电子钢琴如何工作?

电子钢琴如何工作? 电子钢琴如何工作?

让我们来谈谈电钢琴。

如果您曾想知道这些普通乐器是如何在没有琴槌或琴弦的情况下发出声音的,那您就来对地方了。电钢琴就像是传统三角钢琴的炫酷表亲--更时尚、用途更广泛,而且更容易拖着到处演出。但在这光鲜亮丽的外表下,却隐藏着一些令人着迷的技术,只是大多数人没有想到而已(即使那些已经弹奏了数年的人也不例外)。

因此,在本文中,我们将详细介绍有关电钢琴的所有知识。最后,您将了解这些乐器如何创造声音,它们与原声乐器的不同之处,以及为什么它们是现代键盘手的必备工具。

电钢琴的历史

在进入正题之前,我们先来回顾一下过去,好吗?

在电钢琴成为我们今天所熟知的多功能乐器之前,它们的起点相当低微。故事开始于 20 世纪初,当时音乐家和工程师们开始尝试如何放大传统钢琴的声音。

我们的目标很简单:创造一种乐器,既能在大乐队的喧闹声中演奏,又不需要演奏者像敲打琴键一样敲打它。

电子钢琴的早期发展

20 世纪 20 年代,随着新贝希斯坦电子三角钢琴的研制成功,第一次真正意义上的突破出现了。

这款早期的电子钢琴尝试使用静电拾音器来捕捉琴弦的振动。虽然它很有创意,但音质并不理想,而且这种乐器从未真正流行起来。

然而,最终数码钢琴的种子已经播下。

时间来到 20 世纪 50 年代,我们看到了沃利泽(Wurlitzer)和芬达罗兹(Fender Rhodes)等乐器的崛起--这两个名字可能是所有钢琴爱好者都耳熟能详的。Wurlitzer 采用簧片式设计,而 Rhodes 则使用琴齿代替琴弦,它们成为那个时代电子钢琴音色的代名词。这些乐器都有自己独特的声音,成为从爵士乐到摇滚乐的主要乐器。

从模拟到数字的演变

20 世纪 80 年代是数码钢琴技术飞跃发展的十年。

雅马哈 DX7虽然从技术上讲是一款合成器,但却是首批真正突破电子钢琴极限的数字乐器之一。它采用了调频合成技术,可以发出比以往任何时候都更加复杂和逼真的声音。

突然之间,电钢琴可以准确无误地模仿原声钢琴,也可以朝着全新的音色方向发展。

随着时间的推移,数码电子钢琴不断发展。如今的型号结合了两方面的优点:原声钢琴的真实触感和音色,以及数码技术的多功能性和便利性。

电子钢琴的基本组件

要想真正掌握电钢琴的工作原理,就必须了解电钢琴的各个部件。

让我们来看看我们所熟知和喜爱的数码钢琴是由哪些基本部件组合而成的。

键盘和按键

数码钢琴的第一个也是最明显的部分是键盘。这就是神奇之处。

与原声钢琴一样,电子钢琴也有一组琴键。有时,它会模仿标准三角钢琴,有 88 个键,但也有很多型号的键数更少。这些琴键可以用塑料、木头或多种材料制成,有时会加重以模仿原声钢琴的感觉。它们的触感被称为 "力度"。您也可以将其描述为琴键对您触摸的反应。

有些电钢琴甚至提供分级击弦机,低音键感觉更重,就像真正的三角钢琴一样。

传感器

在这些按键下面,还有传感器。

这些小家伙让电子钢琴知道您在弹奏什么音符。当你按下一个键时,传感器不仅能检测到你按下了这个键,还能检测到你弹奏的轻重缓急,也就是速度。

然后,这些数据会被发送到声音引擎,引擎会利用这些数据生成相应的声音。传感器越先进,演奏的表现力就越强。一些高端型号甚至在每个键上配备了三个传感器,以实现超精确检测,如雅马哈 Clavinova 系列罗兰的 LX 和 HP 系列以及川井的 CA 系列。

声音引擎

有趣的地方就在这里。声音引擎是电子钢琴的大脑。它负责产生你弹奏时听到的声音。

有几种方法可以做到这一点:采样和合成。在采样声音引擎中,真实的原声钢琴被录制(或采样)成不同的动态。当你敲击琴键时,引擎会回放相应的采样。而合成音效引擎则是通过电子方式创建音效,除了钢琴音色之外,还提供了无限的可能性。

稍后我们将进一步介绍这两种声音创作方式。

放大器和扬声器

当然,如果没人能听到,再好的声音又有什么用呢?

这就是电子钢琴配备放大器和扬声器的原因。

音效引擎将输出信号发送到放大器,放大器会增强信号,然后由扬声器将信号投射到室内。有些电钢琴配有内置扬声器,有些则没有。不过,即使有内置扬声器的电钢琴,通常也可以选择连接外置扬声器或放大器,以获得更强劲、更个性化的音效。

有些型号甚至可以调节声音输出,以适应不同环境的声学要求。

控制面板

最后是控制面板。

我喜欢把它想象成电子钢琴的驾驶舱。在这里,你可以找到所有旋钮、按钮和滑块,让你对音色进行调整。几乎所有的电钢琴和数码钢琴都有不同的控制面板,不过你通常会发现音量、音色选择、效果器(如混响或合唱)等常用控制按钮,有时甚至还有录音和回放选项。

虽然布局各不相同,但目标始终如一:让您控制声音的方方面面。

电子钢琴如何发出声音

现在,让我们来了解一下电钢琴是如何发声的。

这一切归结为两个主要过程:声音采样和声音合成。这些技术结合在一起,可以让电钢琴产生各种各样的音色,从原声钢琴的逼真音色到合成器、风琴和音效的超凡音色,应有尽有。

声音采样

声音采样有点像制作高质量的音频快照。

例如,如果键盘制造商希望注入真实的原声钢琴音效,他们会在不同音量下精心录制,从最轻柔的钢琴声到最响亮的强音。每个音符都将在多种动态水平下捕捉,以确保钢琴声音的每一个细微差别都得到保留。

这些录音随后将被存储在钢琴的内存中。

当您在带有采样声音引擎的电子钢琴上按键时,相应的录音采样会通过扬声器播放出来。按键的力度决定触发哪个采样。

因此,如果你轻轻弹奏,钢琴就会回放一个轻柔的录音样本;如果你用力弹奏,就会触发一个响亮的样本。这一过程可产生高度逼真的声音,近似于原声钢琴。

声音合成

现在,依靠真实乐器录音的声音采样只是等式的一部分。然后是声音合成,通过电子方式产生音调。

有几种合成方法,要一一介绍需要很长时间,因此我们只讨论其中最突出的几种。

正如我们在 DX7 上提到的,调频(FM)合成是最著名的合成方法之一。它通过调制一种声波与另一种声波来产生复杂的音调。多年来,它以明亮的金属音色而闻名,你肯定在 80 年代的流行歌曲中听到过它的声音。

另一种方法是物理建模合成,它使用数学算法来模拟乐器的物理特性。这种方法非常适合制作极其细腻和动态的声音,不仅能复制乐器的声音,还能复制乐器对不同演奏技巧的反应。

比方说,使用物理建模复制三角钢琴的声音。当你轻按琴键时,模型不仅能发出轻柔的声音,还能模拟真实钢琴内部琴弦微妙振动的方式,以及琴槌以较小力度敲击琴弦的方式。

如果您用力按下琴键,声音会变得更响亮、更嘹亮,就像在真正的三角钢琴上一样。如果使用延音踏板,模型将模拟阻尼器如何从琴弦上抬起,使琴弦共鸣更长时间,甚至模拟其他琴弦的共鸣振动对整体音色的影响。

可以说,它非常详细。

有些电钢琴还使用加法合成,即通过将多个正弦波相加来产生音色,每个正弦波代表所需音色的不同谐波。

数字信号处理(DSP)

无论是通过采样还是合成,声音产生后通常都要经过数字信号处理 (DSP)来提高音质。利用 DSP,我们可以添加混响、合唱和均衡器等效果,这可以使钢琴在不同环境中的音效大不相同。

DSP 功能之所以如此强大,是因为它能让你根据自己的喜好调整音效。无论你是想追求经典、温暖的钢琴音色,还是更富实验性的音色,DSP 都能为你提供微调输出的工具。

电子钢琴的类型

电钢琴和数码钢琴有各种形状和尺寸。让我们来分析一下您会遇到的最常见的类型,以及它们各自的独特之处。

舞台钢琴

舞台钢琴是演出音乐家的首选。这些乐器设计便携、耐用、用途广泛,非常适合现场表演。与笨重的同类产品不同,它们通常重量轻,配有多功能音效引擎、可定制的效果器以及大量的输入和输出。

不过,它们通常没有内置扬声器,这通常不是问题,因为它们通常可以插入外部音响系统。

舞台钢琴的美妙之处在于它们往往能提供多种音色,从古典三角钢琴到弦乐、管风琴和合成器音色,应有尽有。这使它们成为需要在演出中快速切换不同音色的音乐家的理想选择。

数码立式钢琴

如果您正在寻找一种感觉和声音都像传统钢琴,但又不占用空间或不需要过多维护的钢琴,那么数码立式钢琴可能是最合适的选择。

这些乐器的设计模仿了原声立式钢琴的外观和触感,配有全尺寸加重琴键和内置扬声器,能发出浑厚、嘹亮的声音。

数码立式钢琴通常具有录音功能、各种声音预设以及耳机和其他设备的连接功能。它们是家庭使用的最佳选择,尤其是如果您正在寻找一款无需调音的钢琴,并且可以在一天中的任何时间弹奏而不会打扰邻居。

此外,它们通常具有更传统的美感,是家居装饰的好帮手!

混合钢琴

混合钢琴是声学与数字的结合。

这些乐器将原声钢琴的物理组件(如真正的琴槌和琴弦)与现代数码钢琴的技术相结合。其结果是令人难以置信的逼真弹奏体验,捕捉到了两个世界的精华。

当你弹奏混合钢琴时,你可以获得传统原声钢琴的触感反馈,但同时还能享受数码钢琴的额外优势,如独特的声音预设、静音演奏模式,以及无需设置大量麦克风即可录制演奏的功能。

您通常会在专业录音室或音乐厅里看到这种类型的钢琴,不过它们也非常适合那些希望拥有原声钢琴的真实感觉而又不需要定期调音或维护的严肃钢琴家。

值得注意的是,它们的价格可能偏高,但对于那些要求最高逼真度的人来说,它们物有所值。

便携式键盘

对于移动中的音乐家来说,便携式键盘是终极工具。便携式键盘设计用途广泛,是练习、作曲或随时随地即兴演奏的理想之选。便携式键盘有各种尺寸和不同数量的琴键,通常比其他类型的电子琴轻巧得多。

不过,体积小并不意味着功能少。许多便携式键盘功能丰富,包括各种乐器和钢琴音色、节奏伴奏,甚至内置学习工具。

我推荐初学者或需要轻便、经济实惠、可随身携带的乐器的音乐家使用它们。

原声钢琴和电子钢琴的区别

说到声学钢琴和电子钢琴,这两种类型的钢琴都有自己独特的品质,以及它们产生声音和处理触感的方式。让我们来看看这两种钢琴最重要的一些区别。

声音产生机制

声学钢琴和电子钢琴最根本的区别在于它们如何产生声音。

传统的原声钢琴完全是机械式的。当您按下琴键时,会触发琴锤敲击琴弦,琴弦振动产生声音。声音在钢琴的木质琴体中产生共鸣,从而创造出原声钢琴所特有的浑厚、饱满的音色。

而电子钢琴则以数字方式复制这些声音。如前所述,它们使用的不是琴弦,而是声音采样声音合成

触摸与感受

琴键的触感和感觉对任何钢琴家来说都至关重要,这也是声学钢琴和电子钢琴不同之处的另一个主要方面。由于琴锤和琴弦的机械作用,原声钢琴的琴键具有自然的重量和阻力。

低音区的音键通常较重,而高音区的音键较轻,这为演奏者提供了动态的演奏体验。

有些电钢琴和数码钢琴采用配重琴键或分级击弦机,而大多数数码钢琴则使用半配重琴键。

半配重按键结合了配重和非配重按键的元素。琴键上增加了弹簧和一些额外的重量,使其比完全配重琴键更快更轻,但阻力却比未配重琴键更大。

在一些电钢琴和数码钢琴上还能找到无配重或合成动作琴键,它们轻巧灵敏,就像合成器或风琴上的琴键一样。这种按键非常适合快速、轻松地弹奏,但它缺乏原声钢琴的阻力和手感,因此不太适合传统的钢琴弹奏。

维护和耐用性

电钢琴最大的优点之一是维护成本低。声学钢琴需要定期调音,这可能既费钱又费时,尤其是在钢琴经常移动或暴露于湿度变化的情况下。

随着时间的推移,声学钢琴的琴弦、琴锤和其他机械部件也会磨损,可能需要专业维修。

另一方面,电子钢琴或数码钢琴不需要调音,可能磨损的部件也较少。只要将它们放置在稳定的环境中并小心保养,它们只需极少的维护就能使用多年。

多功能性和特点

电子钢琴和数码钢琴的真正亮点在于其多功能性。

原声钢琴只有一种音色--尽管优美而复杂--但仅此而已。电钢琴和数码钢琴的音色和功能多种多样,可以将您的音乐带向无数个方向。无论你想从三角钢琴音色切换到电子管风琴音色,还是添加混响或合唱,甚至将多种音色叠加在一起,电钢琴和数码钢琴都能为你提供工具,只需按下几个按钮即可实现。

许多电钢琴和数码钢琴还配有内置节拍器、录音功能以及耳机、MIDI 控制器和其他数码设备的连接选项。这使得它们的用途非常广泛,从练习、录音到现场表演,无所不能。

电子和数码钢琴的未来

电钢琴已经走过了漫长的道路,而且创新的步伐丝毫没有放缓的迹象。每过一年,电钢琴和数码钢琴都在飞速进步,许多新产品似乎越来越接近真品。

许多人甚至开始突破我们认为可能的极限。

OsmoseSeaboard等 MPE(MIDI 多声道表现)键盘为例。这些独特的乐器重新定义了我们与键盘的交互方式,可以对每个音符进行极其细微的控制。您不再需要简单地按下一个键,而是可以独立地按下、滑动和调制每个音符,从而开辟了以前无法想象的表现力新维度。它们从根本上改变了我们对键盘乐器的看法和演奏方式。

与此同时,计算机的速度越来越快,也越来越智能,使得声音引擎、人工智能集成和连接选项更加复杂。

归根结底,电钢琴和数码钢琴的未来是光明的,我很期待看到它们如何继续发展!

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