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デジタルピアノ選びの基礎知識

【公開】2012-05-06 【修正】2015-03-06

デジタルピアノのスペックや機能を見る上で、知っていたほうが良い(かも知れない)基礎知識を紹介します。ちょっと掘り下げすぎて、かなり長くなってしまった感はありますが。

デジタルピアノの仕組と音質

サンプリング

デジタルピアノは、生ピアノ(アコースティック・ピアノ)の音をデジタル録音し、メモリーに記録(サンプリング)しておき、鍵盤を押すと再生する仕組です。これをPCM音源と言い、ピアノに限らず生楽器音色はほぼ全てこの方式です(一部に音響モデルのシミュレーションがありますが)。

なので極端な話、中央のAの音だけを録音し、残りの音程は周波数を変えて発音すれば全ての音階が弾けます。また打鍵の強さに応じて、振幅を変えるようにプログラムすれば音の強弱もつけられます。しかしこれでは、元のピアノと似ても似つかない音になってしまいます。

何故なら、生楽器の音は音量を変えたら振幅だけでなく、波形(音色)も変わるからです。また、音程を変えても周波数だけでなく波形が変わります。基本的に強く弾けば硬く派手な音、弱く弾けば柔らかく地味な音が出ます。また、低い音ほど周波数成分が多く混ざった複雑な波形で、高い音ほど単純な波形になる傾向があります。

従って、生楽器をPCM音源でシミュレートしようとすれば、全ての音程、全ての音量の波形データを記録し、キー操作に応じて発音しなくてはなりません。中でもピアノは、楽器の中でも並外れた音域を持ち、その音色変化も多彩ですから、必要な波形データも膨大になります。

そこで先ず、音程方向については、生ピアノの88鍵全ての音をサンプリングし、デジタルピアノの鍵盤に割り当てればOKです。ただこれはメモリを多量に消費する力技で、そのような製品が出てきたのは割りと最近です。それ以前はどうしていたかというと、例えば音程5度に一音だけサンプリングし、間の音は波形をミックスしつつ周波数を変えて発音していたのです(後述)。

次に音の強弱ですが、これは生ピアノでは無段階なので、理屈の上では無限の波形が必要になってしまいます。そこで実際には、例えば弱/中/強の3段階の音をサンプリングし、その中間の音量は波形をミックスすると同時に、振幅(音量)を変えて発音するのです。これも最近では4段階とか5段階のものが現れましたが、昔はもっと少なかったのです(後述)。

メモリサイズの制約と昔のデジタルピアノ

さて、上述のように88鍵夫々に3波形を割り当てたなら、全部で264個のサンプル波形が必要になります。ピアノのサスティーンが平均6秒くらいだとすると、264*6=1584秒分の波形データとなります。これをもしCDと同じ16bit/44.1kHzでサンプリングしたなら、44.1*1000*1584*16=1117670400bit。それを8で割って139708800byte≒140MBのデータサイズとなります。ステレオサンプリングならその倍の280MBです。

これは現在のフラッシュメモリからすると大したサイズではありませんが、15年前ならとんでもない大きさです。例えば、90年代中盤のセンセは、全ての音色を合わせて64MBとかだったので、ピアノだけでその2-4倍に達してしまうわけです。

そこで、上述の間引きサンプリングを行います。サンプリング間隔が広すぎると本物の音からはかけ離れてしまいます。恐らく、長3度(鍵盤5個)に1個くらいはサンプリングが必要でしょう。そうすると1/5に圧縮できます。

それでもまだ56MB(ステレオ)もあるので、さらにどうするか?ピアノの音は、鍵盤を叩いて最初の数秒位は波形変化が激しいですが、その後はほぼ一定波形でなだらかに減衰していきます。そこで、この減衰部分の波形を一部切り出して、それをループさせ且つ振幅を減衰させていけば、尻尾の部分の波形データは不要になります。その手法で、例えば6秒だったサンプリング時間を3秒にすれば、データサイズを約1/2に圧縮できます。これでやっと28MBになります。

それでもまだ大きいので、時代が遡るほど音量の段階が減り、初期のデジタルピアノでは一つの波形だけ使い、音色変化はフィルターの調節で行なっていたようです(カシオのコメント)。さらに、高音部と低音部に行くほどサンプリング間隔を広げたりしていた事でしょう。

このようなデータ圧縮をしながら、如何に自然な音に纏めるかが楽器メーカーのノウハウだったわけですが、今のデジタルピアノと比べると単調で人工的な音だった事は否めません。現在のデジタルピアノの高音質化と低価格化は、結局メモリチップの低価格化のお陰だという事です。

使用ピアノ

デジタルピアノの音は当然、サンプリングに使う生ピアノの音質や録音環境に左右されます。生ピアノは非常に録音が難しい楽器で、ホールの鳴りやマイクの設置位置、そして勿論使うマイクの音質が録音音質を大きく左右します。

録音に使うピアノは、ヤマハやカワイのように生ピアノを製造している会社は自社の最高級ピアノ。ローランドやカシオのように自社で製造していなければ、スタインウェイ等の有名ブランドピアノ使うようです。

これら世界の最高級ピアノを最高のコンディションに調整し、専用の録音ブースと最高の機材を使い、熟練のエンジニアがセッティングする・・・考えられる限り最高の録音環境です。なので、デジタルピアノを演奏すれば元の生ピアノの音がする・・・筈なんですが、実際にはそれほどでもありません。

ノイズの除去と加工

実は、生ピアノを録音したら、それをそのままデジタルピアノの音として使う訳ではありません。生ピアノは、ハンマーやペダルの機構が結構ノイズを出しているため、これらの波形を見たり音を聞きながら、手動でノイズを取り除く作業をしているそうです。道理で、デジタルピアノの音は生ピアノより格段にクリーンな訳です。

さらに、生演奏のCDと同じで、EQやコンプなどで加工しているでしょうから、生音とは良くも悪くもかけ離れていきます。これをクリーンと取るか人工的と取るかは、使考え方次第ですが、ここでもメーカー毎の考え方が反映されるでしょう。

全般的に新しいデジタルピアノほど、ノイズも含めリアリティーを追求する製品が多くなっているように思います。ただしその点では、PCベースのソフト音源の方が更に進んでいて、良くも悪くも素の音に近いモノが多いです。これは、前者がプリセットの音をそのまま使うことを前提としているのに対し、後者はPC上で音を加工する事を前提にしている事に起因すると考えられます。

エフェクト/シミュレーション

リバーブやコーラスと言った定番エフェクトは昔から入っていますが、今のデジタルピアノは天板の開け方で音が変わるシミュレーションなどもあります。

中でも画期的だと思ったのは、弦同士の共鳴(レゾナンス)のシミュレーションです。生ピアノでコードを弾くと、弦同士が共振し合って、単音の総和以上に音が広がります。一方、デジタルピアノで一度に複数の鍵盤を押した場合、夫々に割り当てられた音が同時に鳴っているに過ぎません。

実際、生ピアノとデジタルピアノを演奏して最初に感じる違いは、ダンパーペダルを踏んだ時の音の広がりです。生ピアノでは、ダンパーペダルを踏んだままだと直ぐに音が飽和して濁りますが、デジタルピアノなら踏みっぱなしでもあまり違和感はありません。

原因の一つとして、かつては同時発音数が上限に達すると、古い音から順に勝手に消えてくれる現象がありました。しかし現在の同時発音数は64音~128音にも達するので、幸か不幸か音切れの可能性はありません。しかしそれでも、生ピアノのように著しく音が濁らないのは、やはり弦の共振効果が無いからだと思います。

そこで、ちゃんと音が濁るように、じゃなくて音にリッチな広がりを加えるために、生ピアノの共振効果をデジタルピアノで再現ようという訳です。その為には、同時に押した音の組み合わせで、どの倍音が共鳴するかを瞬時に割り出す必要があるでしょう。演奏するコードがトライアド、7thと音が増えるにつれ、計算が大変な事になりそうです。

こうした仕組みを備えたデジタルピアノを実際に演奏してどうかというと、昔より音の広がり(音の濁り)が増しているモデルが多いような気はしますが、生ピアノほど音が激しく濁るというか広がるモデルには未だ出会ったことがありません。もっとも共振効果の度合いは設定で変えられるので、それをMAXにすれば生ピアノに近くなるかも知れません。今度機会があれば試してみます。

DAコンバータ

録音した音を再生する以上、スピーカーなどオーディオ関連機器の性能が音質を左右します。ただ、デジタルピアノ(というか一般に電子楽器)については、製品のコンセプトや価格帯が変わっても、或いは外部スピーカで鳴らしても、そのメーカーに共通する音の質感のようなものがあります。例えばカシオならザラッとした質感、カワイなら硬くシャープな音、ローランドは丸く軽やかな音・・・といった具合に。

これは恐らく、デジタル録音された音をアナログの音声信号に変換する装置:即ちDAコンバーターのキャラクタによるものと考えます。ですから、仮にもし全く同じ波形データを使っても、カシオのシンセで鳴らすのと、ローランドのシンセで鳴らすのでは、かなり音の印象が変わってしまうと思います。

鍵盤の構造とタッチ

デジタルピアノの鍵盤のタッチは、音質と並んで重要な要素です。しかし、タッチが良い/悪いとか鍵盤が重い/軽いと言った時、具体的に何を指しているのでしょうか?これはかなり複雑な問題ですが、次の要素に分けて考えることにしました。

質量感

デジタルピアノはカシオの図解にあるように、鍵盤を押すと内部の金属のレバーを持ち上げるような構造にになっています。これと鍵盤そのものの重さにより、速く動かそうとすれば強い反力(重さ)を感じ、ゆっくり動かそうとすれば弱い反力という、自然なフィードバックを生みます。

従って、デジタルピアノの鍵盤ストロークと反力の関係は、各パーツの重量分布やリンク機構(作用点、支点、力点の位置関係)によって決まります(テコの原理)。尚、黒鍵は白鍵よりレバーとして短いので、内部構造が同じだと重いタッチになってしまいます。それを避けるために、黒鍵内部のレバーは白鍵のものより短くなっていたりします。

バネ感

バネは変位が大きいほど強い反力で押し返して来るので、バネを使った鍵盤は深く押しこむほど力が必要です。つまり音を出したたままキープする力(鍵盤保持力)が大きくなってしまいます。

また、理論的にはバネの反力は叩く速度には関係ありませんが、実際には勢いをつけて強く叩いたほうが軽く感じ、逆にゆっくり押すと重く感じます。これは正しいフィードバックの真逆であり、こうした鍵盤で繊細な演奏をしようという気は起きません。さらに、バネは伸び縮みを繰り返すと緩んでくるので、バネを使っった鍵盤はタッチの経年変化が起きます。以上により、バネは基本的に無いほうが好ましいのです。

もっとも現状では、ハンマーアクションを持たないシンセ系鍵盤は別として、ピアノ系の鍵盤でバネを使ってるものは殆どありません。よって、バネ感は無いはずなんですが、中には弱いバネが入ってるかのようなタッチのモデルもあります。この理由は恐らく、ストロークの奥ではレバーを水平に持ち上げた形になる為に鍵盤保持力(反力)が大きくなり、バネを縮めているような感覚になるからだと推測します。

フリクション(摩擦抵抗)

鍵盤(アクション)が動いている時だけに生じる反力です。鍵盤を速く(強く)押してもゆっくり押しても一定の反力なので、弱く押した時のほうが相対的にフリクションの影響力は大きくなります。これは、質量感とは逆の負のフィードバックなので、基本的には好ましくありません。また、フリクションは鍵盤の戻りの遅さにも繋がるので、大きすぎると反応が鈍く、速い音形が弾きにくい鍵盤になってしまいます。

ただ一方で、僅かなフリクションはしっとりしたタッチに繋がることもあります。また、生ピアノのアクションは複雑で、しかも構成部品が木製なので、一定のフリクションは避けられません。その為、生ピアノのタッチに近づけようとすれば、この抵抗感をわざと作る必要があります。さらに、フリクションは鍵盤を保持している時にはゼロなので、後述のクリック感にも繋がります。

クリック感

ピアノのハンマーアクションまたの名を、スイッチ感と言っても良いでしょう。キーを押し込むと反力が徐々に立ち上がり、ONになった途端に反力が落ちる特性です。これによってON/OFFの境界がハッキリします。生ピアノは元々このクリック感を持っていますが、これは鍵盤のタッチを追求した結果ではなく、打鍵メカニズム上の理由です。

右図はグランドピアノハンマーアクションを超簡略化したものです(実際はこちら)。鍵盤を押していくと、ダンパーを押し上げると同時に、鍵盤とハンマーの突起同士が当たりながら、ハンマーが押し上げられます。そして、ハンマーが弦に当たる手前で突起同士はずれ、ハンマーは慣性力によって弦に当たります。

何故こうなっているかというと、もしハンマーが鍵盤と繋がったままなら、鍵盤を押し続けているとハンマーは弦に触れたままになり、音が消えてしまうからです。それを避けるため、鍵盤はハンマーを言わば「発射」して弦にぶつけているのです。従って、ハンマーの加速中は鍵盤に重みがあり、ハンマーが宙に放たれた瞬間に急に軽くなる。これがこれがクリック感の理由です。

勿論、デジタルピアノの場合はハンマーを発射する必要は無く、擬似ハンマーのようなレバーが常にキーと繋がっています。デジタルピアノでクリック感が訴求されるようになったのは割りと最近で、多分10年も経っていないでしょう。恐らくローランドが「エスケープメント」と読んでいる機構が最初で、今はカワイも「レットオフ」と称して訴求しています。生ピアノに似せる事を抜きにしても、クリック感が多少あったほうが弾きやすいと思います。

因みに、昔のヤマハのピアノ鍵盤(コルグにも供給)はクリック感もバネ感も無く、質量感と僅かな抵抗感だけで鍵盤の重さを出していました。当然、生ピアノの感触とは乖離していますが、これはこれでしっとりと指に張り付くような上質な感触でした。ただ現在の水準で考えると、少々鈍いタッチだったかも知れません。なので理想のタッチ出すには、質量感をベースとしながらも、適度なクリック感でキャキッとさせる事が必要でしょう。

尚、生ピアノの場合は、ハンマーは弦に当たった後再び落ちて来るので、その時に鍵盤の手応えも一瞬重くなります。しかし、これを再現したデジタルピアノは僕の知るかぎりありません。また演奏上の観点からも、そこまでは必要無いように思います。

ストロークと打鍵速度と反力の関係

鍵盤のタッチ曲線以上を纏めると、理想とするタッチは右図のように表せます(あくまでイメージですが)。つまり、ストローク前半までの反力は緩やかな右肩上がりで、その先にクリック感の元になるピークが存在します。更にその先の上昇は、鍵盤の底のクッションの反力です。

そしてもう一点重要なのは、「質量感」の項で説明したように、鍵盤を叩く強さに比例して反力も強くなる事です。打鍵の強さ(速さ)を図の奥方向の軸に取ると3Dグラフになりますが、奥に向かって山が高くなっていく3D曲面が好ましいと言うことです。

尚、クリック感自体は打鍵が強いほど相対的に弱まると思いますが、ピークが大きくなりすぎても困るのでその方が好都合でしょう。

鍵盤の材質・手触り

指が触れる鍵盤の材質は結構重要で、操作感や広い意味でのタッチを左右します。表面がツルツルだと指が滑りやすかったり、汗をかくとヌルヌルした感触になります。だから、鍵盤の表面は僅かにザラッとした仕上げが適当です。あまり汗をかかない人はさほど気にならないのかも知れませんが、個人的には汗っかき(というか手指の油が多い)ので、ここは重要なポイントです(^^ゞ 

90年代までは(特に国内メーカーは)、鍵盤の材質にあまり気を使っていなかったようで、上級モデルでもツルツル触感でした。しかし、ここ10年足らずで大きく進化し、今では各社から上質触感の鍵盤が出ています。今や実売5万円前後のモデルであっても、完全なツルツルの鍵盤でないものがあります。

実は生ピアノでも、安いモデルほど鍵盤表面がツルツルです。ここでもやはり国内ブランドは触感に無頓着な気がします。本番用の高級グランドに初めて触れて、「おお!高いピアノは表面がザラザラなんだ」と感動した覚えがあります(^_^;)

その意味では、今やデジタルピアノの方が進んでいるかも知れません。例えば、ローランドのアイボリー・フィール鍵盤なんて、生ピアノだったら300万円級の触感ではないでしょうか?勿論、本物の象牙や黒檀は使っていませんが、合成樹脂であれだけの感触を出せるのは、技術の進歩を感じます。

また、ツルツル表面だけでなく、爪が当たった時にカチャカチャと薄っぺらい音を出す鍵盤も良くありません。もっとも、デジタルピアノに属する製品のなかでは、それほど極端にペラペラなモノには出会いませんが、できるだけ柔らかいプラスチック素材を使い肉厚な構造にした方が良い気がします。

あと、カワイやヤマハで木製鍵盤を売りにしているモデルもありますが、単純に素材が木だからタッチが上質という訳でもないと思います。プラスチックでもしっとりとした感触のものはありますし、指が触れているのはどちらにせよ表面のプラスチックですから。

木製鍵盤のタッチが良いとすれば、大抵鍵盤自体が長いので慣性モーメントが大きかったり、鍵のアクションが平行移動に近づくからだと考えられます。また、木はピポット部分などでフリクションが大きいので、上述のような適度な抵抗感に繋がっている場合もあります。ただ、天然素材ですので、材料としてのばらつきや、湿度による変化なども多少気になります。

ステージピアノ VS デジタルピアノ(据置タイプ)

デジタルピアノと聞いて足もペダルもついた家具調のものを連想する人にとっては、「ステージピアノって何?」って感じかも知れません。

ステージピアノとは、言わばピアノ鍵盤を搭載しピアノ系の音が充実したキーボード/シンセです。文字通りステージやスタジオ(自宅を含む)のような環境で使う事を前提にしているので、スピーカーやキーボードスタンドは付いていません。よって、一般家庭ではオールインワンで据置型の所謂「デジタル(電子)ピアノ」を買うのが普通でしょう。

では、ステージピアノを一般家庭選ぶ意味は無いのかというと、僕はそうとも限らないと思います。据置型の電子ピアノは30万円近くする高額モデルでも、音がびっくりするほど良いものって正直見かけたことがありません。これは多分、アップライトピアノあるいは家具っぽいルックスを保つために、スピーカーを鍵盤の下やボディの中など、見えない場所に設置するからじゃないかと思います(音がこもりやすい)。

また、スピーカー自体も、専用にチューニングされているとは言え、それほど高品位なものは付いてないと思います。中にはカワイのように、スピーカーで本物の響板を振動させるデジタルピアノもありますが。

よって、据置型の電子ピアノに25万円以上出すくらいなら、ステージピアノ(20万円弱)+パワードスピーカー(4万円程度)+キーボードスタンド(1万円くらい)+スピーカースタンド(あるいは、耳の高さに置くためのテーブルやチェスト)を揃えた方が良い音が出るんじゃないかと思います。勿論、機材の情報を集めたり実際に視聴して吟味する必要が有りますが、そういうことが苦にならない人は一度検討されては如何でしょうか?

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