Какое пианино купить?

1. Очень небольшое количество звуков на одной ноте Казалось бы - нет ничего проще для производителя: запиши один звук и меняй его громкость во время удара по клавише. Но в мире не всё так просто. Громкий звук имеет массу обертонов, экспрессию и т. д. и его нельзя воспроизводить под видом тихого, мягкого и нежного звука. Громкость его уменьшить можно, но он всё равно будет яркий и торжественный, даже если мы этого не хотим. Как быть? Производители нашли выход: звуки (сэмплы) в цифровых устройствах записываются слоями. Один слой: тихий звук, для игры "пиано", другой слой средний, третий громкий для игры "форте". Чем больше слоёв, тем "живее" электроника, но и дороже. В недорогих моделях (долларов за 800) это 3-5 слоёв на 1 ноту, в дорогих (5-10 тыс. долларов) несколько десятков слоёв на одну ноту.
 Но почему даже дорогие цифровые инструменты мы воспринимаем как игрушку для взрослых? Это зависит от особенностей человеческого мозга. Дело в том, что в живом инструменте, дорогой он или дешёвый, на одной ноте примерно несколько миллиардов слоёв. И играя на "живом" инструменте мозг человека всё время слышит новые звуки. Более того, тембр звука немного меняется в зависимости от изменения влажности или температуры, в солнечную погоду так, в дождь иначе. Как ни странно, даже очень медленная, естественная расстройка во время игры влияет положительно на человека. А точно повторяющиеся события вызывают тревогу и даже панику. Подключаются защитные механизмы для предотвращения проблем. Ну например, сколько минут вы можете выдержать пиликание на детском пианино, купленном в магазине игрушек за несколько сотен рублей? Минут 15 наверное. Потом хочется выбросить эту игрушку подальше. Там всего один слой звука. Во взрослых цифровых пианино слоёв больше, но как только человеческий мозг запомнит все слои звуков (от нескольких дней до нескольких недель) , начинается быстрое охлаждение к инструменту, вплоть до неприятия. Вы всё время будете попадать на те слои, которые уже запомнили, и эти звуки не будут у вас вызывать новые эмоции как при разучивании так и при игре по памяти. Это напоминает прочитанную книгу или просмотренный фильм, второй или третий раз производит уже совсем другое впечатление.
 Еще одно сравнение. Представьте, что вы после холодной и пасмурной зимы, весной выехали за город в лес или на дачу. Но звуки и шумы, которые вас всегда окружали исчезли. И вместо них звучит запись этих же самых звуков, но повторяющихся каждые 20 минут. Сначала, на первом круге вы ничего не заметите, такое же пение птиц, проезжающая вдалеке машина, шум ветра... На втором проигрывании вы смутно и с тревогой начнёте вспоминать, где-то это уже слышали. А после пятого прослушивания у вас начнётся настоящая паника. Конечно, при игре на цифровом рояле паника не начнётся, но мёртвый звук гарантирован.
Я слышал от музыкантов интересную фразу: на живом пианино расслабляешься, на цифровом - дискомфорт.

Парадоксально, но получается, что постепенно расстраивающиеся пианино или рояль (гитара, скрипка, оркестр) благотворно влияют на человека, оказывает что-то вроде релаксирующего воздействия. Конечно эту расстройку мы не слышим, она слишком медленно происходит, но на подсознательном уровне наш мозг это вычисляет и воспринимает спокойно, в порядке вещей. Ведь эволюция человека проходила в постоянно меняющемся мире.

2. Металло-пластмассовое звучание 1. Когда производитель пишет: "Вы получаете точную копию акустического звука рояля... (такой -то фирмы), вас вводят в заблуждение, а грубо говоря это обман.
При записи звука в цифровой формат на студиях, по заказу производителя записываются звуки (сэмплы). Информация фиксируется в определённых точках, соответствующих битности и частоте дискретизации. Чем качественнее амплитудно-цифровой преобразователь (АЦП), чем больше битность и частота, тем точнее запись, тем выше качество. Производители остановились на некотором компромиссе качество и дороговизны. Конверторы на студиях качественные, но затем частоту и битность понижают для уменьшения размера каждого звука, и для более быстрого отклика во время игры. (При большой задержке вы не сможете играть). В любом случае цифровой звук упрощает картину, исчезает детализация и "воздух", звук становится другой. Появляется металлический оттенок. Дело в самой природе цифрового преобразования: во время записи или воспроизведения постоянно работает тактовый генератор с частотой 44, 48 или 96 килогерц, открывающий и закрывающий ячейки микросхем. Генератор пронизывает все звуки от тихих до громких, и мы в принципе и слышим эту работу, а точнее этот мёртво-металлический оттенок в звуке.
См. рисунки.

2. При воспроизведении сэмплов из недр микросхем или хард-диска используются цифро-аналоговые преобразователи (ЦАП), или конверторы. Цап имеет различное качество. В студиях звукозаписи, где записывают музыкантов или делают мастеринг используют качественные ЦАПы (см. фото), стоимостью несколько тысяч долларов, для правильного восприятия звуковой картины. Понятно, что производители устанавливают упрощённые модули на пианино для удешевления устройства. Это второй пункт в деградации звука. Мало того, что при записи звук уже не тот, при воспроизведении он стал ещё более зажатым, плоским и сухим. Дело в том, что при преобразовании, для экономии ресурсов (памяти, скорости работы) звук как бы прочищается, из него исключается огромное количество микропроцессов, которые и слышит человеческий мозг. Самая большая деградация происходит в недорогих пианино, до 1500 $. (Цап в таких моделях самый простой, долларов за 10 - 40, или просто использован один чип-преобразователь (сам чип стоит несколько долларов), с простейшими фильтрами, которые гасят высокочастотный цифровой шум и выравнивают амплитуду) Кроме всего прочего, в этих некоторых моделях для экономии ресурсов записывают не все 88 сэмплов на одном слое, а половину.

Не будем забывать, что слоёв громкости несколько, т. е. в дешёвом варианте их допустим четыре, это p, mp, mF, F. Значит нужно записать 88 х 4 = 352 звука. В урезанном варианте их 176. Оставляют все слои громкости, но записывают 44 звука, через один. Недостающие восполняют путём повышения на пол-тона. Или октаву, например D первой повышается на октаву, и D второй уже записывать не надо. Программным путём или на уровне чипов это сделать просто. Но при этом экономится память и удешевляется звук. Почему такое внимание уделяется памяти? Потому что звук пианино имеет длительную протяжённость в среднем и особенно в басовом регистре, и при высоком разрешении занимает много мегабайт. А тут ещё нужно корпус сделать, динамики, клавиатуру и т. д. Особенно сильно урезать можно верхний и нижний диапазон, где человеческое ухо не столь чувствительно. В совсем бюджетных вариантах сэмплы клонируются и копируются из нескольких десятков базовых, находящихся в постоянной памяти одного чипа. Поэтому звук такой отвратительный.

3. Усилитель. Если сравнить качественный и недорогой усилитель, то разницу могут услышать многие. И проблема не только в нелинейных искажениях, но и в скорости нарастания напряжения в момент подачи сигнала. А пианино и рояль относятся к инструментам, где атака играет важную роль в определении всего звучания. Попробуйте с помощью аудио-редактора срезать атаку и послушайте звук, вы его не узнаете.
4.Колонки или мониторы оставляют свой след искажений и неравномерности. А отсутствие сабвуфера практически не передают глубину басовых нот.
Если из цифрового пианино стоимостью 1 тыс. долларов вычесть стоимость клавиатуры примерно 0,6 тыс. (самой дорогой части), то на цифр. аналоговый преобразователь, динамики, усилитель, педаль, монитор и т. д. останется 0,4 тыс долларов. Какого качества компоненты должны быть, если только один усилитель для домашнего кинотеатра стоит примерно столько? И не самый лучший.

3. Педаль (резонанс от звучащих струн)
В цифровых пианино резонанса между струнами нет. Педаль только удлиняет сэмпл.
Педаль в цифровых пианино, это больная и нежелательная тема для производителя.
В механическом существует два типа звука: механический шум от открывающихся демпферов, и резонанс от активных струн. Звук от демпферов записать в цифровом виде и воспроизводить в нужное время легко. Продавцы цифровых пианино именно это и будут вам выдавать за достижение цифровых технологий. Он всё время одинаковый, и немного может меняется от быстроты нажатия на педаль, обычно это шорох и стук. Ещё могут добавить неопределённоё гудение или реверберацию. Реверберация в цифровом виде имеет проблемы в качестве - замыливает звук. Хорошие ревербераторы для студии стоят дорого (дороже, чем всё цифровое пианино).
Намного сложнее с частотным резонансом.

Немного теории. Википедия: Резона́нс (от лат. resono — откликаюсь) — явление резкого возрастания амплитуды вынужденных колебаний, которое наступает при приближении частоты внешнего воздействия... Резонировать — значит отражать. Отражение подразумевает «отдачу и получение». Явление резонанса впервые было описано Галилео Галилеем в 1602 г в работах, посвященных исследованию маятников и музыкальных струн.

Очень наглядно это можно увидеть например на маятниках:
Обмен энергией (переход на Youtube)

Или как звук заставляет резонировать твёрдые частицы и выстраиваться в симметричные узоры. Из хаоса в гармонию
Резонанс частиц, как и резонанс струн в соответсвии с частотой (смотреть на Youtube)

В цифровом пианино эти резонансные явления между струнами, между аккордами, между звуками, между декой, особенно с нажатой правой педалью... отсутствуют. Поэтому аккорды, произведения там звучат немного странно. Каждый звук отдельно, без взаимодействия с соседними.
В механическом пианино или рояле резонанс передаётся через деку и воздух.
Но самое интересное, при нажатии ноты или аккорда струны не резонируют все вместе как на первомайской демонстрации. В резонанс они входят в соответствии с той частотой, которую издаёт нажатый аккорд или нота.
В резонанс входят соседние ноты, расположенные слева и справа, так называемые кратные частоты, т. е. умноженные или делённые на 2, 4, 8 и т. д. Например нота ЛЯ первой октавы - нота ЛЯ 2ой октавы и нота ЛЯ малой октавы. В большей степени резонируют октавы, в меньшей степени квинты, кварты и другие интервалы. Почти не резонируют малые и большие секунды, хотя расположены рядом с активной нотой. Например вы нажали ноту ФА первой октавы с открытой педалью. За доли секунды начинают резонировать соседние октавы: ФА - 2 октавы, ФА - Малой октавы. Затем менее громко ДО - 2 октавы и СИ - бемоль Малой (квинты). Еще менее громко ФА - 3 октавы и ФА большой и т. д.
Если вы нажали одну ноту, то в резонанс войдут около десятка нот, если аккорд, то несколько десятков нот. Если вы играете в нижнем диапазоне, то в резонансе принимают участие группы струн нижнего регистра, если наверху, то соответственно резонирует верхний диапазон, но в строгом соответствии с теорией резонанса и кратных частот.
Появляется специфический объём и глубина. А так как резонанс появляется только у кратных частот, то звук получается мягким. Другими словами в нём нет диссонирующих малых секунд или пониженных квинт.

Многие музыканты во время обучения замечали, что как только они начинают осваивать педаль, то становится играть намного интереснее. И дело не только в дополнительных легато, которое даёт педаль, а именно в появлении неповторимого, завораживающего резонанса, который является обычным физическим явлением.

Резонанс лучше проявляется на настроенном пианино, и это логично, чем точнее настроены октавы и квинты, тем лучше действует это физическое явление.

Какие ещё существуют цифровые инструменты, имитирующие живые?

Небольшая таблица показывает ситуацию при сегодняшних технологиях

Инструменты	Изделия, работающие на звуковых слепках (сэмплах).Их главные недостатки.
	1. Пластмассовый, мёртвый звук. 2. Отсутствие резонанса на соседних струнах при открытой педали.
	Не производится. Слишком много нюансов при живой игре. Проблема в передаче этих нюансов на датчики, расположенные на грифе и воспроизведение сэмплов из памяти микросхем. Сложно обеспечить электро-питание и усиления из-за небольшого корпуса.  (Не путать с электро-скрипкой со звукоснимателем, которая является живым инструментом)
	Не производится. Проблемы те же, что и для скрипичных. Есть компьютерные сэмплы акустической гитары. Не похоже.
	Не производится. Проблемы те же, что и для скрипичных. Легче научиться играть на гитаре, и получить к тому же от этого удовольствие, чем ждать когда сделают спец. датчики на грифе и в цифре научаться передавать все тонкости игры.
	Не производится. Ещё большие проблемы с передачей воздушного потока на датчики, и преобразование его в цепь алгоритмов, понятных для операционной системы и процессора. Небольшой объём для размещения электроники и аккумуляторов.
	Не производится. Проблемы те же, что и для трубы.
	Производится. Используются в основном новые звуки, которых нет на живых инструментах.