugar de este pobre resumen. Eso se aplica tanto a las figuras, las ecuaciones y la teoría descrita.

En el capítulo 5, el documento analiza la relación entre la longitud l, la tensión T, la masa por unidad de longitud λ y la frecuencia f, dando

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Si tiene dos cuerdas con frecuencias separadas por una octava, en principio puede lograr esta diferencia cambiando solo uno de los factores: longitud, tensión o masa. En la práctica, es deseable cambiarlos todos. El cambio de frecuencia es el producto del cambio de longitud, el cambio de diámetro y la raíz cuadrada del cambio de tensión:

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Ahora, si desea que todas las notas tengan aproximadamente la misma tensión, querrá que las cuerdas tengan el mismo diámetro, pero esto significaría, en el rango de un piano, un cambio masivo en la longitud o el diámetro para compensar. Entonces, en cambio, las cuerdas se vuelven un poco más largas y un poco más gruesas, y tienen una tensión ligeramente más baja, a medida que bajamos en frecuencia.

Pero hay un factor adicional importante: la rigidez de la cuerda. Mientras que una cuerda "perfecta" se doblaría fácilmente, de modo que solo la tensión determina la frecuencia y la propagación de la onda, en una cuerda de acero hay un cierto modo de propagación del sonido debido simplemente a la rigidez de la cuerda. Esta rigidez afecta más a los armónicos más altos, y tiene un mayor impacto en las cuerdas cortas y de alta tensión en la parte superior del rango.

En principio, las cuerdas bajas, al ser más largas, sufren menos este problema; pero por razones prácticas, las notas más bajas tienen cuerdas más cortas para mantener el tamaño del piano "razonable".

Pero aquí hay algo divertido. El oído humano no puede escuchar muy bien el tono de las notas más bajas de un piano; en cambio, usamos el contenido armónico para "adivinar" la fundamental. Esto hace que las notas más bajas en una vertical (con cuerdas más cortas en el extremo inferior) suenen menos agradables que las mismas notas en un piano de cola, que tiene cuerdas más largas y, por lo tanto, armónicos de mejor comportamiento. De hecho, la longitud de las cuerdas que a uno le gustaría en el extremo inferior excede incluso lo que puede caber dentro de un piano de cola, por lo que las cuerdas más bajas son más cortas de lo que a uno le gustaría (y con una tensión más baja):

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Finalmente, la cuestión del volumen y la decadencia. El siguiente gráfico muestra cómo la intensidad del sonido decae en el teclado, con las notas más bajas manteniéndose por más tiempo:

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Hacer que las cuerdas inferiores sean más pesadas tiene el efecto de hacerlas 'resonar' más largas; pero también hace que sea más difícil darles una gran patada, por lo que darán una intensidad más similar para el mismo toque en el teclado.

En general, un piano es un instrumento extremadamente complejo. Por el contrario, una guitarra es mucho más simple.

Pones una tonelada de energía y tiempo en esta respuesta. Aunque probablemente proporcione mucha más información de la que el OP nunca quiso, merece un voto a favor por el tiempo que invirtió. También hay buena información aquí. Buen trabajo.
@RockinCowboy gracias. Estaba aprendiendo mucho a medida que profundizaba un poco más en esto... Probablemente se dé cuenta de que mi "sitio principal" es la física, no la música...
Aprendo mucho investigando para asegurarme de que también digo la verdad en mis respuestas. Sí, su respuesta fue presentada como un verdadero físico ;-)

la fórmula es

frequency = sqrt(tension/mass per unit length)/(2*length)

El factor de 2 proviene del hecho de que una vibración fundamental afinada tiene que viajar por toda la cuerda y volver a subir para estar en fase.

Puedes jugar con todos los parámetros. Una guitarra tiene 6 cuerdas de aproximadamente la misma tensión, pero de distinto grosor. Esto permite una diferencia de 2 octavas entre las cuerdas más pesadas y las más ligeras. Presionar la cuerda en el traste 12 reduce a la mitad la longitud de la cuerda, duplica la frecuencia y eleva el tono en una octava. Algunas guitarras eléctricas tienen 24 trastes, lo que significa que pueden tocar un rango de 2 octavas en una sola cuerda al reducir la duración del habla a un cuarto. El rango total es por lo tanto 2+2=4 octavas. También es posible (pero muy inusual) combinar un bajo en el mismo instrumento, lo que haría un total de 5 octavas.

Sin embargo, esto crea problemas. Para tener la misma escala que una guitarra normal, las cuerdas del bajo tendrían que ser muy sueltas o muy gruesas, lo que haría que el instrumento fuera difícil de tocar. Por lo tanto, los bajos tienen una escala más larga que las guitarras normales.

El piano, por otro lado, usa variaciones mucho mayores de longitud y grosor, y logra un rango de 7 octavas.

Para los instrumentos de viento, la velocidad del sonido en el aire es constante. Esto significa que hay menos variables con las que jugar y es raro obtener más de una octava y media desde las posiciones de digitación. El clarinete logra exprimir más de 2 octavas mediante el uso de armónicos, lo que le da un rango de casi 4 octavas, lo que es impresionante, pero aún menos que la mayoría de las guitarras eléctricas.

Tanto la longitud como el factor de tensión en la frecuencia de una cuerda vibrante, junto con la masa de la cuerda. Las razones de las diferencias surgen de cómo uno toca los instrumentos y la física.

En el caso de la guitarra, los acordes se tocan usando los dedos para empujar las cuerdas hacia los trastes, disminuyendo la longitud de la cuerda. Esto muestra que las cuerdas de la guitarra "cambian de longitud" para formar acordes, pero no explica por qué las cuerdas tienen todas la misma longitud cuando están abiertas. Esta es una cuestión de fisiología. Si las cuerdas de alta frecuencia fueran más cortas, no podría extender los dedos lo suficiente como para manipular las cuerdas altas y bajas al mismo tiempo. Sería imposible tocar acordes.

Un piano se construye de manera diferente con una o más cuerdas para cada nota que se puede tocar. Esto permite todo tipo de sonidos que puede crear un piano que no puede crear una guitarra, como acordes con muchas notas. ¡Nada en la estructura de un piano impide que un acorde Cmaj se toque simultáneamente en 4 o 5 octavas! Los pianos obtienen esta habilidad al tener suficientes cuerdas para tocar cada nota en el piano simultáneamente. Sin embargo, esto también significa que hay muchas más cuerdas tirando de la caja de resonancia. Las fuerzas sobre un piano son tan grandes que hay gruesas placas de hierro fundido para soportar la tensión; ¡el piano se agrietaría o doblaría (y por lo tanto perdería la afinación) si no fuera tan fuerte!¹ Tratar de hacer que todas las cuerdas tuvieran la misma longitud sería un ejercicio inútil. Querrás hacer las cuerdas altas ultra apretadas. ¡Las cuerdas de piano ya están cerca de la resistencia a la tracción del acero de alta calidad! La alternativa sería hacer alambres más delgados (para disminuir su masa), ¡pero hacer alambres lo suficientemente gruesos en el extremo inferior y lo suficientemente delgados en el extremo superior sería una pesadilla de materiales! Ya tienen que hacer esto para las notas bajas envolviendo las cuerdas. Sería 10 veces peor si no variaran la longitud también.

Y claro, teniendo un bias de pianista, creo que es más bonito así ;-)

¹ No soy un afinador de pianos, pero por lo que he oído, las fuerzas en un piano en realidad son suficientes para flexionar la placa de hierro fundido a la que están unidas las cuerdas. Aparentemente, se flexionan lo suficiente como para que, a medida que afinas algunas cuerdas, la placa se doble lo suficiente como para desafinar a otras. ¡La afinación de pianos es un verdadero arte!

No soy pianista, pero he oído que las cuerdas de guitarra tienen una tensión de unas 15 libras. Si las cuerdas del piano son similares (y creo que en realidad las cuerdas del piano son más tensas), serían 1320 lb para un piano de 88 teclas con solo una cuerda por tecla (de hecho, esto varía y probablemente haya un promedio de aproximadamente 2 cuerdas por tecla).
@steveverrill Son bastante más altos, en realidad. No sabía exactamente qué tan altos, así que solo busqué qué tan altos son en realidad. "Los tonos agudos tienen tres cuerdas al unísono, el rango de tenor usa dos cuerdas al unísono y las cuerdas de bajo usan solo una cuerda. El resultado final es que para 88 notas, puede haber hasta 236 cuerdas. Cada cuerda tiene una tensión de 160-200 libras, lo que resulta en una tensión total de cuerda de 35 000 libras". ( piano.christophersmit.com/strings.html )

Primero para aclarar algunos conceptos erróneos. Todas las cuerdas de una guitarra tienen en realidad una longitud diferente, pero se ven iguales. El puente en el cuerpo está ligeramente inclinado, por lo que, técnicamente, todas las cuerdas tienen una longitud diferente:

puente de guitarra

La razón principal por la que las cuerdas pueden tener aproximadamente la misma longitud pero tener diferentes tonos tiene que ver con el grosor de la cuerda. En un piano, desea que cada cuerda tenga su propio sonido único para la nota, por lo que debe variar el grosor y la longitud y no solo uno u otro como en la guitarra.

Correcto sobre cuerdas de guitarra. No cubrí eso en mi respuesta porque parecía un detalle menor (dije "relativamente" igual de largo). Pero me alegra que haya ilustrado el tecnicismo de la declaración "errónea" en la pregunta.
Esto es para compensar el aumento de tensión (y el consiguiente efecto en el tono) cuando la cuerda se dobla cuando se presiona contra el diapasón, un efecto que difiere de una cuerda a otra debido a sus diferentes grosores. De hecho, podría hacer que todas las cuerdas tengan la misma longitud e inclinar todos los trastes en lugar del puente. Resulta que es más fácil solo inclinar el puente. Si cambia el calibre de las cuerdas que usa, puede ajustar el puente en algunas guitarras (la mayoría de las guitarras eléctricas tienen ajuste de tornillo).
@steveverrill, ¡todos aquí hablan de preocuparse, excepto el OP! Cuando están abiertos, ¿son todos del mismo largo?

Todas las cuerdas de la guitarra (u otros instrumentos de cuerda con cuello) son diferentes: tienen materiales parcialmente diferentes (las cuerdas inferiores tienden a estar enrolladas con alambre) y ciertamente tienen un grosor diferente. Suenan mejor a una tensión particular.

Por lo general, los compras en juegos a pesar de que envejecen de manera diferente.

Las cuerdas de piano son muy duraderas y rara vez se cambian: no hay "conjuntos" reales. Si un afinador de pianos tuviera que llevar cuerdas de repuesto separadas para todas las 88 notas diferentes, sería complicado. Entonces, el piano se las arregla con muchas menos cuerdas diferentes, en lugar de variar su longitud junto con diferentes tonos y solo ocasionalmente moviéndose al siguiente tipo/grosor de cuerda. De esa manera, un afinador necesita llevar solo un número limitado de tamaños de cuerdas de reemplazo (las cuerdas bajas inferiores tienen un bobinado que se detiene antes de los extremos de las cuerdas, por lo que deben tener un tamaño individual después de todo y no se pueden cortar a la medida en el sitio, pero es mucho menos habitual que requieran cambios que con los superiores).

Esto no es relevante o incluso exacto.
@CarlWitthoft ¿Te refieres a la parte sobre los afinadores de piano que llevan cuerdas de repuesto? Si esa parte es cierta, me gustaría que alguien proporcione una cita creíble. Que yo sepa, los afinadores de pianos no suelen llevar cuerdas de repuesto. El primer párrafo parece suficientemente cierto y relevante, aunque las respuestas posteriores han sido mucho más completas.