論鋼琴的“智能化”發展及其對鋼琴文化領域的影響

魏新宇，孫 燁

(沈陽音樂學院音樂科技系，遼寧 沈陽 110818；優藝匯藝術文化有限公司，遼寧 大連 100085)

引言

鋼琴的“智能化”以智能平臺、電子配件、機械元件為載體發展出具有便攜性、理性和精準性的智能樂器，在音樂創作、音樂教育以及互聯網時代的音樂表演等領域中發揮著積極的作用。但相較之步履維艱的鋼琴發展之路，鋼琴的“智能化”發展還處于不斷摸索的階段，正因如此，大眾對鋼琴“智能化”發展在音樂藝術以及樂器科技上的作用和地位不甚了解，對其發展趨勢的研究也易被忽略。本文通過回顧鋼琴從“自動化”到“智能化”的發展歷程，結合對國內外鋼琴“智能化”發展的進程，以Find、海倫鋼琴、雅馬哈等具體智能化型號為例，歸納鋼琴的“智能化”在自身結構、音響效果、發音方式等多方面的變化，對鋼琴的“智能化”這樣一種既不脫離傳統審美需求，又切合時代潮流的發展趨勢進行歸納探索，從而更好的為現代鋼琴文化發展服務。

一、鋼琴智能化發展的歷史回溯

1.自動演奏鋼琴

鋼琴“自動化”發展的主要成果為自動演奏鋼琴，它是鋼琴發展史上的一個重要階段。《牛津簡明音樂詞典》將其分為三種不同類型：第一種出現于1895年后期，“這類樂器裝有一種設備，用它來觸發按鍵而非用手彈奏，通過風箱和踏板或是靠電力提供壓縮空氣。壓縮空氣由一個逐漸展開的紙卷上的孔控制，這些孔是根據樂曲來安排并用于演奏。紙上的孔不受雙手(或四手)所能彈奏的音符的數量所限制”；第二種是1904年出現的“再現鋼琴，一種可以記錄和重現藝術家演奏的鋼琴”；第三種是1978年“利用將演奏轉錄成磁帶或其他載體的技術，通過計算機的輔助自動演奏的鋼琴”。[1]在經歷紙卷自動演奏鋼琴從19世紀90年代到20世紀20年代，接近50年的沉淀后，20世紀后期電磁自動演奏鋼琴登上舞臺，這些電磁演奏系統也可以說是近現代鋼琴智能系統產生的一塊基石，例如：美國QRS公司的Piano Matio Midi系統、Piano Disc公司的PDS123系統、雅馬哈公司的Disklavier系統。

電磁自動演奏鋼琴的發聲原理分為三步：首先是通過計算機技術從外接存儲媒介比如CD、軟盤或其他媒體中獲得音樂資源，其次是將資源中帶有MIDI模式的音高、時值、力度等控制參數和指令以異步串行的形式傳輸給MIDI信號處理器以及控制系統，信號處理器對不同的MIDI信號流進行轉換，利用轉換后的電磁信號來對機電轉換裝置發出指令，這些機電操控系統就是一排螺線管(1)指的是多重纏繞的導線，通電后產生均勻磁場。，它們被安裝在鍵盤后方的中盤上，每一個螺線管中套裝一個可以上下活動的活塞桿。當螺線管接收到電磁信號，活塞里的頂桿推動鍵盤末端，鍵盤帶動擊弦機運轉，琴槌自然敲擊相應的琴弦發聲(圖1)。

圖1

在科技飛速發展的今天，電磁自動演奏系統雖然還被廣泛應用，但遠不止電磁系統這一種檔次。基于核心部件可分為單片機(2)是一種集成電路芯片，采用超大規模集成電路技術把具有數據處理能力的CPU等集成到一塊硅片上構成微型計算機系統，應用于自動演奏鋼琴的控制盒中。、PLD(3)Programmable Logic Device即PLD，是作為一種通用集成電路產生，可對其編程，應用于自動演奏的機電轉換裝置。、音型數據庫(4)是一種可存儲、循環自動演奏所需的各方面音樂信息的系統。、可編程邏輯器件(5)可編程邏輯控制器，可進行數字運算的存儲器。等；基于驅動方式可分為機械電路，氣動控制電路等。作為附加裝置，鋼琴自動演奏系統可以記錄鋼琴的演奏過程，并依據記錄好的數據驅動鋼琴機構運動，再現演奏過程，對鋼琴的演奏性能并沒有任何影響，在實現電聲鋼琴功能的同時，又不失淳厚完美的音色，為傳統聲學鋼琴增加了嶄新的功能，在促進藝術、經濟和科技飛速發展的同時，也彰顯了時代的進步。

2.從鋼琴的自動化到鋼琴的智能化

把鋼琴的自動化發展局限在自動演奏功能和自動演奏系統上，這種觀點是片面的，以世界頂尖鋼琴制造世家“施坦威”為例，自從1898年生產的KP系列紙卷自動演奏鋼琴無人問津后，時隔百余年在2016年推出Spirio新悅鋼琴。如果單單以制作工藝和機械自動演奏功能來界定它的話，它只是一臺自動演奏鋼琴，但以其應用途徑和使用價值來界定的話，其采用攜帶式纏繞線圈螺線管(6)纏繞線圈螺線管的一種升級，對于電量強弱的感應更加敏感。來激活每個琴鍵，高解析度的Piano Disc自動演奏系統，并且配備高質量非MIDI格式(7)指此數據庫的樂曲格式不支持直接被截取用于MIDI制作。的智能音樂曲庫平臺和教學平臺，那它已不再局限為自動演奏鋼琴，而是施坦威公司面向智能化市場的主打產品(施坦威官方從未以自動演奏鋼琴來定義Spirio)。同樣，對于鋼琴的智能化發展，也不能單單以固有的工作原理來界定樂器的屬性，還要加之應用途徑、制作工藝和適用范疇等外圍條件。

從樂器自動化意識的萌芽到19世紀80年代紙卷自動演奏鋼琴的誕生至今，鋼琴的自動化都是基于解放人們的雙手以及適用于更廣泛樂曲演奏的應用途徑而發展的，其工作原理伴隨著制作工藝也由傳統的紙卷自動演奏發展為電磁自動演奏，使用范疇擴展到MIDI制作、歌曲伴奏等諸多方面。鋼琴“自動化”發展對傳統的音樂創作風格提出了挑戰，同時可以更加精準的記錄鋼琴音樂和表現鋼琴音樂，也為鋼琴這一原聲樂器更廣泛參與現代電子音樂打開了一扇大門。

鋼琴智能化意識的萌芽是伴隨著1985年雅馬哈公司所生產的Disklavier自動演奏系統應運而生的。其官方稱之為智能鍵盤功能，主要應用于智能伴奏和智能教學，其突出特點是琴槌光學傳感器。這是在傳統聲學鋼琴的靠背檔上安裝一排開關式傳感器，當琴槌受力脫離靠背檔時，抽離琴槌柄上的金屬插片，激發光學開關打開，琴槌回落開關閉合，在這一周期的時長來記錄音符的時值后，通過電磁系統應用于鍵盤，以達到琴鍵可以微微顫動的效果，通過這種效果來提示鋼琴演奏者某一個琴鍵即將被演奏，以此來提高鋼琴學習者的學習速度。這一智能功能雖有延遲、卡頓、影響手感等弊端，但這種智能化發展趨勢既成事實，也深得鋼琴初學者的喜愛。

從鋼琴自動化到鋼琴智能化意識的萌芽，鋼琴的智能化是基于工作原理的科技化、制作工藝的現代化以及應用途徑和使用功能的多樣化等方面而不斷推進的，比較于傳統的自動演奏鋼琴已經有了嶄新的面貌。

3.鋼琴智能化發展的科技水平

鋼琴的智能化是借助多種鍵盤樂器以及多方面的科技成果而產生發展的，首先是電聲技術與合成技術Fm/Am(8)是指調幅/調頻，用于合成器中的聲音頻率的調制合成。的應用。早在1907年美國人T·卡爾西發現了電磁圈能夠產生音階信號后，便將其應用于鍵盤樂器，隨之第一臺電聲原理的鍵盤樂器——電風琴誕生，這種電子管風琴相比傳統管風琴輕便經濟，普遍用于教學與音樂廳等，因而有一定的市場，至1950年，美國年產電風琴達到10萬臺，接近鋼琴產量。1964年，美國人穆格發明了合成器，可以人為調節聲波頻率的參數來合成自己想要的音色，使得鍵盤樂器可更廣泛的應用于電子音樂制作。1980年隨著電子集成電路(9)杰克·基爾比發明的一種微型電子器件或部件，包括晶體管、電阻、電容和電感等元件，縮減了樂器空間。的問世，雅馬哈等廠家生產了便攜式電子琴(Portatone Portasound)，隨后1983年雅馬哈生產的世界首臺電鋼琴問世，這也是“電聲”一詞與“鋼琴”這一樂器的首度結合。

其二是音源采樣技術的應用，音源采樣是利用模擬數字轉換器把模擬音頻轉換成數字音頻的過程。音源采集技術最早是由挪威的Mimmu Borgir(10)是重金屬音樂的開創者之一，被喻為“黑色城堡”。重金屬樂隊在1978年應用于效果器之上，以滿足在音樂創作方面對多種音色的混音需求。1980年隨著鍵盤樂器在音樂創作方面的廣泛應用和數字音樂的興起，音源采樣技術也逐漸應用于鍵盤樂器。比如1986年日本羅蘭公司推出的世界第一臺采樣合成數字鋼琴RD1000，以及1987年雅馬哈山葉株式會社推出的CP-70電鋼琴。

其三是物理建模技術的應用，物理建模技術是通過建立數字模型模擬傳統聲學鋼琴的發聲原理的過程。這一技術現今廣泛應用于傳統聲學鋼琴之上，使本來音質平平的鋼琴，通過物理建模調整音板共振和諧度從而改變音響效果來博取眼球。這也是現今鋼琴智能化音源轉變的一大特點。例如：“施坦威商標之爭”(11)很多樂器制造商通過物理建模技術模仿施坦威鋼琴音色所引發的爭端。的背后。

其四是物聯網技術的應用，物聯網是建立在互聯網基礎上的“物物相連”，實現多物品之間的信息交換和適時通信，其內層技術包括智能感知與識別技術。在樂器應用中主要體現在“互聯網+”(12)依托互聯網信息技術實現互聯網與傳統產業、產品的結合。，通過人工智能教育平臺和傳統樂器的結合實現教育資源共享等新應用，“互聯網+”也是鋼琴智能化發展的重要組成部分，雖然只是剛剛起步，但也將開啟一個新的時代。

從嚴格意義上來講，按照“霍薩樂器分類法”，電管風琴、電子琴、電鋼琴跟傳統聲學鋼琴不屬于同一類樂器，但是就演奏方式而進行分類的話它們都是鍵盤樂器，彼此的發展進步都是潛移默化的。在鋼琴智能化發展的道路上，除了上述相關技術，還包括模擬鍵盤技術、模擬擊弦機技術的應用等等。歸根結底，筆者將其分解成兩個大的發展方向，其一是傳統機械發音附加設備型的智能化發展方向，另一種是非傳統機械發音模擬聲波振動型智能化發展方向。在國內，兩種趨勢智能化鋼琴的產品層出不窮，為傳統聲學鋼琴市場注入了新鮮的血液。

二、鋼琴智能化發展的成果及主要特征

鋼琴的“智能化”是繼“自動化”后鋼琴領域不斷創新、不斷發展的一種趨勢，是鋼琴這一鍵盤樂器進行多樣化轉變的一條可行道路。筆者對鋼琴智能化發展所衍生的“智能鋼琴”分為兩類進行對比研究：一、以保持傳統聲學鋼琴原有擊弦機運作原理、琴弦帶動音板共振發聲為基礎，經過外加電子單元、機械單元使鋼琴具備智能功能為輔的一種發展趨勢；二、以保持鋼琴擊弦機以及鍵盤的最佳運動為輔，通過電子音源代替、高科技聲學技術模擬音板發音，使鋼琴從聲源系統上進行智能化轉變的另一種發展趨勢。鋼琴的“智能化”發展所應用的新技術與新理念，伴隨著社會的進步，不斷除舊更新。

1.傳統鋼琴機械發音附加設備型智能鋼琴的結構特征

所謂傳統機械發音是指鋼琴的核心部件沒有改變，發聲原理還是通過擊弦震動音響共鳴發聲，而附加設備是指在內部或者外部增加一些機械設備來實現多功能操控，同時增加一些電子設備使其實現智能功能。最早以這種形式出現的“智能鋼琴”是2014年由美國知名藝術家David Bowen研發出來的，他將一臺攝錄機對準天空，記錄飄過的云朵，圖像由電腦程序分割成88份，跟琴鍵的數目一樣，程序會根據云朵在天空出現的位置及形態，分析它們的密度、行動速度及形狀等，并借此控制機械手以不同力度以及速度彈奏，這一研發是鋼琴附加設備智能化發展的初步體現，如圖2、3。現今各大鋼琴制造廠商都對自己的產品進行智能化的后期改裝或自主研發添加，在競爭市場的同時，改造和拓展其產品的結構和使用功能。Find智慧鋼琴、海倫Ipiano等都屬于這一類型。

圖2

圖3

2.非傳統機械發音模擬跨界型智能化鋼琴的結構特征

所謂非傳統機械發音，指的是鋼琴的音源部分已經改變，發聲原理不是通過擊弦振動音板共鳴發聲，而是通過相關科學技術對多種品牌原聲鋼琴的音色進行模擬或者采集，同時進行整合來達到超凡的聲學品質。其智能化的特點除了智能電子音源的應用外還體現在對傳統聲學鋼琴的多方面進化，不僅可應用各種智能教學軟件；改變了傳統聲學鋼琴的體型特征，使其更加輕巧且方便移動；在制作工藝方面結合了更多的科技因素，使傳統聲學鋼琴的藝術價值與科學價值同軌；在使用壽命以及維護保養方面，實現了電子調試，免去了高額的保養費用。筆者認為，這種類型的智能化鋼琴的發展特點是結合了現代電聲鋼琴的創新觀念而產生的，它既具有原聲學鋼琴的藝術價值，又具有電聲鋼琴的科技美感，是一種現代樂器追求傳統樂器“純粹”的跨界產品。

模擬跨界型智能化鋼琴的結構特征主要體現在智能電子音源以及其生成方式，如圖4所示，其大部分安裝于鋼琴內部；鍵盤信號采集裝置，如圖5所示，其與附加設備型制的智能化鋼琴相同，大部分置于鍵盤下方；微調電子顯示屏幕，其大部分安裝于左側的鍵側木之上；電子音響，分為內置和外置兩種；其余為輔助機械部件。功能使用擴展低八度低音的泛音效果來滿足演奏者對不同風格樂曲的演奏要求。

圖4

圖5

模擬跨界型智能化鋼琴的生產企業和品牌種類繁多，但其中不乏具有歷史性和標桿性的廠家和代表產品，其中雅馬哈、卡西歐、卡瓦依這三大廠商可以說是致力于電子樂器與傳統樂器研究中最具典型性的代表。他們使用電子音源較早，在電子音源的應用方面有很多相似之處，例如都使用了工業級的單片機來實現音源的智能化和微型化，都對自家廠商生產的高端演奏鋼琴進行音源采集等等。但是除此之外，包括后起之秀的國產品牌Elite Grand在內，這四個制造商也都同時擁有各自比較穩定和具有代表性的專利技術，這些技術也對其他品牌的智能化鋼琴有著潛移默化的影響。

三、對鋼琴教育領域的作用與影響

1.智能音樂平臺的建立

在智能教育平臺出現之前，音樂的欣賞和學習還大都局限于音樂家的現場演奏以及教師的當面教授，因此鋼琴藝術欣賞學習的成本相對較高。自從智能音樂平臺的出現，使這一局面被打破，使得鋼琴藝術傳播大眾化、鋼琴教育資源公平化。智能音樂平臺以一種多元化的云端方式存在，包括教育、學習、分享和存儲等，例如最近國內的The ONE智能鋼琴教育平臺、極客智能鋼琴教育平臺，這類教育平臺通過智能評測系統對演奏者彈奏的音準、節奏、力度、表現力、難度等各個維度進行檢測分析，并將檢測的細節與結果轉化為可視化的圖形，用以提高學習效率。除了智能評測系統，每個智能鋼琴教育平臺還包括海量的名家鋼琴教學與演奏視頻供用戶來使用，例如：北美音樂家學會會長Robert與耶魯大學校董事長Alan Liu先生完成的平臺教學資源的整合，聯合茱莉亞音樂學院、柯蒂斯音樂學院等全球著名音樂學院，進行教學資源的錄制以及開展線上同步和公開課，用戶不僅可以根據平臺上已有的資源進行學習，還可以跟自己的老師在平臺上進行遠程教學，不僅有音視頻溝通，老師還可以通過聯網鋼琴系統進行更正和示范。無論從學琴效率、效果，還是從教育普惠公平的角度來說，利用互聯網、人工智能等技術來推行音樂教育，已經是大勢所趨。

2.智能音樂教室的建立

智能音樂教室是智能音樂教育平臺的衍生品，是一套技術領先、自動智能維護、多功能的智能化計算機音樂教學系統，其主要側重于基礎音樂的教學，打破了以往一對一的鋼琴教學模式，在一個局域網內，連接數臺“智能鋼琴”，由老師通過主機屏幕或者音頻視頻遠程傳輸互動來實現教學以及對學生的監督。教師和學生之間除了在語言和圖像上溝通之外，還能夠相互演示彈奏技巧、示范糾正錯誤、進行指法的引導，在一定程度上縮減了鋼琴音樂教育的成本，提高了鋼琴教學的效率，豐富的電子教學軟件也兼容了娛樂性與教學性。從另一個層面來說，這種音樂教室的建立也預示著國內的物聯網教學模式即將誕生，為智能化樂器之間能夠實現無縫連接邁出了第一步。

3.品牌培訓機構的建立

在智能化教學風靡的今天，各大科技公司以及鋼琴企業都開始涉足鋼琴培訓教育，紛紛建立自身的培訓機構以及培訓學校。比如上海易彈公司在浙江余姚所建立的“MUS成人教學中心”，其聘請中央音樂學院周廣仁教授進行對機構教師的定期培訓，構建了一個以自身教育特點為核心的教研平臺，這不僅改善了參差不齊的教學水平，而且提供了眾多的就業崗位。再比如The ONE公司的建立的“扶貧計劃”，無條件為偏遠地區的學校和部分家庭免費提供鋼琴教師以及相應的配套設備，并對有條件的教師進行考核，通過者可享受后期的免費培訓。在教育資源共享的層面來說，品牌培訓機構為音樂藝術教育拓寬了道路，在教育資源整合的層面來說，品牌培訓機構也時時在匡正音樂藝術教育。

四、對鋼琴音樂創作及表演領域的作用和影響

1.對傳統音樂創作風格提出挑戰

鋼琴的智能化發展為傳統鋼琴增添了諸多功能，比如鍵盤律制的分區功能，可以為作曲家提供區別于十二平均律的作曲條件，如“十二音體系”“純律體系”“無調性音樂”等等，更可為演奏家完美地還原古典以及巴洛克時期的樂曲表現風格。再比如自動演奏功能，可以擺脫手指的限制，為復雜和聲構成的樂曲提供真實的演奏效果，可淋漓盡致地展現出浪漫主義音樂的揮灑自如，促使鋼琴作品的風格更加豐富多樣。

2.催生了全新的音樂錄制方式

以往針對鍵盤音樂的創作錄音很少采用鋼琴的實錄，大都采用MIDI鍵盤、合成器或者電鋼琴，因為對于鋼琴的立體聲采樣十分繁瑣，簡單的錄音方式雖然有保障也具有一定操控性，但很難達到作曲家所需的理想效果。智能化鋼琴所自帶的錄音功能，不僅可以最大程度地記錄演奏者的演奏風格，還可使演奏片段自行錄制成多種格式，通過MIDI接口直接傳輸供創作者使用。在現代計算機音樂的制作當中，利用編曲軟件完成旋律的編配后，也可以同樣的方式傳輸入智能化鋼琴來完成伴奏部分。這種錄音方式的核心在于，模擬跨界型智能化鋼琴的電子音源已經完全具備原聲鋼琴的多級立體聲采樣，并且可以被靈活的運用。

3.結合VR技術的非現場音樂會形式

隨著VR技術變得越來越容易被掌握，更多的低成本VR設備出現了，人們對VR技術的應用也越來越廣泛，不久的將來會像電視機一樣普及，而現場音樂形式的轉變就正在為這一過程鋪路。例如美國“Coachella音樂節”就結合VR技術形成了一種新的銷售模式，他們開設了專門的VR區域，觀眾可在VR設備中來觀看演出、360度全景照片、音樂家的采訪視頻等等，幫助沒能親臨現場的音樂節觀眾獲得更好的感官體驗。至今鋼琴演奏音樂會雖沒有與此類技術的結合，但也在進行初步的開發和研究，例如：跨界模擬智能鋼琴Elite Grand與VR技術的結合，可以為演奏者提供不同的演奏場景進行練習，同時可以錄制欣賞，在不久的將來，非現場的音樂會形式必然會應運而生。

結語

智能化鋼琴作為傳統聲學鋼琴誕生至今的新生體，它不僅僅以傳統聲學鋼琴的形制和發聲原理為根底，更在傳統樂器上挖掘出了更耀眼的價值，從而極大的提升了鋼琴教育教學品質，引發鋼琴相關文化產業的變革。