Piano on kosketinsoitin, jossa ääni syntyy huopapäällysteisten vasaroiden lyödessä soittimen sisälle jännitettyjä metallikieliä. Kielten värähtely siirtyy puiseen kaikupohjaan, joka vahvistaa ja värittää ääntä sekä muuttaa värähtelyn ilman liikkeeksi, joka aistitaan äänenä. Vasaroiden liikettä hallitaan koskettimistolta.
Näkökulman mukaan pianoa voidaan pitää kielisoittimena, kosketinsoittimena tai jopa lyömäsoittimena. Sachs-Hornbostel-soitinluokituksen mukaan piano on kordofoni eli kielisoitin, tarkemmin sanottuna laatikkositra (Kastenzither 314.122), jossa on koskettimisto.
Pianolla on tärkeä asema länsimaisessa, erityisesti klassisessa musiikissa soolo- ja säestyssoittimena, kamarimusiikissa sekä suosittuna työkaluna säveltämisessä, musiikkiesitysten harjoittamisessa ja musiikin opiskelussa. Piano on tärkeä soitin myös populaarimusiikissa. Piano on yleinen kotisoitin.
Historia Pianon kehitys sai alkunsa dulcimer-tyyppisistä soittimista, joihin keskiajalta lähtien yritettiin lukuisia kertoja liittää koskettimisto ja koneisto. Tämän kehityksen tuloksena eriytyivät ensin klavikordi ja cembalo. Modernin pianon kehittäjänä ja jopa keksijänä pidetään italialaista Bartolomeo Cristoforia (1655–1731). Kolme hänen 1720-luvulla rakentamaansa soitinta on säilynyt, ja niiden koneiston toimintaperiaate on sama kuin modernissa konserttiflyygelissä. Cristofori kutsui rakentamiaan soittimia nimellä clavicembalo [tai gravicembalo] col piano E forte eli sananmukaisesti cembalo, jolla voi soittaa hiljaa ja voimakkaasti ( ja ) (cembalolla, toisin kuin pianolla, äänenvoimakkuus ei vaihtele sen mukaan, kuinka suurella voimalla koskettimia painetaan). Tämäntyyppisiä soittimia ryhdyttiin pian kutsumaan nimillä fortepiano, josta on tullut suomenkielinen nimitys piano. Pianon rakenne on Christoforin jälkeen merkittävästi kehittynyt. Tärkeitä merkkipaaluja ovat mm. valuraudasta valmistettu tukikehikko, jolloin soittimen kokoa ja kielten jännitystä voitiin huomattavasti lisätä, huovan käyttöönotto nahan sijaan vasaroiden päällysteenä sekä koneiston monet kehitysvaiheet. Kehityksen tuloksena pianon ääni on voimistunut ja tullut kantavammaksi.
Modernin mekaanisen, akustisen pianon tekninen rakenne on peräisin 1900-luvun alusta. Sen jälkeen kehitys on ollut vähäistä. Kosteusvaihteluihin reagoivan puun korvaaminen muovilla erityisesti edullisimman hintaluokan pianojen koneistossa, mikä on samalla alentanut valmistuskustannuksia, on viime aikojen muutoksista ehkä merkittävin.
Kokonaan uusille urille pianon kehitys lähti elektroniikkaan perustuvien syntetisaattorin ja digitaalipianon kehityksen myötä. Niiden ääni tuotetaan sähköisesti.
Nykyaikainen piano thumb|200px|Pierre-Auguste Renoir, Kaksi tyttöä pianon ääressä, 1892–1893. Nykyisin valmistetaan ja käytetään kahden tyyppisiä pianoja: pystypianoja ja flyygeleitä.
Pystypiano Pystypiano – jota kutsutaan vain nimellä piano, jos sekaannuksen vaaraa ei ole – on yleinen koti- ja koulusoitin. Rakenne on kompakti ja tilantarve vähäinen. Pystypiano on yleensä hinnaltaan halvempi kuin flyygeli.
Kielet ovat pystysuorassa ja koneisto on soittajasta katsoen kielten edessä. Kaikupohja on vastaavasti kielten takana. Vasarat liikkuvat likimain vaakasuorassa ja palautuvat lepoasentoonsa koneiston jousien voimasta.
Pianon koon mitta on sen korkeus; tällä hetkellä valmistettavien mallien korkeus on yleensä 109–132 cm. Yleensä katsotaan pianon korkeuden kasvaessa saavutettavan etuja äänen laadussa ja kantavuudessa. Suomessa ei ole tapana kutsua pystypianoja niiden korkeuden mukaan eri nimillä, toisin kuin anglo-amerikkalaisessa maailmassa.
Flyygeli Flyygelin nimitys tulee soittimen muodosta, joka muistuttaa siipeä ( 'siipi').
Flyygelin kielet ovat vaakatasossa, kaikupohja on niiden alla ja vasarat lyövät kieliin altapäin. Vasarat palautuvat lepoasentoon painovoiman vaikutuksesta, eli säädettäviä ja kuoleutuvia jousia ei ole. Flyygelin koneistossa on ominaisuus, joka mahdollistaa saman sävelen nopean toistamisen eli repetition. Flyygelin kielet ovat yleensä pidemmät kuin pystypianon kielet ja kaikupohja on suurempi.
Konserttisoittimena käytetään yksinomaan flyygeliä. Flyygeli on myös ammattilaisen ja vaativan harrastajan soitin, sillä flyygelin koneisto on nopeampi kuin perinteisen pystypianon. Flyygeli on kuitenkin tilaa vievä ja usein hyvin kallis. Pienimmät flyygelit ovat noin 150 cm pitkiä. Konserttiflyygelinä yleisen Steinway & Sonsin D-mallin pituus on 274 cm ja paino 480 kg. Tämän kokoista flyygeliä kutsutaan täysmittaiseksi.
Tekniikka thumb|200px|left|Pystypianon koneisto thumb|200px|Flyygelin koneisto poikkileikkauksena.
Ääniala Nykyään valmistettavien ja käytettävien pianojen ääniala on liki poikkeuksetta 7 ¼ oktaavia eli 7 oktaavia ja pieni terssi. Koskettimia on vastaavasti 88, joista 52 valkoista ja 36 mustaa. Matalin sävel, joka pianolla voidaan soittaa, on subkontraoktaavin A (A2) ja korkein viisiviivainen c (c5).
Pianon historian aikana ääniala kasvoi pitkän ajan sisällä nykyiseen laajuuteensa. Cristoforin soittimien, siis ensimmäisten pianojen, ääniala oli 4 tai 4 ½ oktaavia. Gottfried Silbermann – joka esitteli soittimiaan aluksi huonolla menestyksellä Johann Sebastian Bachille – rakensi meille tunnettuihin soittimiinsa yleensä vajaat viisi oktaavia. Mozartin käyttämät soittimet vaihtelivat, mutta kaikki hänen säveltämänsä pianokonsertot ja pianosonaatit voidaan soittaa äänialaltaan 5 ½ oktaavin soittimella, joka 1700-luvun lopulla olikin tavallisin. Beethovenin aikaisissa wieniläisissä soittimissa oli 6 ½ oktaavia. Lontoon maailmannäyttely vuonna 1851 merkitsi 7 oktaavin läpimurtoa: ääniala alkoi kaikilla soittimiaan näytteille asettaneilla valmistajilla subkontraoktaavin A:sta. Kaikki merkittävät valmistajat laajensivat 1870-luvun kuluessa diskantin viisiviivaiseen c:hen ja näin oli päädytty nykykäytäntöön.
Kokeiluja äänialan laajentamiseksi on tehty, mutta se ei ole yleistynyt. Itävaltalainen Bösendorfer-tehdas valmistaa flyygeliä, malli 290 Imperial (mallimerkintä viittaa soittimen kokonaispituuteen), jossa on yhdeksän ylimääräistä bassokosketinta. Alin soitettava sävel on siis subkontraoktaavin C (C2), jonka perustaajuus on noin 16,5 Hz. Ääni on niin matala, että yksittäiset värähdykset kuuluvat. Sekaannusten välttämiseksi ylimääräiset "valkoiset" koskettimet ovat väriltään mustia tai laajennus voidaan haluttaessa peittää kannella.
Kielet Pianon keskialueella ja diskantissa jokaista säveltä kohden on kolme jäykästä teräslangasta, ns. pianolangasta, valmistettua kieltä, jotka viritetään samalle taajuudelle. Kolmen kielen ryhmää kutsutaan kielikuoroksi tai lyhyemmin vain kuoroksi. Bassoaluetta kohti siirryttäessä kuoron kielien määrä vähenee ensin kahteen, ja alimpia säveliä vastaa vain yksi kieli.
Jännitetyn kielen perustaajuus f saadaan Mersennen kaavasta:
kun L on kielen värähtelevän osan pituus; T voima, jolla kieltä jännitetään, ja m kielen massa pituusyksikköä kohden.
Jännitys ja massa ovat neliöjuuressa, mikä osoittaa, että kielen pituuden muutoksella on värähtelytaajuuden kannalta olennaisesti suurempi merkitys kuin jännityksen tai massan muutoksilla. Pianon ääniala on kuitenkin niin laaja, että jos koko ääniala katettaisiin suhteessa samanmassaisilla ja samassa jännityksessä olevilla kielillä, matalimman ja korkeimman kielen pituuksien suhde olisi noin 150:1, mikä olisi käytännössä mahdotonta. Siksi kielilangan paksuus kasvaa siirryttäessä diskantista bassoon. Basson kielet tulisivat homogeenisesta teräslangasta valmistettuina liian paksuiksi, minkä vuoksi bassoalueella kielet tehdään kiertämällä teräslangan ympärille tiukka kuparilankaspiraali. Alimmissa kielissä kuparilankaa saatetaan lisätä vielä toinenkin kerros.
Viisiviivaisen c:n kielien pituus on kaikissa pianoissa noin 54 mm. Matalimpien sävelten kielten pituus määräytyy soittimen koon asettamien rajoitusten mukaan. Konserttiflyygelin A2:n pituus on 2010 mm (Steinway & Sons D-malli). Pystypianon pisimmät kielet ovat tästä enimmillään noin puolet, matalissa soittimissa vielä vähemmän.
Koneisto Koskettimia painettaessa pianon koneisto välittää soittajan sormien energian vasaraan. Koneisto on monimutkainen vipu- ja jousijärjestelmä, jonka toiminta on niin nopea, ettei sitä pysty ihmissilmällä seuraamaan. Seuraava selostus kuvaa vain keskeiset vipujen liikkeet.
Pystypianon koneiston toiminta Pystypianon koneisto
left|250px
(1) Viritystukki (2) Viritystappi (3) Agraffi eli kieliruuvi (pystypianossa harvoin) (4) Koneiston kiinnitysruuvi (5) Kieli (6) Sammuttaja (7) Sammuttajan varsi (8) Vasaran istukka (9) Koneistopalkki (10) Sammuttimien nostovipu (11) Lusikka (12) Kosketin (13) Pilotti (14) Pääjäsen (15) Työntäjän mutka (16) Löysäysnuppi (17) Työntäjä (18) Koppari (19) Kannus (20) Vasaralista (21) Vasara
Soittajan painaessa pystypianon kosketinta (12) sen takapäässä oleva pilotti (13) kohottaa pääjäsentä (14) ja siihen akseloitua työntäjää (17) ylöspäin. Työntäjän yläpää kääntää vasaran istukkaa (8) jolloin istukkaan varrella kiinnitetty vasara (21) lähtee liikkeelle kohti kieliä (5).
Koskettimen ja koneiston ollessa noin liikkeensä puolivälissä kohtaa pääjäsenen lusikka (11) sammuttimen varren (7) ja sammuttaja (6) nousee irti kielistä, jotka siis voivat nyt värähdellä vapaasti siihen saakka kunnes kosketin vapautetaan.
Kosketin, koneisto ja vasara jatkavat liikettään, kunnes vasara on muutaman millimetrin päässä kielistä. Sillä hetkellä työntäjän alapäässä oleva mutka kohtaa löysäysnupin (16), joka pääjäsenen jatkaessa edelleen nousuaan pakottaa työntäjän yläpään luistamaan pois vasaran istukan alta. Kuvassa työntäjän yläpää siirtyy oikealle. Yhteys koskettimen ja vasaran välillä katkeaa; tätä tapahtumaa kutsutaan löysäykseksi tai irrotukseksi.
Vasara jatkaa liikettään oman liike-energiansa voimasta, iskeytyy kieliin ja kimpoaa kielen jousivoiman voimasta takaisin. Kosketin on tässä vaiheessa edelleen alas painettuna ja pääjäsen siis yläasennossaan, näin vasara ei pääse palautumaan kokonaan lepoasentoonsa, vaan jää kannuksen (19) varassa kiinni koppariin (18). Kun kosketin vapautetaan, pääjäsenen ja työntäjän mutkan väliin viritetty kierrejousi siirtää työntäjää niin, että työntäjän yläpää kääntyy takaisin vasaran istukan alle (kuvassa vasemmalle) ja koneisto on valmis uuteen iskuun.
Jos uusi isku tapahtuu välittömästi, ei vasara ehdi palautua lepoasentoonsa vasaralistan (20) varaan vaan liike kohden kieliä alkaa heti kopparin vapautettua vasaran istukan. Tämä helpottaa saman sävelen nopeaa toistoa (repetitiota), joskaan pystypianon repetitio ei ole likikään niin varma, täsmällinen ja nopea kuin flyygelissä. Jos samaa kosketinta ei isketä heti uudelleen, vasara palautuu lepoasentoonsa oman jousensa (kaareva lattajousi kuvassa vasaran istukan ja sammuttajan varren välissä; ei numeroitu) voimasta ja istukkaan kiinnitetyn nykäisijän nauhan (kuvassa kopparin alapuolella) vetämänä. Samalla sammutin palautuu jousensa voimasta takaisin kieliin kiinni ja tukahduttaa kielten värähtelyn: ääni sammuu.
Flyygelin koneiston toiminta Flyygelin koneisto
left|500px
(1) Kosketin (2) Pilotti (3) Pääjäsen (4) Löysäysnuppi (5) Työntäjä (6) Vasaran kapseli ja ruuvi (7) Pysähdyttäjän (ruuvi) (8) Vasaran varsi (9) Repetitio- eli toistojäsen (10) Vasara (11) Koppari (12) Sammuttimen vipu (13) Sammuttimen nostolista (14) Lusikka (15) Sammuttaja (16) Kieli (17) (Valurauta)kehys (18) Agraffi eli kieliruuvi (19) Viritystappi (20) Viritystukki
Soittajan painaessa flyygelin kosketinta (1) pilotti (2) nostaa pääjäsentä (3) ja siihen akseloitua työntäjää (5). Työntäjä on suoraan kontaktissa vasaran varressa (8) olevan rullan kanssa, koska repetitiojäsenessä (9) on reikä, jonka läpi työntäjän yläpää pääsee liikkumaan. Työntäjä työntää vasaran liikkeeseen ylöspäin kohti kieliä.