Piano Mecânico: Fusão da Tradição Acústica com Precisão Automatizada

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Histórico

O piano mecânico começa como um piano padrão, ou não mecânico, acústico. Ele contém um teclado, e, quando as teclas são pressionadas, martelos de feltro atingem cordas metálicas afinadas para criar tons musicais. A intrincada coleção de martelos de feltro e peças de conexão é chamada de "ação do piano". A ação do piano pode ser manipulada com os dedos do músico, ou, se o piano estiver equipado com um sistema mecânico, a ação do piano pode ser operada pela "ação do mecanismo" do próprio piano mecânico.

O piano mecânico tradicional, operado por rolo, tem uma ação mecânica pneumática (acionada a ar) que opera a ação do piano. Associada a cada tecla do piano há um atacador, que se assemelha a um minúsculo fole. À medida que cada atacador colapsa pneumaticamente, sua tecla correspondente é empurrada para tocar. O conjunto completo de atacadores compõe a ação do mecanismo. A ação do mecanismo "lê a música" detectando perfurações codificadas em rolos de papel. Esta detecção é feita por um sistema de tubos e válvulas pneumáticas, e, à medida que as perfurações são notadas, o sistema pneumático diz aos atacadores quando colapsar. Um motor a vácuo elétrico ou pedais acionados a pé fornecem a energia pneumática.

O piano mecânico tradicional de rolo tem várias desvantagens. A ação do mecanismo deve ser construída no piano durante a montagem; não pode ser adicionada depois. Além disso, os atacadores pneumáticos pressionam suas teclas em apenas um nível dinâmico, então as notas da música são ouvidas, mas sem variações de suave ou forte.

O piano mecânico moderno tem uma ação de mecanismo que usa solenoides acionados eletronicamente como atacadores. Um solenoide é uma bobina tubular que age como um ímã quando percorrida por uma corrente elétrica. Os solenoides respondem a sinais de uma Interface Digital de Instrumentos Musicais ou MIDI, que é a linguagem eletrônica universal falada por teclados, sintetizadores musicais e outros instrumentos eletrônicos. O MIDI é consideravelmente mais sofisticado que o sistema de rolo, e toca tanto as notas quanto a dinâmica como gravadas pelo músico. Bibliotecas de música gravada são armazenadas em disquetes ou discos compactos para que o piano possa tocar virtualmente qualquer peça musical. Se equipado com software e eletrônica apropriados, o piano mecânico também pode tocar vocalistas gravados, instrumentos ou uma orquestra sinfônica completa. Graças à linguagem MIDI comum, também pode ser vinculado a sequenciadores, máquinas de bateria e sintetizadores, bem como computadores.

História

Quando o Rei Henrique VIII da Inglaterra morreu em 1547, seus instrumentos musicais foram inventariados e, entre eles, estava "um instrumento que vai com uma roda sem tocar". Os primeiros pianos mecânicos eram conhecidos por terem sido construídos pelo fabricante de pianos Samuel Bidermann de Augsburg, Alemanha. Ele equipou três espinetas (pequenos pianos verticais) com barris com pinos semelhantes aos de caixas de música durante sua vida de 1540 a 1622.

O interesse em inventar um piano auto-executável ressurgiu no final da década de 1890. Vários mecanismos diferentes foram desenvolvidos e vendidos, mas os rolos de papel não eram intercambiáveis. Melville Clark, um inventor e designer de pianos, desenvolveu um tamanho de rolo padronizado de 88 notas para a indústria de pianos mecânicos, e construiu seu piano mecânico Apollo neste padrão em 1901. Em 1908, outros fabricantes haviam adotado seu padrão. Os rolos de papel eram perfurados por máquinas duplicadoras chamadas perfuradoras a partir de um rolo mestre usado como padrão. Os rolos mestres eram laboriosamente perfurados à mão por trabalhadores qualificados diretamente de partituras. Para evitar esta dificuldade de produção, Clark inventou o "piano marcador" em 1912. Seu piano marcador perfurava os dados do rolo mestre enquanto o músico executava uma peça musical. O piano marcador foi usado de 1912 a 1931.

Apresentações históricas de artistas da época foram preservadas em gravações ao vivo, e o piano marcador fez os Anos Loucos o auge do piano mecânico até a popularidade do fonógrafo e rádio superá-lo. Em 1926, seu ano de pico de vendas, mais de 10 milhões de rolos de piano foram vendidos. O piano marcador foi aposentado em 1931, restaurado em 1971 para gravar performances de outros artistas notáveis, e designado Marco Histórico Nacional de Engenharia Mecânica em 1992. Após vendas de todos os tempos baixas na década de 1950, pianos mecânicos de rolo experimentaram um renascimento na década de 1970, e pianos mecânicos tradicionais e rolos de papel ainda são fabricados e vendidos.

Na década de 1920, experimentos começaram com dispositivos elétricos ou eletromagnéticos no lugar da caixa de ressonância do piano. Pianos eletrônicos, teclados e sintetizadores musicais usam circuitos eletrônicos ou peças metálicas afinadas em vez de cordas para produzir som. Alguns geram sons aproximando-se dos de um piano convencional, mas são mais valorizados por produzir efeitos que são alterados eletronicamente da voz do piano acústico. Aplicações eletrônicas começaram a se fundir com o piano acústico na década de 1970; pianos acústicos (em oposição a pianos eletrônicos) foram equipados com vários componentes como drives de cassete digital ou computadores para permitir que o piano acústico fosse tocado usando "cérebros" e energia eletrônicos. Vários grandes fabricantes agora produzem pianos mecânicos acionados por disco, e sistemas e software são vendidos em kits para converter pianos acústicos em mecânicos. O instrumento que ficou ocioso desde as aulas de piano na escola pode assim ser convertido em um centro de entretenimento. O restante deste artigo focará na fabricação do piano acionado por disco.

Matérias-Primas

Essencialmente nenhuma matéria-prima é usada diretamente na fabricação de pianos mecânicos acionados por disco. Fabricantes fornecem especificações a fornecedores e então compram as peças necessárias deles. Estas peças podem incluir pianos acústicos produzidos em fábrica nos quais os sistemas mecânicos são instalados.

Design

Engenheiros projetam o sistema de piano mecânico e desenvolvem novos produtos. O departamento jurídico do fabricante, enquanto isso, realiza uma pesquisa completa de patentes para que novas abordagens não infrinjam patentes existentes, e os próprios conceitos originais da empresa podem ser patenteados prontamente. Protótipos são montados à mão, testados e avaliados quanto a viabilidade de mercado e construção. Os engenheiros fornecem detalhes de design e especificações para cada componente do produto, incluindo peças elétricas, eletrônicas e mecânicas; ferramentas e usinagem ou montagem especial; e requisitos para operação, instalação, teste, manutenção e reparo. Como poucas peças podem ser feitas no local, a busca por peças ou fornecedores capazes de fabricá-las pode ser mundial.

Engenheiros de software também devem fornecer a programação para que chips de computador possam converter notas e dados representando expressões musicais em sinais eletrônicos que acionam os solenoides. Mais de 1.000 páginas de código de computador podem ser necessárias para esta comunicação complicada.

Para atrair um mercado amplo, o piano mecânico deve ser capaz de tocar uma ampla gama de música, então uma grande biblioteca de música em forma de software também foi desenvolvida e atualizada. Os "códigos" dos rolos de piano mecânico tradicionais não se traduzem facilmente para a linguagem MIDI, mas performances reais são idealmente adequadas ao sistema digital porque transmitem elementos interpretativos. Fabricantes mantêm seus próprios estúdios de gravação e recrutam artistas renomados para tocar seus estilos de piano. Editores musicais revisam as performances gravadas, corrigem quaisquer erros ou inconsistências, ou modificam performances de acordo com partituras musicais, conforme apropriado. O departamento jurídico garante contratos, liberações e licenças para a música e performances.

O Processo de Fabricação

Submontagem do Mecanismo

• 1. A submontagem do mecanismo é a ação do mecanismo que consiste em 88 solenoides e êmbolos que são ativados por computador para mover as teclas. É feita de peças pré-existentes que são montadas ao longo de uma linha de montagem usando uma combinação de montagem manual e processos automatizados. A eletrônica, incluindo fonte de alimentação, caixa de controle, dispositivos de ativação de teclas e interconexões, são controlados pelos componentes em uma placa de circuito impresso. Placas de circuito em forma de painel (múltiplas placas do mesmo tipo feitas em um grande painel e separadas após a inserção dos componentes) são usadas para facilitar a montagem automatizada porque componentes podem ser adicionados facilmente. Componentes de um único tipo são fornecidos em longos rolos que são alimentados através de um sequenciador automatizado. O sequenciador verifica se cada peça está correta, então organiza uma matriz de peças na sequência adequada para inserção na placa de circuito. Algumas peças são formadas, moldadas e inseridas na placa por um inserter automático de imersão que também pode verificar a adequação da peça. Outras peças são adicionadas à mão.
• 2. As peças são soldadas no lugar passando a placa de circuito por uma máquina de solda por onda. Ela lava a placa com fluxo para remover contaminantes, aquece a placa e componentes por infravermelho para reduzir choque térmico enquanto a placa é soldada, então passa a parte inferior da placa sobre uma onda de solda fundida. A solda flui até cada componente e perfuração da placa por ação capilar até a superfície superior da placa. Ela esfria e endurece, fixando as peças no lugar.
• 3. As placas de circuito completadas são instaladas em caixas de controle e testadas como etapa de garantia de qualidade. Software é carregado e as caixas de controle são ativadas por um período de teste de dois dias, ou processo de "burn-in", que simula o funcionamento real do sistema mecânico. Quaisquer falhas durante esse tempo são detectadas e corrigidas.
• 4. Em outra parte da linha de submontagem do mecanismo, os solenoides e êmbolos são feitos e instalados em um trilho ou suporte. Fio magnético é enrolado por máquina nas bases dos solenoides e selado no lugar. Conexões de fio também são anexadas a cada solenoide, e os conjuntos de êmbolos são pareados com solenoides. Os solenoides e êmbolos são montados em trilhos de alumínio. Dependendo do fabricante, os solenoides/êmbolos variam em configuração, e o trilho pode ser de uma peça ou várias seções. Suportes de montagem do trilho serão usados mais tarde para montar os solenoides sob o teclado do piano. Um conjunto semelhante é feito para ativar os pedais do piano.

Faixa de Gravação

• 5. O piano mecânico também pode gravar música tocada no piano se uma faixa de gravação for instalada; isso permite que alunos ou executantes reproduzam seu trabalho e auxilia compositores na criação e revisão de suas composições. A faixa de gravação consiste em um trilho de montagem e minúsculos interruptores de filme eletrônico que são encapsulados em plástico. Há um interruptor ou dedo por tecla; e a faixa de gravação é sensível à tecla ou teclas que são pressionadas, a duração em que são mantidas pressionadas, e a velocidade ou intensidade (suave ou forte) por pressionamento de tecla. A faixa de gravação é ligada eletronicamente ao computador do piano, onde os sinais são processados em mensagens MIDI. Estes dados podem ser armazenados por mídia analógica como um cassete ou VCR, ou direcionados a um drive de disquete. Podem ser reproduzidos pelo piano ou outro instrumento compatível com MIDI.

Leitor de Disco

• 6. O leitor de disco e outros dispositivos são conectados ao piano mecânico via caixa de controle. Pode ser um drive de disquete, leitor de disco compacto (CD), ou ambos; pianos mecânicos também podem ser conectados a VCRs em combinação com televisores ou monitores de computador para que letras possam ser sincronizadas para cantorias ou outro entretenimento programado. A maioria dos fabricantes compra esses componentes e controles remotos para eles de fornecedores externos.

Acompanhamento e Alto-falantes

• 7. Como outro recurso adicional, o piano pode tocar junto com todo tipo de acompanhamentos gravados incluindo vocais, outros instrumentos individuais, ou uma orquestra. As "caixas de som" para estas adições são alto-falantes eletrônicos que podem ser fornecidos como acessórios ao piano e que são fornecidos por vendedores. Software é adicionado para fornecer os outros sons via sistema MIDI.

Instalação no Piano

• 8. Em outra linha de montagem, a submontagem do mecanismo e a faixa de gravação são instaladas em um piano. Os pianos são fornecidos pela própria divisão de pianos do fabricante ou um fornecedor externo. Um slot é cortado na madeira sob o teclado do piano, mas a integridade estrutural do piano não é afetada. O trilho do solenoide ou conjunto de trilhos é montado sob o piano para que os êmbolos fiquem sob as caudas das teclas. A faixa de gravação é instalada similarmente. As conexões dos solenoides com os pedais também são conectadas, a caixa de controle é montada sob o teclado, e a fonte de alimentação é montada na parte inferior do piano. A ação do piano deve ser ajustada neste ponto. As teclas repousam em almofadas de feltro que comprimem com o uso, então os pianos são programados para tocar durante a noite em outro processo de burn-in. Após um "concerto" de 12 horas, o feltro comprimiu. Então os componentes são verificados para ver se funcionaram corretamente, e a ação do piano é ajustada para se adequar à compressão do feltro. Os pianos são embalados e enviados quando a instalação está completa.

Montagem de Kits

• 9. Alguns fabricantes fornecem seus sistemas acionados por disco em kits que podem ser usados para adaptar pianos padrão a mecânicos. À medida que as submontagens completadas, caixas de controle e fontes de alimentação, e faixas de gravação saem das linhas de montagem, eles são embalados e armazenados. Kits são então embalados com estas unidades, bem como leitores de disco e acessórios. Os kits são enviados para instaladores que foram especialmente treinados para instalar o sistema do fabricante particular. A instalação normalmente leva até dois dias, incluindo uma sessão de burn-in noturna após a qual a ação do piano é ajustada e o funcionamento dos componentes é verificado como na fábrica.

Controle de Qualidade

Controle de qualidade é essencial em cada etapa de produção. À medida que as peças são recebidas de fornecedores ao redor do mundo, são verificadas quanto a conformidade com especificações e outros requisitos de engenharia. Ao longo da linha de submontagem do mecanismo, trabalhadores realizam verificações de qualidade como parte de sua responsabilidade. Por exemplo, à medida que as placas de circuito emergem da máquina de solda por onda, o operador inspeciona a placa para ver se as peças foram soldadas no lugar, nenhuma ponte de solda ocorreu de um componente para outro, e a própria placa não empenou ou rachou. O operador também monitora a máquina para temperatura da solda e operação geral da máquina. Montagens eletrônicas também devem atender aos requisitos dos Laboratórios Underwriters (UL). Representantes da UL visitam os fabricantes frequente e aleatoriamente para verificar conformidade com seus materiais, operações e códigos de segurança. Outras verificações de qualidade, como os burn-ins de caixas de controle e ações de piano, são integradas ao processo de fabricação, conforme descrito.

O Futuro

Pianos acústicos são instrumentos há muito favorecidos por ouvintes, e seu futuro é assegurado pelo piano mecânico acionado por disco que fornece os sons e benefícios de entretenimento sem exigir que o ouvinte se torne um virtuose. Pianos mecânicos acionados por disco iniciaram aumentos substanciais nas vendas de pianos, e são vistos como o setor de crescimento da indústria. No futuro do piano mecânico acionado por disco, fabricantes estão se esforçando para reproduzir nuances de performance. A contínua fusão de tecnologias também parece provável à medida que estúdios de gravação profissionais são usados para inserir música e como métodos são encontrados de vincular o piano mecânico a outras mídias eletrônicas.