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현의 길이, 질량, 그리고 장력

피아노 현은 길이와 직경이 점진적으로 달라지며, 가장 길고 굵은 현은 저음부에, 가장 짧고 가는 현은 고음부에 배치된다. 피아노의 현은 직경이 다르며, 따라서 단위 길이당 질량도 달라진다. 저음부의 현은 고음부보다 더 두껍다. 일반적인 범위는 최저음 저음 현의 직경이 약 0.240인치(6.1mm)에서 최고음부 현의 직경이 0.031인치(0.79mm, 사이즈 13)까지이다. 이러한 두께 차이는 현의 음향학적 성질에 의해 잘 설명된다.

만약 똑같이 팽팽하고 무게가 같은 두 줄을 놨을 때, 한쪽이 다른 쪽의 두 배 길이라면 긴 쪽은 짧은 쪽보다 한 옥타브 낮은 음을 낸다. 그러나 이 원리를 그대로 피아노 설계에 적용한다면, 즉 가장 높은 음부터 시작하여 옥타브마다 현의 길이를 두 배씩 늘린다면, 저음부 현을 어떤 합리적인 크기의 피아노 프레임에도 담아낼 수 없게 된다. 게다가 현이 진동할 때, 진동 폭은 현의 길이와 연관이 있어 이런 가상의 초대형 피아노에서는 저음부 현들이 연주될 때 서로 부딪히게 될 것이다.

따라서 피아노 제작자들은 이 대신, 무거운 현이 같은 길이와 장력의 가벼운 현보다 더 느리게 진동한다는 사실을 이용한다. 그렇기 때문에 저음부 현은 “옥타브마다 두 배” 법칙이 예측하는 것보다 짧고, 훨씬 굵게 만든다.

음정을 결정하는 또 다른 요소는 길이나 밀도, 질량 이외에 장력이다. 연주회용 그랜드 피아노에서 개별 현 하나가 받는 평균 장력은 약 200파운드(91kg)에 이르며, 피아노 전체 현이 만들어내는 누적 장력은 20톤(20,000kg)을 초과한다.