數位鋼琴達人

SuperNATURAL音色，是Roland當前最頂尖的電子樂器發聲引擎，推出後迅速獲得全球音樂人的高度好評。
 

而以SuperNATURAL技術為基底，所開發出的鋼琴音源技術，就稱為SuperNATURAL Piano。
 

數位鋼琴的音色來源：「取樣(sample)」

以數位鋼琴而言，研發人員先把真實鋼琴錄音起來，也就是製作出鋼琴音色的「取樣(sample)」。這些「取樣」儲存在數位鋼琴的記憶體中，彈奏時就觸發出這些「取樣」的聲音。

把真實鋼琴的聲音取樣下來，存到記憶體中。彈奏時觸發記憶體中的取樣，重現真實鋼琴的聲音

 

迷思：取樣(錄音)品質做得好，數位鋼琴的音色就能逼真。

在很多人的觀念中，認為只要採用高品質的錄音技術，錄下最高傳真的鋼琴音色做為取樣，數位鋼琴的聲音應該就能相當逼真。
在高傳真音響設備的邏輯中，這個理論是對的。

但樂器並不是音響設備。

逼真的取樣，是讓數位鋼琴擁有優質音色的必要條件，但不是唯一的關鍵條件。
樂器是要與活生生的演奏者互動，在當下詮釋出樂音的無限可能。絕不是只靠完美的錄音取樣加上高傳真喇叭，就能這麼單純的打造出完美樂器。
 

一台鋼琴的聲音，不是只有一種音色

既然談到「取樣」，就必須對於「音色」做更狹義的定義。
 

一種音色 = 一種聲音波形

因為一個「取樣」，只是一種聲音波形的記錄。

那麼一台真實鋼琴能表現出來的聲音，光靠一個高品質錄音下來的「取樣」，就能全部重現嗎？
在物理學中，把同一個聲波改變頻率，能產生出不同音高；改變振幅，能產生大小聲的變化。以前的數位鋼琴(或現在的低價琴)，的確是用這種方式，來產生出88鍵音域、以及有強弱感的鋼琴音色。

改變頻率產生音高變化；改變振幅產生音量大小變化。但是真實鋼琴的聲響，不是這麼簡單的物理公式。

但鋼琴家演奏出生命力躍動的樂曲，每個音符都隨著情感波動所帶出的音色變化，您覺得可能只用一個取樣聲波、加上一兩條物理公式，就能全部描述出來嗎？

真正的事實是： 

一個「取樣」，只是樂器單一事件的重現

音樂，卻是無限多變化事件的組合

一個「取樣」錄製得再逼真，也只是樂器單一事件的重現 – 演奏者用某個力度(與技法)彈奏出某單一音符(note)的聲音記錄。
但是彈奏一首鋼琴曲，卻是一連串不同條件下所引發的事件 – 不同的音高、不同的力度、和弦音的組成變化、踏板的運用，這些不同的條件都會引發出各自微妙差異的事件，也就是不一樣的音色。

各種彈奏狀況造成鋼琴音色的改變

分析不同音高的鋼琴聲波，就會輕易發現每個波型彼此還是有細微的差異，絕非只是單純同一個聲波的頻率增減而已。
而彈奏鋼琴強弱音時的聲響變化，也絕對不只有音量變大變小這麼簡單。您應該聽得出來，彈弱音時，不僅音量較小，音色也較悶較柔；彈強音時，也不僅音量變大，音色也變得更加尖亮。
 

因為有無限多種音色的可能性，彈奏出來的音樂才能是活的，才能細膩的反應出演奏者的情感。假設真實鋼琴的聲響，如果都只是同一種聲音波型頻率與振幅的變化，恐怕鋼琴反而變成一種聲音單調呆板的乏味樂器！
 

取樣技術的瓶頸：取樣次數有限，鋼琴的音色卻是無限

既然一個「取樣」，只是一種音色(聲音波形)；所以若想要完整重現真實鋼琴所有可能的音色，最直白的方式就是做更多次的「取樣」：鋼琴有88個琴鍵，所以至少每個琴鍵的音色，都各自要做一次取樣。這是目前在數位鋼琴界已經普遍實現的做法，叫做88鍵多重取樣。
註：以前的數位鋼琴、或是現在的低價琴，因為記憶體效能與成本的限制，無法每一個琴鍵都做取樣。

88鍵多重取樣：每個鋼琴琴鍵的聲音都要取樣下來

即使是同一個琴鍵，光做一次取樣也不夠。先前提過強弱音的音色各自不同，所以也應該對強弱不同的音再分別取樣。
但真實鋼琴上，手指力道只要有一點點改變，就都會反應在鋼琴音色上。從pp到ff之間，強弱音的可能性可以說是無限多，要做多少次取樣才能面面俱到？
即使數位鋼琴研發人員，真的瘋狂錄製了無數個鋼琴取樣資料，但數位鋼琴又該準備多大的記憶體，才能把這些取樣資料都儲存起來？記憶體的成本，又會讓數位鋼琴的價格膨脹到多高？
除了音高、強弱之外，其他還有和弦音共鳴，踏板使用…等等的因素，也會造成鋼琴音色的改變。很明顯要靠增加取樣次數來涵蓋這一切鋼琴音色的可能性，是完全不切實際的。
 

SuperNATURAL Piano：突破取樣技術的瓶頸

SuperNATURAL Piano卻突破了取樣技術的瓶頸。即使記憶體、鋼琴取樣資料有限，Roland數位鋼琴的音色，也能忠實反應出演奏者無限多種細微的表情變化。
簡而言之，就是從「取樣」的思維，轉移到「運算」 -- 讓數位鋼琴的各種演奏表情音色變化，用運算來彌補取樣的不足。
當然絕對不是用物理學中頻率或振幅的簡單公式來運算。要完美的運算出真實鋼琴所有可能的音色表現，先決條件就是要徹底分析真實鋼琴所有的機制，以及各元件之間的交互影響行為。
這就不能不提到Roland V-Piano。如果沒有V-Piano的成功，SuperNATURAL Piano技術就無法實現。
 

V-Piano
鋼琴行為數位模型的極致科技

Roland V-Piano，是全球業界唯一完全不採用「取樣」，完美模擬真實鋼琴表現的數位鋼琴。

從彈下琴鍵的那一刻起，V-Piano的高速處理器就在瞬息間進行大量運算：琴槌氈頭敲擊琴弦瞬間會產生的什麼振動，琴弦振動會傳導到鋼琴其他哪些元件，琴體內會與各元件的振動又會造成哪些共鳴，最後會產生出什麼樣的琴音….
為了實現這一切運算，Roland耗了數年的時間徹底分析真實鋼琴，將所有的鋼琴元件、元件間的交互反應，建構成數位化的模組，也就是鋼琴全面的「樂器行為模型(Behavior Modeling)」。這在數位鋼琴界是獨一無二的成就。
雖然本身不製作真實鋼琴，但透過V-Piano的研發經驗，讓Roland對真實鋼琴的理解程度達到驚人的成果 --- 尤其是聲音在鋼琴內連鎖反應的完全解密，恐怕連傳統鋼琴製造者也自嘆不如。
 

 V-Piano促成SuperNATURAL Piano的誕生

雖然V-Piano已經商品化，但由於技術成本非常高，使得它的價格尚難以被市場普遍接受。
但歸功於開發V-Piano所獲得的知識，讓Roland得以在取樣技術的基礎上，納入部分V-Piano的鋼琴行為模組，兩者互補融合，開發出成本較低的SuperNATURAL Piano音色引擎 -- 甚至到今天，SuperNATURAL Piano已全面運用在Roland全系列的數位鋼琴中。即使是最入門款的Roland鋼琴用戶，也一樣能享用這數位鋼琴界最高的音色科技。

SuperNATURAL Piano是在2010年推出，也是全世界第一個能彌補取樣技術不足的數位鋼琴音色技術。一年之後，其他各品牌也趕著陸續開發出自己的技術，好讓自家產品也能跟Roland數位鋼琴一樣，彌補以往「取樣」沒辦法涵蓋的音色空缺。
看起來其他品牌似乎也做到了。但仔細分析他們的鋼琴音色，所謂的彌補，其實不過是利用等化器(EQ)這類音訊處理器，將音色元素按比例插入中間值而處理出的聲音；只有Roland的SuperNATURAL Piano，才是真正依據鋼琴的物理機制，確實運算出真實鋼琴應該有的反應。
 

SuperNATURAL Piano的重要特色

1. 不分段無縫的強弱表情變化。
2. 更寬廣的表情動態範圍。
3. 不同演奏狀況下產生的樂器共鳴變化。
4. 自然的衰減音。

1. 不分段、無縫的強弱表情變化
一般數位鋼琴對於強弱表情不同音色的變化，採用的是分段取樣手法，例如從極弱音到極強音之間，分四段取樣，然後依據彈奏者的力度，讓數位鋼琴決定要發出哪種力道的取樣音色。
但如果很仔細的彈奏一段較長的漸強(或漸弱)樂句，這種分段取樣會讓演奏者聽到不自然的音色轉折。因為強弱音間的音色是分段變化，而不是漸進式的變化。

強弱音的分段取樣：會造成強弱音間不自然的音色轉折

而SuperNATURAL Piano音色，讓強弱音之間的音色，能忠實的隨著彈奏力度，產生細膩的變化，在漸強(或漸弱)演奏中，演奏者聽到的是平滑無縫的自然轉折。

真實鋼琴與Roland的SuperNATURAL鋼琴音源，是強弱表現不分段的無縫變化

2. 寬廣的動態範圍(Dynamic Range)
所謂鋼琴的動態範圍(dynamic range)，就是彈奏最弱音與最強音，在音色/音量上的差別有多大。
動態範圍越大的樂器，可以說是具有越大的表情張力，而且對音樂表情變化的掌控能更細緻。
Roland SuperNATURAL Piano技術既然強調無縫不分段的強弱音色變化，勢必也考慮到演奏者可能彈出的最弱音與最強音；這讓Roland數位鋼琴具有比他牌產品更寬廣的動態範圍，甚至也超越傳統直立式鋼琴，達到與真實平台鋼琴相近的境界。

3. 各種演奏情況下的泛音變化
踩踏踏板，彈奏和弦音，都會讓真實鋼琴內部的機件狀態隨時變化，引發出豐富多變的共鳴聲響。
像是琴弦共鳴(String Resonance)，這是開放琴弦*之間的共鳴效應。88鍵的鋼琴，開放琴弦可能的排列組合方式有上萬種，隨著彈奏的過程也在快速變換，每一瞬間都會產生微妙的琴弦共鳴變化。SuperNATURAL鋼琴音色技術將這些變化都計算進去，讓Roland數位鋼琴也能傳達出真實豐富的泛音共鳴。
*開放琴弦：彈下琴鍵時，該琴鍵的制音器(damper)會離開琴弦，此時的該音的琴弦就呈現開放狀態，除了自身的振動之外，也同時受到其他琴弦的振動影響誘發共鳴。

鋼琴的制音器(damper)。被彈奏的琴鍵，制音器會離開琴弦，讓琴弦呈現開放狀態

4. 自然的衰減音(Decay)
衰減音(Decay)，是彈下琴鍵到放開之前，鋼琴逐漸轉弱消散的聲音。
而「取樣」技術的瓶頸之一，就是無法處理出自然的衰減音。
一般數位鋼琴處理衰減音的方式，是擷取取樣的後半段聲波，讓聲波不斷快速反覆，並逐漸減弱音量，至手指放開琴鍵時停下來。
由於是固定聲波的快速不斷循環，會造成如同電子蜂鳴器般嗡嗡作響的感覺，尤其是彈奏和弦時，多個固定聲波的衰減音混在一起，容易造成駐波(共振)效應，製造出多餘的刺耳共鳴音。這些都不可能是真實鋼琴會存在的現象。

一般數位鋼琴的衰減音是固定的聲波循環(紅色區域)，造成衰減音不自然

真實鋼琴的聲音會在琴體內產生不規則的反彈共鳴，隨時都在影響琴弦的振動行為，因此真實鋼琴的衰減音，絕對不是固定聲波的反覆循環 -- 不只是單純的音量逐漸減弱，連音色也仍然持續變化直到完全消散。
Roland當然也沒有忽略鋼琴衰減音的細節！SuperNATURAL Piano克服了這個「取樣」技術的瓶頸，重現真實鋼琴的自然衰減音現象。下次您演奏Roland數位鋼琴時，可以試著彈一個和弦長音，仔細聆聽比其他品牌都更自然的琴聲餘韻。
 

進化版的SuperNATURAL Piano→ SuperNATURAL Piano Modeling

2016年，Roland推出SuperNATURAL Piano的進化版本技術：SuperNATURAL Piano Modeling。
並從2016年發表的HP系列與LX系列數位鋼琴開始，Roland將陸續把進化版的鋼琴音色引擎，置入中高階產品中。
與前一版本比較，進化版最大的改進點，是發聲數進化到無限多！

【最大同時發聲數(Max. polyphony)比較】
SuperNATURAL Piano：128
進化版SuperNATURAL Piano Modeling：「無限」 (限於選用鋼琴類音色時)

最大同時發聲數：最多能同時發出幾個音

對於電子樂器而言，彈奏一個音符，就是讓一個取樣發聲。彈奏和弦，就是讓多個取樣同時發聲。如果再加上延音踏板，演奏時會動輒就讓數十個取樣同時發聲。
大家都知道處理器的效能再快，也是有極限的。也就是說數位鋼琴能同時發出的取樣音數量，一定也會有個上限，這個上限就是所謂的最大同時發聲數。
最大同時發聲數如果不足的話，就會出現吃音現象。尤其踩住延音踏板時彈奏，就更容易感覺得出來：最早彈奏的音，容易在還沒放開踏板時就提前消失。
所以在評估數位鋼琴的性能時，最大同時發聲數也是重要的參考規格之一。發聲數越多，就越能保留鋼琴聲響的細節。
 

進化版SuperNATURAL Piano Modeling的無限最大發聲數，意味著用Roland數位鋼琴演奏，將確保能全面保留住您所有演奏的細節！無論您演奏的是多複雜的樂句、如何的長時間使用踏板，Roland數位鋼琴都不會流失任何一個您所詮釋出的琴音。

※ 釋疑：一台鋼琴只有88鍵，為什麼最大發聲數需要超過88個，甚至無限？
現今數位鋼琴技術的發展，進化到即使只彈奏一個琴鍵，發出的取樣音數量可能不只一個。為了求鋼琴表現的逼真，可能還會加入琴槌雜音的取樣、琴弦共鳴音...等等的取樣。因此，演奏數位鋼琴所吃掉的發聲數，超過88個的狀況是常見並且合理的。
 

選擇鋼琴，除了比較音色觸鍵之外，更要比較「表情力」

SuperNATURAL Piano鋼琴音色技術，讓數位鋼琴的音色發揮力，完全達到與真實鋼琴相同的寬廣與細膩。
但只有音色完美還不夠。是否也能讓演奏者隨心所欲的發揮這些音色，「觸鍵」仍是不可或缺的要素之一。
所謂的觸鍵不僅僅是單純的琴鍵輕重差異而已。鋼琴家指尖彈下的力道、技法，是否能精確反應出對的音色，讓演奏者順暢傳遞音樂表情 – 也就是「音色」與「觸鍵」是否能環環相扣，就是一台鋼琴的「表情力(expressivity)」。