Тембры и звуки фортепьяно

   Если звук фортепьяно создаёт компьютер, то тембр этого звука можно не только выбирать, но и менять в процессе игры, создавая тем самым такие эффекты, которых в реальном исполнении достичь невозможно. Насколько красивым и интересным может быть синтезированный звук, показывает этот пример https://disk.yandex.ru/d/BvavsRKyN3fn5Q

   Запись сделана в программе «Пианола_М». Каждая нотная строка для этой записи составлена из двух слоёв, и соответственно, вы можете слышать два голоса - один голос ведёт мелодию, а второй сопровождает её аккордами. И тот и другой голос создаются звуками фортепьяно по сценарию №1.
   Свои сценарии развития звука имеются у каждого инструмента, например, подобные сценарии есть у трубы, скрипки и аккордеона, и они тоже допускают перестройку тембра. Можно было бы составить из них ансамбль, но мне хотелось показать, насколько разнообразным может быть звук виртуального Пианино, и как красиво оно может звучать, распределяя свой собственный звук в разных тембрах и по разным голосам.

   КАК МЕНЯЕТСЯ ТЕМБР ЗВУКА. СИНТАКСИС

   Сначала поговорим о синтаксисе. В языке программы Пианола предусмотрены специальные значки, влияющие на исполнение звука в сценариях. Значки эти могут быть четырёх видов - Тембры, Штрихи, Регистры и Клапаны.

   Тембр №1 задаётся так  u1 - латинская буква «u» с цифрой 0-9 следом за ней. Одиночное u без цифры отменяет задание особого тембра, и тогда звук инструмента создаётся в обычном режиме. Заданный в строке тембр автоматически воспроизводится в начале следующей строки.

   Штрих №1 задаётся так  q1 - латинская буква «q» с цифрой 0-9 следом. Штрих от тембра отличается только тем, что он не воспроизводится, а сбрасывается в начале строки.

   Регистр №1 устанавливается так  o1 - латинская строчная «o», а сбрасывается он так  o0 - эта же буква с цифрой на единицу меньшей.
   Регистров имеется только пять - №1,№3,№5,№7 и №9. Но зато они для каждого слоя свои, и они, в отличие от тембров и штрихов, допускают одновременно включение. Регистры это относительно долгоживущие образования - их не сбивают повторные проигрывания от кнопки «play», но указанием o* можно сразу обнулить все пять регистров слоя.

   Клапаны по своему синтаксису и функционированию похожи на штрихи, и от штрихов они отличаются тем, что задаются двумя цифрами - первая цифра указывает на номер клапана (от 0 до 9), а вторая на его состояние (0 -закрыт, от 1 до 9 -открыт частично или полностью).
   Особые значки  i1 j9 увеличивают или постепенно уменьшают значение последнего упомянутого клапана, изменяя его на единицу для каждой следующей ноты (цифра указывает на количество таких нот).

   Каждый способ управления сценарием по-своему удобен, как работают они все вместе, перестраивая звук фортепьяно, вы слышали в записи по приведённой выше ссылке.

   КАК МЕНЯЕТСЯ ТЕМБР ЗВУКА. РЕАЛИЗАЦИЯ
   
   Пианола создаёт звук фортепьяно по методу деформированной синусоиды. Что это значит, поясню подробнее.

   Представьте себе синусоиду и вспомните её звук - он унылый и однообразный. Это и понятно - все горбики синусоиды лежат на своих местах. Но пусть они не будут такими мёртвыми, попробуем эти горбики двигать, деформировать их и изменять.
   Будем постепенно сокращать в длине первые половинки синусоиды и удлинять вторые, а сделав несколько таких деформаций, пойдём в обратном направлении. В результате форма синусоиды окажется колеблющейся относительно некого среднего положения. Подобные колебания называются девиацией.

   Способ девиации может быть разным. Наиболее простой это колебание вида треугольника - с некой скоростью туда, и потом с такой же обратно. А частота девиации может быть любой - от 4-х и до 16-ти Гц, такая частота не слышима, и не воспринимается как мелкое дрожание.
   Сходный способ применим и к каждой из половинок синусоиды отдельно - будем слегка изменять длину каждой её четвертушки, сохраняя общую длину половинки в целом.
   Звук синусоиды можно сделать более звонким. Для этого возводим амплитуду каждого из горбиков в квадрат и добавляем некоторую долю полученного к первоначальному. И пусть величина этой доли также будет испытывать девиацию.

   Вы посчитали общее число девиаций? Их у нас получилось четыре - одна для половинок синусоиды, вторая и третья для левой и правой её частей, и четвёртая - для обострения вершины. Частоты и амплитуды этих девиаций возьмём разными, но подберём их на слух. И вот наш хороший звук готов.
   Не думайте, что это сложно. На практике Пианола использует вовсе не синусоиду, а заменяет её кусочками парабол, поэтому математические вычисления происходят очень быстро, а сформированный таким способом звук с названием «обычный тембр» оказывается похожим на естественный звук фортепьяно.
   Осциллограмму этого звука (нота Соль первой октавы) можете видеть на иллюстрации. В мелком масштабе девиация не очень заметна, но изменения вносимые ею есть, они ощущаются слухом и их можно разглядеть, если накладывать один кусок осциллограммы на другой, делая наложение в укрупнённом масштабе (см. правее).

   ИЗМЕНЕНИЯ ТЕМБРА

   Регистр  o1 пускает сценарий фортепьяно в другое русло - горбики звука заметно обостряются, а в начальной стадии развития звука увеличивается роль обертонов (нижняя осциллограмма).
   Регистр  o7 повторяет действие регистра o1 и, кроме того, изменяет параметры звука так, что он становится похожим на звук струны. Именно эти звуки вы могли слышать в заканчивающем музыкальную запись аккомпанементе.

   Клапан  q01-q09 заменяет всё выше сказанное об «обычном звуке» на совершенно другой способ его создания.
   Как оказывается, не только парабола может хорошо заменять синусоиду, кубичная формула  X^3-X  на отрезке (0,1) тоже успешно делает это. Более того, совершая с этой формулой преобразования, показанные на рисунке и выбирая подходящее значение показателя степени  k, легко обострять горбик этой как бы синусоиды, совершенно не меняя месторасположение её основания.
   Такое преобразование очень подходит для синтеза скрипичного звука, смотрите и слушайте тут - https://dzen.ru/video/watch/6128c850d1cfb83544957836

   Эта же форма подходит и для звука фортепьяно. При небольших значениях  k  в звуке появляются призвуки металла. По мере открытия клапана (при увеличении второй цифры) параметр  k увеличивается. Вот так просто тембр и регулируется.
   Посмотрите на эту мнемоническую запись:

P64BAq01Gq02F# q09<G7>h4E

   А вот тот же фрагмент, где ноты заменены на слоги текста:

P64 город q01 зо q02 ло q09< той >h4         

-видно, где появляется и как возрастает тембр металла.
   Указание  P64 назначает заметное крещендо (цифра 6) на последующие 4 ноты. Знак  h4 немного уменьшает громкость следующей за ним ноты.

   Для управления звуком фортепьяно были использованы и другие клапаны и штрихи. Штрих  q2 укорачивает звук (нажал клавишу и тут же ослабил нажатие, позволив подушечке демпфера быстро ослаблять звон струны, но не глушить его совсем). Штрих  q4 приглушает начальную часть звука (не ударил по клавише, а осторожно вдавил её).
   Подобные тонкости извлечения звука используются мастерами фортепьянной игры. У компьютерного пианино такие возможности тоже есть.

   Клапан q01-q09 приминает среднюю часть контура звука, делая его более похожим на фортепьянный. Нужна ли такая похожесть, это вопрос другой, но в принципе, поработав над сценариями, можно добиться желаемого сходства с практически любым музыкальным инструментом.

   Файл, содержащий мнемоническую запись прослушанной Вами музыки, находится тут - https://disk.yandex.ru/d/sNBPx7fQ8ptWrg

_________
5.04.2025