<!DOCTYPE HTML PUBLIC "-//W3C//DTD HTML 4.0 Transitional//EN">
<HTML><HEAD>
<META http-equiv=Content-Type content="text/html; =
charset=iso-8859-1">
<META content="MSHTML 6.00.2716.2200" name=GENERATOR>
<STYLE></STYLE>
</HEAD>
<BODY bgColor=#ffffff>
<DIV><FONT face=Arial size=2>I mentioned ghost tone testing in an =
earlier post
and a few people&nbsp;emailed me to ask huh? What? How? So, post the =
following.
I am also attaching this as a Word document, if anyone cares to print =
out a
cleaner copy with&nbsp;better layout.</FONT></DIV>
<DIV><FONT face=Arial size=2></FONT>&nbsp;</DIV>
<DIV><FONT face=Arial size=2>
<P align=center>GHOST TONES IN PIANO TUNING</P>
<P align=center>Based on Information and Ideas Stolen from Various =
Reliable
Sources</P>
<P align=center>By Alan R. Barnard</P>
<P align=center></P>
<P align=center>&nbsp;</P>
<P>Introduction</P>
<P>I'll try to outline the science of strings, briefly, and their =
ability to
generate "ghost tones" at specific partials for accurate tuning checks. =
Most
readers will already know some or all of this information, but it really =
helps
me to understand the theory behind our practices so I assume others will =

appreciate having it presented. If you are pretty new to all of this or =
limited
in knowing the physics of strings and/or music theory, <I>please sit at =
a piano
as you read this.</I> Experiment with the relationships I describe; I =
think
you’ll "get it."</P>
<P>I’m writing this all out of my head. If I get anything wrong, email =
me
pronto, please, and I will post a corrected version of the whole =
thing.</P>
<P>Intervals for "ghost tuning" are ones that occur naturally in one =
string so
this is not a discussion on temperament or evenness-of-scale testing =
(running
3<SUP>rd</SUP>s or 10<SUP>th</SUP>s, for example) for which ghosts are =
not
appropriate. The reason for this is an "energy" problem (more on this
below).</P>
<P>Also, my presentation of theory is based on "perfect string" science. =
No
string, and especially not a heavy steel string, can begin vibrating =
precisely
at its termination points due to the stiffness of the material. This =
generates,
of course, the "inharmonicity" that provides job security for =
professional
tuners and is never quite grasped by amateur "tooners." Inharmonicity, =
its
relation to tuning, string length, size of piano, unwanted noise in =
single bass
strings (longitudinal inharmonicity), and other topics, are all very =
interesting
but beyond the scope of the present discussion. </P>
<P>So we will assume perfect string harmonicity in this discussion =
although,
ironically, it is inharmonicity that makes "ghost tuning" useful and =
interval
testing necessary in the first place!</P>
<P></P>
<P>The Science Behind It:</FONT><FONT size=2> </P></FONT><FONT =
face=Arial
size=2>
<P>Every string vibrates in a complex way including ...</FONT><FONT =
size=2> </P>
<UL></FONT><FONT face=Arial size=2>
  <LI>End to end, at its fundamental pitch (1<SUP>st</SUP> =
partial).</FONT><FONT
  size=2> </LI></FONT><FONT face=Arial size=2>
  <LI>In halves, with a node (dead spot) in the center of the string, =
one octave
  above the fundamental. This is the 2<SUP>nd</SUP> partial (or, to make =
it
  confusing, some call it the 1st overtone)</FONT><FONT size=2>
  </LI></FONT><FONT face=Arial size=2>
  <LI>In thirds, with two nodes, for the 3<SUP>rd</SUP> partial =
(2<SUP>nd</SUP>
  overtone). This interval is a 12<SUP>th</SUP> and is an octave + fifth =
above
  the fundamental.</FONT><FONT size=2> </LI></FONT><FONT face=Arial =
size=2>
  <LI>In fourths, with three nodes, for the 4<SUP>th</SUP> partial (3rd
  overtone). This is the double octave.</FONT><FONT size=2> =
</LI></FONT><FONT
  face=Arial size=2>
  <LI>In fifths to produce the 5th partial. This interval is the
  17<SUP>th</SUP>, or two octaves + fifth.</LI></UL>
<P>For a brilliant and impressive demonstration of this, ask a brilliant =
and
impressive guitarist to play "harmonics" for you. Especially at the
2<SUP>nd</SUP> partial, you can actually <I>see</I> the string vibrate =
in two
halves with a node at the twelfth fret (1/2 the string length). While it =
is thus
vibrating, you can lightly rest your finger on the string at this node =
without
dampening the sound in the least. The 7<SUP>th</SUP> fret hamonic is the =

3<SUP>rd</SUP> partial, the 5<SUP>th</SUP> fret is the 4<SUP>th</SUP> =
partial,
etc. Do you see the implications of this for hammer shaping? Damper =
placement
and length? Hammer strike line? Scaling, in general?</P>
<P>A cellist or bassist could also demonstrate this very well. Violins =
you could
hear, but not see, what is happening. Did I mention that I am a =
guitarist
(classical)? The jury is still out on "impressive," and definitely found =
me not
guilty of that "brilliant" thing.</P></FONT><FONT size=2></FONT><FONT =
face=Arial
size=2>
<P>Here is a chart of these intervals and their musical tone equivalents =
for the
note C28. The key numbers listed under "Note" refer to the key that =
plays, at
its fundamental, the same pitch as the partial of C28. </P></FONT>
<TABLE cellSpacing=1 cellPadding=7 width=638 border=1>
  <TBODY>
  <TR>
    <TD vAlign=top width="33%"><B><FONT face=Arial size=2>
      <P>Note (Key)</B></FONT></P></TD>
    <TD vAlign=top width="33%"><B><FONT face=Arial size=2>
      <P>Partial</B></FONT></P></TD>
    <TD vAlign=top width="33%"><B><FONT face=Arial size=2>
      <P>Interval</B></FONT></P></TD></TR>
  <TR>
    <TD vAlign=top width="33%"><FONT face=Arial size=2>
      <P>C28</FONT></P></TD>
    <TD vAlign=top width="33%"><FONT face=Arial size=2>
      <P>1<SUP>st</SUP> </FONT></P></TD>
    <TD vAlign=top width="33%"><FONT face=Arial size=2>
      <P>Fundamental</FONT></P></TD></TR>
  <TR>
    <TD vAlign=top width="33%"><FONT face=Arial size=2>
      <P>C40</FONT></P></TD>
    <TD vAlign=top width="33%"><FONT face=Arial size=2>
      <P>2<SUP>nd</SUP> </FONT></P></TD>
    <TD vAlign=top width="33%"><FONT face=Arial size=2>
      <P>Octave</FONT></P></TD></TR>
  <TR>
    <TD vAlign=top width="33%"><FONT face=Arial size=2>
      <P>G47</FONT></P></TD>
    <TD vAlign=top width="33%"><FONT face=Arial size=2>
      <P>3<SUP>rd</SUP></FONT></P></TD>
    <TD vAlign=top width="33%"><FONT face=Arial size=2>
      <P>Octave + Fifth (12<SUP>th</SUP>)</FONT></P></TD></TR>
  <TR>
    <TD vAlign=top width="33%"><FONT face=Arial size=2>
      <P>C52</FONT></P></TD>
    <TD vAlign=top width="33%"><FONT face=Arial size=2>
      <P>4<SUP>th</SUP></FONT></P></TD>
    <TD vAlign=top width="33%"><FONT face=Arial size=2>
      <P>Double Octave (15<SUP>th</SUP>)</FONT></P></TD></TR>
  <TR>
    <TD vAlign=top width="33%"><FONT face=Arial size=2>
      <P>E56</FONT></P></TD>
    <TD vAlign=top width="33%"><FONT face=Arial size=2>
      <P>5<SUP>th</SUP></FONT></P></TD>
    <TD vAlign=top width="33%"><FONT face=Arial size=2>
      <P>Double Octave + Third (17<SUP>th</SUP>)</FONT></P></TD></TR>
  <TR>
    <TD vAlign=top width="33%"><FONT face=Arial size=2>
      <P>G59</FONT></P></TD>
    <TD vAlign=top width="33%"><FONT face=Arial size=2>
      <P>6<SUP>th</SUP></FONT></P></TD>
    <TD vAlign=top width="33%"><FONT face=Arial size=2>
      <P>Double Octave + Fifth (19<SUP>th</SUP>)</FONT></P></TD></TR>
  <TR>
    <TD vAlign=top width="33%"><FONT face=Arial size=2>
      <P>A#62 (B</FONT><FONT face=Harmony size=2>(</FONT><FONT =
face=Arial
      size=2>)</FONT></P></TD>
    <TD vAlign=top width="33%"><FONT face=Arial size=2>
      <P>7<SUP>th</SUP></FONT></P></TD>
    <TD vAlign=top width="33%"><FONT face=Arial size=2>
      <P>Double Octave + Seventh</FONT></P></TD></TR>
  <TR>
    <TD vAlign=top width="33%"><FONT face=Arial size=2>
      <P>C64</FONT></P></TD>
    <TD vAlign=top width="33%"><FONT face=Arial size=2>
      <P>8<SUP>th</SUP></FONT></P></TD>
    <TD vAlign=top width="33%"><FONT face=Arial size=2>
      <P>Triple Octave</FONT></P></TD></TR>
  <TR>
    <TD vAlign=top width="33%"><FONT face=Arial size=2>
      <P>D66</FONT></P></TD>
    <TD vAlign=top width="33%"><FONT face=Arial size=2>
      <P>9<SUP>th</SUP></FONT></P></TD>
    <TD vAlign=top width="33%"><FONT face=Arial size=2>
      <P>Triple Octave + Second</FONT></P></TD></TR>
  <TR>
    <TD vAlign=top width="33%"><FONT face=Arial size=2>
      <P>E68</FONT></P></TD>
    <TD vAlign=top width="33%"><FONT face=Arial size=2>
      <P>10<SUP>th</SUP></FONT></P></TD>
    <TD vAlign=top width="33%"><FONT face=Arial size=2>
      <P>Triple Octave + Third</FONT></P></TD></TR></TBODY></TABLE><FONT =
face=Arial
size=2>
<P>Important or Interesting Comments on the Chart Above</P>
<P>Please note distinctions between the terms partial, interval, and =
chord
member. The note G37 in relation to C28, for instance, is the =
<I>3<SUP>rd</SUP>
partial</I> of C28, a <I>chord fifth</I> in a major or minor C chord, =
and an
<I>interval of a 12<SUP>th</I></SUP> from C28.</P>
<P>It is also interesting to note the natural science of music theory =
that a
single string demonstrates. In our example, the first 10 partials =
include 4 C’s,
2 E’s, 2 G’s, a B</FONT><FONT face=Harmony size=2>(</FONT><FONT =
face=Arial
size=2>, and a D. So we have a C major chord in the natural harmonics =
of the
string, i.e., C-E-G. Add the B</FONT><FONT face=Harmony =
size=2>(</FONT><FONT
face=Arial size=2> and you have a C7 chord; add the D and you have a =
C9 chord.
The same relationships hold for any string played.</P>
<P>Note: It is only a coincidence that the chord seventh, here, is the
7<SUP>th</SUP> partial and the 9<SUP>th</SUP> partial is a chord ninth. =
In fact,
the 3<SUP>rd</SUP> partial is a chord fifth, the 5<SUP>th</SUP> partial =
is a
chord third. Don’t be confused.</P>
<P>It is the relative strength or weakness of each sounding partial (and =
the
higher ones not here named) that, mostly, account for the string’s =
timbre
(pronounced "tam·br"), that is to say, it’s particular character of =
sound.
Middle C has different characteristic sounds in pianos, harps, guitars, =
and
cellos because of the way string materials, lengths, masses (weights), =
&amp;
tensions—as well as differing soundboard and resonating chamber
constructions—impede or encourage the strength of each partial. =
Similarly, it is
the reason an oboe, a clarinet, a flute, and a saxophone can play the =
same note
(fundamental) yet sound distinctly different. This likewise explains why =
two
human voices singing the same note sound different, especially if there =
are
significant physical differences between the two persons, e.g., a tenor =
and a
soprano each singing middle C. Further examples include organ "stops,"
reproduction of sound through two different hi-fi speakers, the same =
instrument
played in two different concert halls, etc.</P>
<P>Demonstration</P>
<P>At a tuned piano, hold down the C28 key (without sounding it). Use no =
pedals.
Strike and instantly release C40 so the damper immediately stops this =
note. You
will continue to hear C40 because, through what is called "sympathetic
resonance," the energy you put into the piano has caused C28 to vibrate =
at it’s
2<SUP>nd</SUP> partial (1<SUP>st</SUP> overtone)--the C40 pitch! To =
prove that
this is so, strike and release the C40, as above, then release C28 and =
note that
the middle C tone of C40 stops instantly. Instantly, that is, if your =
C28 damper
is working properly.</P>
<P>Just for fun, hold down C28 as above and quickly strike and release =
any or
all of the notes above C28 listed in the chart above. They will all =
sound until
they decay or until you release C28.</P>
<P>Now, holding down C28, try striking and releasing a key <I>not</I> in =
the
above chart. Any tones that are picked up by the C28 strings are from
<I>overtones</I> (partials above the 1<SUP>st</SUP>) of that struck key, =
not
from its fundamental. These overtones, have less energy than the =
fundamental of
that key. This explains, in part, why sympathetic vibrations picked up =
by the
C28 strings are relatively weak and somewhat out of tune, in this case. =
The
other reason is that the C28 strings are naturally sympathetic only to =
their own
partial series, as per the chart above.</P>
<P>Try the experiment with G35. This is the first natural fifth of the C =
major
chord built on C28. So one might expect it to produce a loud sympathetic =
ring in
C28. But it doesn’t. In fact compare it to what is generated by G47 at =
the
12<SUP>th</SUP>. G47 is in the partial series (chart) and G35 is not. =
The energy
put into C28 by G35 is at G35's second partial, not at its strong =
fundamental,
and therefore has the pitch of G47—but not with the amount of energy =
the G47 key
will impart—at its fundamental pitch—if <I>it</I> is struck.</P>
<P>The beats between strings of different intervals (or out-of-tune =
unisons) are
caused by the interactions of closely--but not identically—aligned =
partials of
the respective strings. Two strings in a unison provide the easiest =
example:
When they are in tune (and presuming they have identical mass, tension, =
and
length—with no nicks, kinks, rust, or other flaws), every partial =
will, in
theory, line up exactly. Each partial will be exactly in phase, meaning =
the
highs and lows of their generated sound waves will occur at precisely =
the same
instant. If the strings differ in any way, something will change, some =
of the
partials will be out of phase.</P>
<P>When two tones are near each other but not in phase, their respective =
sound
waves will sometimes reinforce each other (we hear louder) and at other =
times
interfere with each other (we hear softer). These are the proverbial =
"beats" we
tune with or try to tune out. Beats are a real, physical phenomenon—a =
change in
the way sound reaches our eardrums—not a psychological trick of the =
brain, as
some believe.</P>
<P>As an interesting aside, multi-engine aircraft can also be tuned with =
beats.
When the beats get slower, the prop speeds are closer; when the beats =
stop, the
two propellers are spinning at exactly the same speed ("rotational =
velocity," to
be precise). If the plane has more than two engines, you have to "tune" =
two of
them, then start and "tune" the third, etc. The same principle applies =
to tuning
strings: you can really only tune one at a time. Even if you aren’t =
muting out
other strings, you are only listening to and tuning one string at a =
time. Also,
if the propellers differ in some way (not a good idea), would you have =
trouble
tuning them to beats? Yes. It would be like tuning two badly mismatched =
strings
in a bass unison (Oh, Mercy, don’t you know: Been there, done that, =
got the
souvenir T-shirt.).</P>
<P>If you want to see this effect, take some stones of differing mass or =
size
and find some still water (a pond, not a river). Start dropping stones =
near each
other and watch how the ripples interact.</P>
<P>This little phenomenon also explains why string "level" is important =
to tone
quality in unisons. If the strings are not in exactly the same plane =
with
respect to the hammer face, one string will start sounding slightly =
ahead of the
other, i.e., out of phase. So if the hammer shape is uneven, the hammer
"travels" and strikes at an angle to the string plane, or the strings =
themselves
are not exactly level, it is not possible to align all the partials of =
those two
(or three) strings. Even if each string is precisely, stop-the-lights, =
in tune
at the fundamental pitch, out-of-phase higher partials will make the =
note sound
whiney, or worse. (Hello Betsy Ross and all your cheap little =
friends.)</P>
<P>Ghost Tuning ("Finally," Many Will Say) or, More Precisely, Ghost =
Tone
Interval Testing</P>
<P>This part, I will just present as "how to’s" and examples. The =
idea, in each
case, is to isolate exactly the partials we are trying to match in the =
two notes
of the interval without having to listen to—or through—the =
fundamentals or any
other partials of the notes.</P>
<P>Octaves</P>
<P>Please note that this is not a treatise on tuning, per se, nor on =
what size
octave to use in what part of the piano or anything like it. This is =
simply a
way to isolate the pitch of string interactive beats—for training =
purposes, if
nothing else. Often times, the "best" tuning for a bass note, especially =
in
poorly scaled or tired pianos, will be somewhere <I>between</I> a =
perfect
<I>this</I> and a perfect <I>that—a process known as "evening out the
growls."</P></I>
<P>To test a 6:3 octave, hold the two octave keys down, silently, =
(remember, no
pedals) while striking and releasing the 19<SUP>th</SUP> (two octaves + =
fifth)
from the lower note. This will excite the lower string of the octave at =
it’s
6<SUP>th</SUP> partial and the higher one at its 3<SUP>rd</SUP>. The =
resulting
tone will have a beat or a slow roll unless the two octave notes are =
exactly in
tune at the 6:3 interval or so far out of tune that they are not picking =
up the
vibrations of the "energy" key, the 19<SUP>th</SUP>. </P>
<P>If our octave <I>sounds</I> like an octave and this test produce no =
beat or
roll, you have a <I>perfect</I> 6:3 octave. For many pianos, especially =
smaller
ones, this makes a fairly clean, nicely "stretched" octave in the bass. =
The
double octave, in this case, will have about a ½ second roll that you =
can
isolate by using the double octave note as your energy key.</P>
<P>In our chart example, the C28-C40 octave 6:3 test will use the G52 =
key. Don’t
forget to immediately dampen the "energy" key after playing it. We =
don’t want to
listen to the sound of the G52 key at all! We just want it to put some =
energy
into the other strings, via the soundboard and bridges. Also, if your =
"energy"
key is above the dampers, be prepared to mash your right thumb or, =
better, a
chunk of felt onto that unison as soon as you release the key.</P>
<P>To hear the double octave in our example, use C52 as the energy key. =
If the
octave is "in tune" and you hear no beat using C52 for energy, guess =
what! You
have a <I>perfect 4:2 octave.</I> The fundamental of C52 is the =
4<SUP>th</SUP>
partial of C28 and the 2<SUP>nd</SUP> partial of C40. This is, of =
course, the
approximate octave size we want for the temperament and on up into the
treble.</P>
<P>I will note, at this time, that it gets harder to hear octave ghost =
tones as
you go higher in the piano. Sometimes the lowest bass notes are hard to =
excite
with "ghosts," also. I don’t know why, but I expect it is because of =
their mass.
In fact, my theory is that "tubbiness" in big and fat and/or tired and =
dirty
strings is just a reflection of their inability to generate or sustain =
higher
partials. (Comments welcome.) Anyway, ghost tones are really most useful =
in the
lower tenor and bichord bass regions, in my experience.</P>
<DIR>
<P>In the "To err is human, to really screw it up takes a computer." =
department:
I had to correct my own error in the last paragraph. My spell checker =
wasn’t the
least bit bothered by the phrase "… to hear octave ghost towns =
...")</P></DIR>
<P>Tuning a Steinway D or a Böesendorfer Imperial? Try C64 with the =
C28-C40
octave. See how close the piano will let you stretch for 8:4 =
octaves.</P>
<P>Unisons</P>
<P>When string pairs are very noisy, especially in the bass, it is =
sometimes
helpful to tune or test with ghosts. The usual culprit or "bad boy" in =
the mix
is the 15<SUP>th.</SUP> The energy key for this is at the octave + =
fifth. In our
example, if we were tuning two strings of the C28 unison we would strike =
G47 and
try for no beat, no roll. Not that this always produces the "best" =
unison: As
always, <I>listen</I> carefully—then judge, nudge, or fudge, as =
necessary. </P>
<P>Other Intervals</P>
<P>Though not as useful as for octaves and unisons, other intervals can =
be
tested with ghost tones. The beat we listen for in fifths is found =
<I>one
octave</I> above the <I>higher</I> note of the interval. The beat of the =
fourth
is found <I>two octaves</I> above the <I>lower</I> note of the interval. =
For
example: The F33-C40 (fifth) roll can be isolated and energized by =
striking the
C52 key. For the F33-A# (fourth) beat/roll, strike F57.</P>
<P>Ghosts for other intervals are, in my opinion, hard to hear, hard to =
remember
(where they are), and not any help to the tuner. </P>
<P>Well, that’s it for now, boys and girls. This is Uncle Al, the =
kiddies’ pal,
saying: So long, and thanks for listening.</P>
<P>Disclaimer</P>
<P>If this information is correct, coherent, and useful, I wrote it. =
Otherwise,
it’s someone else’s fault, entirely.</P>
<P>Alan R. Barnard</P>
<P>Salem, MO</P></FONT><FONT size=2>
<P>&nbsp;</P></FONT></DIV></BODY></HTML>