پیانو های دیجیتالی چگونه کار می کنند؟

وقتی درمورد پیانو های دیجیتالی صحبت می شود، چالش اصلی مهندسان این است که دو چیز را به طور دقیق بازتولید کنند: صدا و حس یک پیانو آکوستیک. هر دو کار بسیار دشوار است زیرا کارهای زیادی در داخل این ساز موسیقی شگفت انگیز انجام می شود.

سیم ها، چکش ها و کلیدها عناصری هستند که صدا را دریک پیانوی آکوستیک تولید می کنند. هنگامی که یک کلید را فشار می دهید،  چکش متصل شده به سیم (های) مربوطه برخورد می کند، که ارتعاش می کند و صدا ایجاد می کند. پیانو های دیجیتال دارای سیم نیستند و از چکش فقط برای اضافه کردن وزن به کلیدها و بازآفرینی حرکت مکانیکی موجود در ساز سنتی استفاده می شود. برای تولید صدای پیانو آکوستیک و سایر آلات موسیقی، پیانو های دیجیتالی از نمونه ها استفاده می کنند.

در مورد نمونه ها بیشتر بدانیم

نمونه(sample) یک ضبط صوتی کوچک از صدای یک ساز موسیقی یا هر صدای دیگری (امواج اقیانوس، آژیرها، باد و غیره) است. نمونه ها همچنین می توانند گزیده ای از آهنگهای ضبط شده باشند. به عنوان مثال، ریف گیتار باس پنج ثانیه ای از یک آهنگ فانک می تواند نمونه باشد.

در این مقاله، ما روی نمونه هایی که برای بازتولید صدای آلات موسیقی استفاده می شود تمرکز می کنیم. نمونه برداری محدود به پیانو های آکوستیک نیست. به طور گسترده ای برای گیتار، تار، ساز، پیانو برقی، طبل، فلوت، تار و بسیاری دیگر از سازهای موسیقی استفاده می شود. این مقاله بر نمونه های پیانو آکوستیک تمرکز می کند. معمولاً نمونه ها در سطوح مختلف سرعت (چند نمونه) ضبط می شوند تا به طور طبیعی به نحوه نواختن کلیدها (از نرم ترین pianissimo تا بلندترین fortissimo) پاسخ دهند. هر چه کیفیت نمونه ها و فناوری های مورد استفاده برای ایجاد (یا ضبط) آنها بیشتر باشد، صدا واقعی تر و دقیق تر خواهد بود. در سالهای اخیر، فناوری به قدری پیچیده شده است که پیانو های دیجیتالی درجه یک صدایی را ارائه می دهند که تقریباً از یک پیانو واقعی قابل تشخیص نیست.

وقتی صحبت از مارک های اصلی می شود، روند ضبط معمولاً به این شکل است. در استودیوی ضبط حرفه ای با پیانو آکوستیک کاملا تنظیم شده (در بسیاری از موارد یک پیانو گرند)، سازندگان هر نت را با حجم های مختلف با استفاده از چندین میکروفون با وفاداری بالا ضبط می کنند.
بنابراین اگر این فرآیند برای همه تولیدکنندگان تقریباً یکسان است، چرا همه پیانو های دیجیتال دارای یک کیفیت مشابه نیستند؟ خوب، هنوز کارهای زیادی وجود دارد که تولید کنندگان متفاوت انجام می دهند. صدای نهایی یک پیانو دیجیتال به عوامل زیادی بستگی دارد.

1. پیانو آکوستیک مورد استفاده برای ضبط صدا و وضعیت ساز.
2. تجهیزات مورد استفاده برای ضبط صدا.
3. قرار دادن میکروفون (ها) در حین ضبط.
4. محیط صوتی که در آن فرآیند نمونه گیری اتفاق افتاده است.
5.  پس پردازش و الگوریتم های مورد استفاده برای مدل سازی پیچیده تن ها، مانند رزونانس رشته، رزونانس دمپر، رزونانس کابینت، طنین طبیعی و غیره.
6. طول نمونه ها و میزان حافظه اختصاص داده شده به آنها در پیانو دیجیتال.
7. تعداد لایه های سرعت ثبت شده برای هر نت. هر چه لایه های سرعت بیشتر باشد، حجم طبیعی تر و بیان پذیری بهتری خواهید داشت.

به طور کلی، حافظه بیشتر به این معنی است که نمونه های با کیفیت بیشتر و با کیفیت بالاتر با لایه های سرعت بیشتر می توانند در پیانو دیجیتال ذخیره شوند. مدل های ارزان تر حافظه کمتری دارند، بنابراین تولیدکنندگان باید رویکرد کمی متفاوتی را اتخاذ کنند. آنها به جای ضبط هر یک از کلیدهای یک پیانو آکوستیک، هر ثانیه یا هر سوم نت را ضبط می کنند و سپس نمونه ها را با استفاده از فناوری های مدل سازی برای پر کردن شکاف ها امتداد می دهند. علاوه بر این، برای جلوگیری از اشغال حافظه ی  بیستر در فرایند نمونه برداری، بسیاری از تولید کنندگان قسمتی از نمونه را برای کاهش اندازه آن قطع می کنند. 

به عنوان مثال، هنگامی که پدال sustain را فشار می دهید و مثلاً C3 را روی پیانو آکوستیک می نوازید، نت به مدت بیش از 10 ثانیه ادامه می یابد. بسیاری از پیانو های دیجیتالی رده پایین فقط 3-5 ثانیه اول ضبط واقعی را پخش می کنند، سپس نمونه را حلقه می کنند به طوری که قسمت یکسان بارها و بارها پخش می شود، اما با کاهش تدریجی صدا. در حالی که این امر به ایجاد درک محو شدن طولانی تر کمک می کند، این همان محو شدن نت ها نیست که در پیانو آکوستیک می شنوید، که بسیار پیچیده تر و پویاتر از کاهش حجم ساده است.

همین امر در مورد لایه های سرعت نیز صدق می کند. اگر فقط یک یا دو لایه برای هر نت روی پیانو دیجیتالی ضبط شده باشد، بازتولید دامنه وسیع دینامیکی یک پیانو آکوستیک بسیار دشوار می شود. در این حالت، برای بازآفرینی دینامیک، مولد صدای پیانو دیجیتال فقط حجم یک نمونه را افزایش می دهد یا کاهش می دهد نه اینکه از لایه های جداگانه برای سرعت های مختلف استفاده کند، که هرگز ایده آل نیست. برای پیانو آکوستیک، بسته به میزان سخت یا نرم فشار دادن کلیدها، صدا نه تنها از نظر بلندی صدا بلکه از نظر کاراکتر نیز تغییر می کند.

بنابراین فقط مسئله تغییر حجم ساده نیست. در حال حاضر، اگر مبتدی هستید، ممکن است حتی به این تفاوت های ظریف توجه نکنید، زیرا تولیدکنندگان سعی می کنند این تغییرات را تا حد ممکن روان و واقعی انجام دهند. با این حال، اگر گوش تربیت شده تری دارید، این می تواند به چیزی آزاردهنده تبدیل شود که هر بار که ساز می زنید شما را آزار می دهد، که هرگز  برای شما سرگرم کننده نیست.

مدل سازی فیزیکی

یکی دیگر از فناوری های جالب که محبوبیت زیادی پیدا کرده است مدل سازی فیزیکی نام دارد. برخلاف نمونه برداری، که صدای پیانو آکوستیک را با سرعت های مختلف ضبط می کند، مدل سازی فیزیکی اساساً صدای پیانو را از ابتدا بازآفرینی می کند. تکنیک های مختلف مدل سازی و نرم افزارهای پیشرفته رفتار فیزیکی ساز آکوستیک را بازآفرینی می کنند، که در آن صدها عنصر با یکدیگر در تعامل هستند و صدای نهایی "ناقصی" را که می شنویم، می سازند. در حالی که امروزه نمونه برداری محبوب ترین فناوری در پیانو های دیجیتالی است، شما به ندرت می توانید پیانو دیجیتالی را بیابید که از نوعی مدلینگ در بالای نمونه های آن (به عنوان مثال، برای رزونانس سیم، رزونانس دمپر و غیره) برای بهبود بیشتر صدا استفاده نکند.

برخی از پیانو های دیجیتالی نیز وجود دارند که از صدای پیانو مدل شده و بدون نمونه استفاده می کنند. به عنوان مثال، امروزه اکثر پیانو های دیجیتالی رولند دارای مولد صدای SuperNATURAL Piano Modeling هستند که فقط از مدل سازی فیزیکی برای تولید صدا استفاده می کنند.

مزایای پیانو های دیجیتال

• بدون نیاز به تنظیم 
• امکان جابجایی راحت تر
• بدون هزینه نگهداری
• بی تفاوت به نوسانات دما و رطوبت
• انواع صداهای داخلی (نه فقط آهنگ پیانو)
• امکان نواختن در هر زمان بدون مزاحمت  برای دیگران (تمرین با هدفون و تنظیم میزان صدا)
• دارای امکان ضبط  ترک
• ویژگی های یادگیری (مترونوم، آهنگ های داخلی و غیره)
•  امکان اتصال به سایر آلات و دستگاههای الکترونیکی موسیقی 
• امکان استفاده از کنترل کننده MIDI برای ساختن موسیقی در کامپیوتر خود
• قیمت مناسب تر به نسبت پیانو های دیجیتال