Ройаль: слияние акустической традиции и автоматизированной точности

Общие сведения

Ройаль (player piano) начинается как обычный акустический рояль. В нем клавиатура, и при нажатии клавиш молотки с фетровыми головками бьют по натяженным металлическим струнам, создавая музыкальные тоны. Сложная система молоток и соединительных деталей называется «механика рояля» (piano action). Механику можно управлять пальцами музыканта, или, если рояль оснащен системой автоисполнения, механику движет «механика плеера» (player action) самого ройаля.

Традиционный ролл-управляемый ройаль имеет пневматическую (воздушную) механику плеера, управляющую механикой рояля. Каждой клавише соответствует страйкер — миниатюрный мех. При пневматическом схлопывании страйкера нажимается соответствующая клавиша. Полный комплект страйкеров составляет механику плеера. Механика «читает ноты» за счет определения закодированных перфораций в бумажных роллах. Детекция происходит системой пневматических трубок и клапанов: при считывании перфораций пневматика командует страйкерам схлопываться. Электрический вакуумный мотор или педали, накачиваемые ногой, обеспечивают пневматическую мощность.

Традиционный ролл-плеер имеет недостатки. Механику плеера нужно монтировать при сборке рояля; позже добавить нельзя. Пневматические страйкеры нажимают клавиши только на одной динамической величине — ноты звучат, но без форте/пиано нюансов.

Современный ройаль использует электронно-управляемые соленоиды как страйкеры. Соленоид — трубчатая катушка, работающая как электромагнит при прохождении тока. Соленоиды реагируют на сигналы MIDI (Musical Instrument Digital Interface) — универсальный электронный язык клавиатур, синтезаторов и других электронных инструментов. MIDI намного сложнее ролл-системы и воспроизводит и ноты, и динамику, зафиксированные музыкантом. Библиотеки записей хранятся на флоппи- или компакт-дисках — рояль может играть практически любую пьесу. При наличии софта и электроники может воспроизводить вокалистов, инструменты или полный симфонический оркестр. Благодаря общему MIDI можно линковать с секвенсорами, барабанными машинами, синтезаторами и компьютерами.

История

При смерти Генриха VIII (1547) в инвентаре инструментов фигурировал «инструмент, идущий с колесом без игры». Ранние ройяли-плееры строил клавиростроитель Самуэль Бидерман из Аугсбурга (Германия). Он оснастил три шпинеты (малые вертикальные рояли) заколовыми барабанами как в музыкальных шкатулках (1540–1622).

Интерес к самоиграющим роялю возродился в конце 1890-х. Разработали несколько механизмов, но роллы не были взаимозаменяемы. Мелвилл Кларк, изобретатель и проектировщик роялей, разработал 88-нотный стандартный размер ролла для отрасли и построил свой Apollo player piano по этому стандарту в 1901 г. К 1908 г. другие производители приняли стандарт. Роллы перфорировали дублирующими машинами (перфораторами) от мастер-ролла-образца. Мастер-роллы вручную перфорировали квалифицированные рабочие прямо по нотам. Чтобы избежать этого труда, Кларк изобрел «маркирующий рояль» (marking piano) в 1912 г. Его маркирующий рояль перфорировал мастер-ролл по мере исполнения музыкантом. Использовался 1912–1931.

Исторические исполнения артистов сохранялись в живых записях, и маркирующий рояль сделал «Ревущие двадцатые» золотой эрой плеер-роялей до превосходства фонографа и радио. В 1926 г. (пик продаж) продали >10 млн роллов. Маркирующий рояль списали в 1931, восстановили в 1971 для записи других выдающихся артистов, в 1992 назначили Национальной исторической механотехнической достопримечательностью. После минимума продаж в 1950-х ролл-плееры пережили ренессанс в 1970-х, традиционные плеер-рояли и бумажные роллы до сих пор производятся и продаются.

В 1920-х эксперименты с электрическими/электромагнитными устройствами вместо резонаторной доски. Электронные рояли, клавиатуры, синтезаторы используют схемы или металлические пластины вместо струн. Некоторые дают звук, близкий к акустическому, но ценятся за электронно-модифицированные эффекты. Электроника начала сливаться с акустическим роялем в 1970-х: акустические рояли (не электронные) оснащали цифровыми кассетными приводами или компьютерами для игры с электронными «мозгами» и питанием. Крупные производители теперь выпускают дисковые плеер-рояли, системы и софт продаются комплектами для конвертации акустических роялей в плееры. Инструмент, бездействующий с детских уроков, может стать центр развлечений. Дальнейшая статья фокусируется на производстве дисковых плеер-роялей.

Сырье

По сути, никакое сырье не используется напрямую в производстве дисковых плеер-роялей. Производители задают спецификации поставщикам и закупают необходимые детали. Это могут быть заводские акустические рояли, в которые устанавливают плеер-системы.

Конструирование

Инженеры проектируют систему плеер-рояля и разрабатывают новые продукты. Юридический отдел проводит тщательный патентный поиск, чтобы новые подходы не нарушали чужые патенты, а собственные концепции патентовали оперативно. Прототипы собирают вручную, тестируют, оценивают рыночную пригодность и конструктивную выполнимость. Инженеры выдают детали и спецификации для каждого компонента: электро-, электроники, механики; оснастки и спец. обработки/сборки; требований к эксплуатации, установке, тестированию, обслуживанию, ремонту. Поскольку мало деталей делаются на месте, поиск поставщиков может быть глобальным.

Софтверные инженеры обеспечивают программирование, чтобы чипы конвертировали ноты и данные музыкальных выражений в электронные сигналы для соленоидов. Может потребоваться >1000 страниц кода для этой сложной коммуникации.

Для широкого рынка плеер-рояль должен играть широкий репертуар, поэтому разработана и обновляется большая музыкальная библиотека в софте. «Коды» традиционных роллов не переводятся легко на MIDI, но живые исполнения идеально подходят для цифровой системы, передавая интерпретативные нюансы. Производители держат свои студии записи и привлекают именных исполнителей. Музыкальные редакторы рецензируют записи, исправляют ошибки/несоответствия или модифицируют согласно партитурам. Юридический отдел оформляет контракты, релизы, лицензии на музыку и исполнения.

Производственный процесс

Сборка плеер-подсистемы

• 1 Плеер-подсистема — механика плеера из 88 соленоидов и плунжеров, компьютерно-активируемых для движения клавиш. Собирается из готовых деталей на конвейере комбинацией ручной и автоматизированной сборки. Электроника — блок питания, коробка управления, устройства активации клавиш, взаимосвязи — управляются компонентами на печатной плате. Панельные платы (множество одинаковых плат на большой панели, разделенные после установки компонентов) облегчают автоматизацию — компоненты легко добавлять. Компоненты одного вида поставляются в длинных рулонах, подаются в автоматический секвенсор. Секвенсор проверяет корректность каждой детали, затем организует массив в правильную последовательность для вставки в плату. Некоторые детали формируют, оформляют и вставляют автоматическим дип-инсертером, который также проверяет пригодность. Другие добавляют вручную.
• 2 Детали паяют волновым паяльным станком. Промывают плату флюсом от контаминантов, нагревают ИК для снижения термошока при пайке, затем пропускают нижнюю сторону над волной расплавленного припоя. Припой капиллярно поднимается по каждому компоненту и отверстию платы на верхнюю поверхность. Остывает, закрепляя компоненты.
• 3 Готовые платы монтируют в коробки управления и тестируют как шаг QA. Загружают софт, активируют коробки управления в двухдневном тесте («burn-in»), симулирующем реальную работу плеер-системы. Сбои за это время детектируют и устраняют.
• 4 На другой линии подсистемы делают и устанавливают соленоиды и плунжеры на рельс/опору. Магнитная проволока наматывают станком на основания соленоидов и герметизируют. Проводные соединения крепят к каждому соленоиду, плунжерные сборки парируют с соленоидами. Соленоиды и плунжеры собирают на алюминиевых рельсах. Конфигурация соленоид/плунжер и рельс (однуstück или секции) зависят от производителя. Крепежные кронштейны рельсов понадобятся позже для монтажа соленоидов под клавиатуру. Аналогичная сборка для активации педалей.

Записывающая полоса (Recording strip)

• 5 Плеер-рояль может также записывать исполнение, если установлена записывающая полоса; позволяет студентам/исполнителям прослушивать себя и композиторам создавать/правки. Полоса — монтажный рельс и крошечные электронные пленочные переключатели в пластиковом корпусе. Один переключатель/палец на клавишу; чувствительна к нажатой клавише, длительности удержания, скорости/интенсивности (пьано/форте). Полоса электронно связана с компьютером рояля, где сигналы конвертируются в MIDI-сообщения. Данные можно хранить на аналоговых носителях (кассета, ВКР) или направлять на флоппи-диск. Воспроизведение — роялем или другим MIDI-совместимым инструментом.

Дискплеер (Disc-player)

• 6 Дискплеер и др. устройства подключаются к плеер-роялю через коробку управления. Это может быть флоппи-привод, CD-привод или оба; плеер-рояли также подключают к ВКР в связке с ТВ или мониторами для синхронизации текстов песен при караоке или других программах. Большинство производителей закупают эти компоненты и пульты у внешних поставщиков.

Сопровождение и акустика

• 7 Как доп. фича: рояль может играть с записанными аккомпанементами — вокалом, соло-инструментами, оркестром. «Саундбоксы» — электронные динамики, комплектующие как аксессуары, поставляемые вендорами. Софт добавляет остальные звуки через MIDI-систему.

Установка в рояль

• 8 На другой линии плеер-подсистема и записывающая полоса устанавливаются в рояль. Ройяли поставляются собственной пианино-дивизией или внешним вендором. В дереве под клавиатурой вырезают слот, структурная целостность не нарушается. Соленоидный рельс(ы) монтируют под роялем так, что плунжеры оказываются под хвостами клавиш. Записывающая полоса устанавливается аналогично. Соленоидные связи с педалями подключают, коробку управления монтируют под клавиатурой, блок питания — на нижней стороне рояля. Механика рояля должна быть отрегулирована. Клавиши лежат на фетровых подушках, которые усаживаются при эксплуатации, поэтому рояли программируют на ночную игру в другом burn-in. После 12-часового «концерта» фетр усадился. Затем проверяют компоненты на работоспособность и регулируют механику под усадку фетра. Ройяли упаковывают и отгружают после завершения установки.

Комплектация китов

• 9 Некоторые производители поставляют дисковые системы в китах для ретрофита обычных роялей в плееры. Готовые подсистемы, коробки управления и блоки питания, записывающие полосы с линий сборки упаковывают и хранят. Киты комплектуют этими блоками, дискплеерами и аксессуарами. Киты отгружают установщикам, специально обученным под систему конкретного производителя. Установка обычно до двух дней, включая ночной burn-in, после которого механика регулируется и проверяется как на заводе.

Контроль качества

QC критичен на каждом этапе. Прием деталей от мировых вендоров — проверка соответствия спецификациям и инж. требованиям. На линии плеер-подсистемы рабочие выполняют QC как часть ответственности. Пример: при выходе плат из волновой пайки оператор инспектирует плату — компоненты припаяны, нет мостиков припоя, плата не деформировалась. Оператор также мониторит температуру припоя и работу станка. Электронные сборки должны соответствовать требованиям Underwriters Laboratories (UL). Представители UL часто и случайно визитируют заводы на соответствие материалам, операциям, кодам безопасности. Другие проверки — burn-in коробок управления и механик роялей — интегрированы в процесс, как описано.

Будущее

Акустические рояли — инструменты, давно любимые слушателями, и их будущее гарантировано дисковыми плеер-роялями, дарующими звук и развлечение без необходимости быть виртуозом. Дисковые плеер-рояли инициировали существенный рост продаж роялей, рассматриваются как сектор роста отрасли. В будущем производители стремятся воспроизводить исполнительские нюансы. Продолжающееся слияние технологий вероятно: проф. студии для ввода музыки, методы линковки плеер-рояля с другими электронными медиа.