胡伟：钢琴自动演奏系统及静音系统 190526
霸拓2012年会文选
钢琴自动演奏系统及静音系统
文/ 胡伟（广州市雅迪数码科技有限公司）
百花齐放、百家争鸣是学术的基本态度。作为学术平台，霸拓推送（并不代表认同）能引发思索的文章。
一、钢琴自动演奏系统
1、近代自动演奏系统的原理
自动演奏系统的最初形式（出现在19世纪末）是在普通钢琴前加用一部可移动的“演奏器”，外形极似一架小型足踏簧风琴，有一排65-88个“木手指”置于普通钢琴键盘上方。演奏器通过打孔纸卷（打孔位置与钢琴谱相符）操纵——用足踏风箱鼓风，风通过机械缓缓转动纸卷及其上的孔位，驱动机械连动相应的“木手指”击打琴键奏出音乐。此后又有设计将外附的演奏器直接装置于钢琴内部，并可控制速度、力度、踏瓣等。自动钢琴在20世纪20年代的欧洲曾广为流行于家庭娱乐，有过两年内生产50万台的纪录；至30年代由于无线电及唱机的兴起，才渐被淘汰。但因为纸卷打孔在数量上不受人手十指的局限，钢琴上的音数和音域都可尽量发挥运用，故自动钢琴仍受现代作曲家的青睐。拉赫玛尼诺夫、德彪西、马勒、格什温、R•施特劳斯都曾为这一乐器写作乐曲，制成纸带，供演奏使用。
2、现代自动演奏系统的原理
现代自动钢琴（出现在本世纪80年代） 是随着电子技术的飞速发展而产生的。它将电脑技术、软件技术、机电技术、数码音乐等技术相结合来控制钢琴使其具有自动演奏的功能成为了可能。
传统钢琴通常是要通过弹奏者按压琴键前端，从而触发击弦机带动弦槌运动，使弦槌敲击琴弦产生琴音。现代自动演奏系统是主要是在琴键的尾端安装了电磁驱动装置，在需要动作时能够向上运动，从而顶起琴键后端，触发击弦机后产生琴音，因而能够逼真地模拟真实的演奏。其原理如下：
（1） 对已经录制好的钢琴及伴奏曲目进行解码，使自动演奏系统能够识别；
（2） 自动演奏系统对解码后的信号进行进一步的综合处理；
（3） 把处理后的信号传给钢琴的演奏驱动系统，驱动直流电磁铁，让安装在键盘底端的电磁铁推动琴键，琴键推动击弦机部件，使钢琴的琴弦发出声音。
目前随着计算机处理速度越来越快，自动演奏系统有三方面的提高：
（1）对演奏时的采样率进一步提高，从而可以制作出高质量的曲目；
（2）自动演奏系统芯片可以同时处理更多的和弦，从而使演奏不再受人手十个手指的限制；
（3）可以进一步提高每个琴键的力度表现，从而使自动演奏钢琴的表现力大大丰富。
3、自动演奏系统主要由以下几部分构成（注:有的品牌不完全具有以下部分）：
（1）客户端：主要用于曲目选择，排序，音量选择等，可以是MP3，MP4，MP5，IPHONE，IPAD，电视，手机等；
（2）解码器：对客户端传输过来的信号进行解码；
（3）主控盒：对解码后的信号进行综合处理；
（4）驱动板：对主控盒传输过来的信号进行放大处理；
（5）电磁铁（包括控制踏瓣的磁铁）：系统的执行机构，根据曲目对每个琴键/踏瓣的力度演奏进行再现；
（6）电源： 输入110V / 220V交流电，输出低压直流电，大功率能够保证演奏多和弦、快节奏的曲目时能够有更好的表现力，不会因功率不够产生“掉音”现象；
（7）音箱：主要用于钢琴曲的伴奏输出。
4、当前主流品牌
（1）国外品牌：PianoDisc，QRS，YAMAHA，Baldwin等。
（2）国内品牌：FreeKey，星海，罗宾等。
每个厂家的都有自己特定的数据格式，一般情况下互不兼容。
国内制作的钢琴自动演奏系统的主要性能对比
品 牌 | FreeKey | PianoDisc | QRS | 罗宾 | 星海 | Baldwin | 备注 | |
主 要 性 能 | 控制电压 | 40V | 100V | 100V为不安全电压，装在钢琴内有触电危险。 | ||||
控制方式 | MP4/MP3/手机/电脑 | CD | U盘 | U盘/CF卡 | IC卡 | MP4等易于操作。 | ||
安装方式 | 需锯中盘 | 无需锯中盘 | ||||||
曲目排序 | 有 | IQ系统可以 CD系统不可以 | 无 | 有 | 有 | 无 | 可以让用户选择自己喜爱的歌曲，省去播放过程中选曲的烦恼。 | |
视频输出 | 可以选配 | 无 | 可以把钢琴大师“请回家”，在家欣赏大师的激情演出。 | |||||
伴奏输出 | 可以选配 | 无 | 相当于有个乐队进行伴奏 | |||||
力度级别 | 127 | 127 | 127 | 120 | 7 | ？ | 级别越大，钢琴演奏动态范围越宽广，演奏效果越好 | |
5、FreeKey
1、产品的优势
FreeKey产品的优势 | 对比其他厂家 |
向厂商提供系统。 | 日本YAMAHA实行技术保护，不向别的厂商提供系统。 |
芯片：ARM微处理器，速度快。 | Baldwin为单片机，速度慢。 |
2、产品的特点
（1）采用40伏直流安全电压工作，安全更有保障；
（2）操作简单，您只需轻轻地触动Ipad或者MP4，甚至手机上的一个按键，它就可以让您的钢琴自动演奏出生动、美妙的音乐；
（3）完美宽广的动态演奏范围，127级的表达效果,
（4）完美的弱音演奏，可以根据每架钢琴的每只琴键进行最小力度的调节。当音量调到最低时，钢琴可以发出耳语般柔和的声音，同时保留了钢琴原有的、一贯的音质清晰度。
（5）独有的视频、伴奏同步功能，如同现场演奏；
（6）演奏时间长，可以连续不间断进行十几小时的演奏；
（7）与众不同的音乐曲库，拥有数千首音乐曲目，您所要做的就只是静心坐下，就会让您的客厅变成一个音乐厅；
（8）可用于钢琴教学及小孩音启蒙，配有大量钢琴练习教学曲、考级曲目、儿歌；
（9）安装合理，改动极小；
（10）可以支持别的品牌曲目库。
二、钢琴静音系统
1、发展过程
随着时代的发展，钢琴已经越来越多地进入寻常家庭之中。伴随着人口居住密度的增大，弹钢琴有可能成为防碍到他人正常生活的事情。在上个世纪，人们解决钢琴声音扰民的方法，主要是采用在弦槌与琴弦之间加上厚厚的弱音帘。这样做使得钢琴的演奏手感及音色全部改变。随着电子等技术的发展，人们开始采用钢琴静音系统解决声音扰民的问题。
静音钢琴除了具有传统机械钢琴的全部功能外，还具备静音、音色变换等方面的功能，是当今世界IT技术高速发展的一个产物。
2、工作原理
将钢琴弦槌制动装置加装在弦槌与琴弦之间，同时，在每个琴键下方加装一套琴键运动检测装置，用于检测演奏力度等信息。
钢琴进入静音状态时，弦槌制动装置前移，使弦槌击不到琴弦，钢琴就不会发出琴声，同时，运动检测装置把检测出的演奏力度等信息送到中央处理器进行综合处理，进行琴声合成并通过耳机放出，演奏者就可以从耳机中听到琴声了。
3、当前主流品牌
（1）国外：日本YAMAHA，韩国MIDNURO，美国Baldwin；
（2）国内：星海，FREEKEY。
4、FreeKey钢琴静音系统
1、产品的优势
FreeKey产品的优势 | 对比其他厂家 |
向厂商提供系统。 | 日本YAMAHA实行技术保护，不向别的厂商提供系统。 |
反射式红外传感器检测装置 | 韩国MIDNURO用的检测装置是带有弹簧的，用久会松动。 |
数码乐器的DSP音色合成算法 | 韩国MIDNURO合成芯片，音色效果不太理想。 |
芯片处理速度128复音（128音符/秒） | 美国Baldwin为64复音（64音符/秒） |
128兆音色波表，采样乐器数目多。 | 美国Baldwin为64兆音色波表，采样乐器数目少。 |
2、产品的特点
FREE KEY钢琴静音系统可安装在任何型号任何钢琴上。
（1）绝佳音源：采用了世界顶级三角钢琴所用的128M超大容量的音源，处理速度达到128复音；
（2）瞬间切换: 直接操纵中踏瓣即可任意切换静音/传统声学功能；
（3）精确感应：采用高灵敏的红外传感器，可以检测到琴键的细微动作；
（4）双重输出：双耳机孔输出可以用于教学及演奏；
（5）有MIDI信号输出：可以连接电脑录音及其它数码乐器进行演奏或打谱。
