Piano Mecánico: Fusionando Tradición Acústica con Precisión Automatizada

Contexto

El piano mecánico comienza como un piano estándar, o no mecánico, acústico. Contiene un teclado y, cuando se golpean las teclas, martillos de fieltro golpean cuerdas metálicas afinadas para crear tonos musicales. La intrincada colección de martillos de fieltro y piezas conectoras se llama "acción del piano". La acción del piano puede manipularse con los dedos del músico, o, si el piano está equipado con un sistema mecánico, la acción del piano puede operarse por la "acción del mecanismo" del propio piano mecánico.

El piano mecánico tradicional, operado por rollos, tiene una acción neumática (accionada por aire) que opera la acción del piano. Asociado con cada tecla hay un percutor, que se asemeja a un pequeño fuelle. A medida que cada percutor se colapsa neumáticamente, su tecla correspondiente se presiona para sonar. El conjunto completo de percutores comprende la acción del mecanismo. La acción del mecanismo "lee la música" detectando perforaciones codificadas en rollos de papel. Esta detección se hace mediante un sistema de tubos y válvulas neumáticas, y, a medida que se detectan las perforaciones, el sistema neumático indica a los percutores cuándo colapsar. Un motor de vacío eléctrico o pedales accionados a pie suministran la energía neumática.

El piano mecánico tradicional de rollos tiene varias desventajas. La acción del mecanismo debe construirse en el piano durante el ensamblaje; no puede añadirse después. Además, los percutores neumáticos pulsan sus teclas en un solo nivel dinámico, por lo que se oyen las notas de la música, pero sin variaciones de suave o fuerte.

El piano mecánico moderno tiene una acción que usa solenoides accionados electrónicamente como percutores. Un solenoide es una bobina tubular que actúa como imán cuando es atravesada por corriente eléctrica. Los solenoides responden a señales de una Interfaz Digital de Instrumentos Musicales o MIDI, que es el lenguaje electrónico universal hablado por teclados, sintetizadores musicales y otros instrumentos electrónicos. El MIDI es considerablemente más sofisticado que el sistema de rollos, y reproduce tanto las notas como la dinámica grabadas por el músico. Bibliotecas de música grabada se almacenan en discos flexibles o compactos para que el piano pueda tocar virtualmente cualquier pieza. Si está equipado con software y electrónica apropiados, el piano mecánico también puede reproducir vocalistas grabados, instrumentos o una orquesta sinfónica completa. Gracias al lenguaje MIDI común, también puede vincularse a secuenciadores, cajas de ritmos y sintetizadores, así como a computadoras.

Historia

Cuando el rey Enrique VIII de Inglaterra murió en 1547, sus instrumentos musicales fueron inventariados y, entre ellos, estaba "un instrumento que va con una rueda sin tocar". Se sabe que los primeros pianos mecánicos fueron construidos por el constructor de pianos Samuel Bidermann de Augsburgo, Alemania. Equipó tres espinetas (pianos verticales pequeños) con barriles claveteados similares a los de cajas de música durante su vida de 1540 a 1622.

El interés en inventar un piano autómata resurgió a finales de la década de 1890. Se desarrollaron y vendieron varios mecanismos diferentes, pero los rollos de papel no eran intercambiables. Melville Clark, inventor y diseñador de pianos, desarrolló un tamaño de rollo estandarizado de 88 notas para la industria mecánica, y construyó su piano Apollo bajo este estándar en 1901. Para 1908, otros fabricantes habían adoptado su estándar. Los rollos de papel se perforaban con máquinas duplicadoras llamadas perforadoras a partir de un rollo maestro usado como patrón. Los rollos maestros se perforaban laboriosamente a mano por trabajadores cualificados directamente desde partituras. Para evitar esta dificultad de producción, Clark inventó el "piano marcador" en 1912. Su piano marcador perforaba los datos del rollo maestro mientras el músico interpretaba una pieza. El piano marcador se usó de 1912 a 1931.

Actuaciones históricas de artistas de la época se preservaron en grabaciones en vivo, y el piano marcador hizo de los "Años Locos" la época dorada del piano mecánico hasta que la popularidad del fonógrafo y la radio lo superaron. En 1926, su año pico de ventas, se vendieron más de 10 millones de rollos de piano. El piano marcador se retiró en 1931, se restauró en 1971 para grabar actuaciones de otros artistas destacados, y fue designado Hito Histórico Nacional de Ingeniería Mecánica en 1992. Tras ventas mínimas históricas en la década de 1950, los pianos mecánicos de rollos experimentaron un renacimiento en la década de 1970, y los pianos mecánicos tradicionales y rollos de papel aún se fabrican y venden.

En la década de 1920, comenzaron experimentos con dispositivos eléctricos o electromagnéticos en lugar de la caja de resonancia del piano. Pianos electrónicos, teclados y sintetizadores musicales usan circuitos electrónicos o piezas metálicas afinadas en lugar de cuerdas para producir sonido. Algunos generan sonidos que se acercan a los de un piano convencional, pero son más valorados por producir efectos alterados electrónicamente desde la voz del piano acústico. Las aplicaciones electrónicas comenzaron a fusionarse con el piano acústico en la década de 1970; pianos acústicos (a diferencia de pianos electrónicos) se equiparon con varios componentes como unidades de casete digital o computadoras para permitir que el piano acústico se toque usando "cerebros" y energía electrónicos. Varios fabricantes importantes ahora producen pianos mecánicos accionados por disco, y sistemas y software se venden en kits para convertir pianos acústicos en mecánicos. El instrumento que ha estado inactivo desde las lecciones de piano de la escuela primaria puede así convertirse en un centro de entretenimiento. El resto de este artículo se centrará en la fabricación del piano accionado por disco.

Materias Primas

Esencialmente no se usan materias primas directamente en la fabricación de pianos mecánicos accionados por disco. Los fabricantes proporcionan especificaciones a proveedores y luego compran las partes requeridas. Estas partes pueden incluir pianos acústicos fabricados en fábrica en los que se instalan los sistemas mecánicos.

Diseño

Los ingenieros diseñan el sistema del piano mecánico y desarrollan nuevos productos. El personal legal del fabricante realiza simultáneamente una búsqueda exhaustiva de patentes para que nuevos enfoques no infrinjan patentes existentes, y los conceptos originales de la empresa puedan patentarse rápidamente. Se ensamblan prototipos a mano, se prueban y evalúan para viabilidad comercial y factibilidad de construcción. Los ingenieros proporcionan detalles de diseño y especificaciones para cada componente del producto, incluyendo partes eléctricas, electrónicas y mecánicas; herramientas y mecanizado o ensamblaje especial; y requisitos para operación, instalación, prueba, mantenimiento y reparación. Como pocas partes pueden fabricarse in situ, la búsqueda de partes o proveedores capaces de hacerlas puede ser mundial.

Los ingenieros de software también deben proporcionar la programación para que los chips conviertan notas y datos que representan expresiones musicales en señales electrónicas que accionen los solenoides. Pueden requerirse más de 1,000 páginas de código informático para esta comunicación compleja.

Para atraer a un mercado amplio, el piano mecánico debe poder tocar una amplia gama de música, por lo que también se ha desarrollado y actualizado una gran biblioteca musical en forma de software. Los "códigos" de los rollos de piano mecánico tradicionales no se traducen fácilmente al lenguaje MIDI, pero las interpretaciones reales son ideales para el sistema digital porque transmiten elementos interpretativos. Los fabricantes mantienen sus propios estudios de grabación y reclutan intérpretes de renombre para tocar sus estilos pianísticos. Editores musicales revisan las grabaciones, corrigen errores o inconsistencias, o modifican interpretaciones de acuerdo con partituras, según corresponda. El personal legal asegura contratos, cesiones y licencias de la música e interpretaciones.

El Proceso de
Fabricación

Subensamblaje del Mecanismo

• 1 El subensamblaje del mecanismo es la acción del mecanismo que consiste en 88 solenoides y émbolos activados por computadora para mover las teclas. Está hecho de piezas preexistentes que se ensamblan en una línea de montaje usando una combinación de ensamblaje manual y procesos automatizados. La electrónica, incluyendo la fuente de alimentación, caja de control, dispositivos de activación de teclas e interconexiones, es controlada por los componentes en una placa de circuito impreso. Las placas de circuito en forma de panel (múltiples placas del mismo tipo hechas en un panel grande y separadas tras insertar componentes) se usan para facilitar el ensamblaje automatizado porque los componentes pueden añadirse fácilmente. Componentes de un solo tipo se suministran en rollos largos que se alimentan a través de un secuenciador automatizado. El secuenciador verifica que cada pieza sea correcta, luego organiza un array de piezas en la secuencia adecuada para inserción en la placa de circuito. Algunas piezas se forman, moldean e insertan en la placa por un insertador automático por inmersión que también puede verificar la idoneidad de la pieza. Otras piezas se añaden a mano.
• 2 Las piezas se sueldan en su lugar pasando la placa de circuito por una máquina de soldadura por ola. Lava la placa con flux para eliminar contaminantes, calienta la placa y componentes por infrarrojos para reducir choque térmico mientras la placa se suelda, luego pasa el reverso de la placa sobre una ola de soldadura fundida. La soldadura fluye por cada componente y perforación de la placa por acción capilar a la superficie superior. Se enfría y endurece, fijando los componentes en su lugar.
• 3 Las placas de circuito completadas se instalan en cajas de control y se prueban como paso de garantía de calidad. El software se carga y las cajas de control se activan durante un período de prueba de dos días, o proceso de "quemado", que simula el funcionamiento real del sistema mecánico. Cualquier fallo durante ese tiempo se detecta y corrige.
• 4 En otra parte de la línea de subensamblaje del mecanismo, los solenoides y émbolos se fabrican e instalan en un riel o soporte. Alambre magnético se enrolla a máquina en las bases de los solenoides y se sella en su lugar. Las conexiones de alambre también se conectan a cada solenoide, y los ensamblajes de émbolos se emparejan con solenoides. Los solenoides y émbolos se ensamblan en rieles de aluminio. Según el fabricante, los solenoides/émbolos varían en configuración, y el riel puede ser de una pieza o varias secciones. Los soportes de montaje del riel se usarán luego para montar los solenoides bajo el teclado del piano. Un ensamblaje similar se hace para activar los pedales del piano.

Tira de Grabación

• 5 El piano mecánico también puede grabar música tocada en el piano si se instala una tira de grabación; esto permite a estudiantes o intérpretes reproducir su trabajo y ayuda a compositores a crear y revisar sus composiciones. La tira de grabación consiste en un riel de montaje e interruptores de película electrónicos diminutos encajados en plástico. Hay un interruptor o dedo por tecla; y la tira de grabación es sensible a la tecla o teclas golpeadas, la duración que permanecen presionadas y la velocidad o intensidad (suave o fuerte) por golpe de tecla. La tira de grabación se vincula electrónicamente a la computadora del piano, donde las señales se procesan en mensajes MIDI. Estos datos pueden almacenarse en medios analógicos como un reproductor de casetes o VCR, o dirigirse a una unidad de disco flexible. Pueden reproducirse por el piano u otro instrumento compatible con MIDI.

Reproductor de Disco

• 6 El reproductor de disco y otros dispositivos se conectan al piano mecánico a través de la caja de control. Puede ser una unidad de disco flexible, reproductor de disco compacto (CD), o ambos; los pianos mecánicos también pueden conectarse a VCRs en combinación con televisores o monitores de computadora para que las letras se sincronicen para karaokes u otro entretenimiento programado. La mayoría de fabricantes compran estos componentes y controles remotos de proveedores externos.

Acompañamiento y Altavoces

• 7 Como otra característica añadida, el piano puede tocar junto con todo tipo de acompañamientos grabados incluyendo voces, otros instrumentos individuales u orquesta. Las "cajas de sonido" para estas adiciones son altavoces electrónicos que pueden suministrarse como accesorios del piano y que proveen vendedores. Software se añade para suministrar los otros sonidos vía el sistema MIDI.

Instalación en el Piano

• 8 En otra línea de ensamblaje, el subensamblaje del mecanismo y la tira de grabación se instalan en un piano. Los pianos son suministrados por la propia división de pianos del fabricante o un proveedor externo. Se corta una ranura en la madera bajo el teclado del piano, pero la integridad estructural del piano no se ve afectada. El riel de solenoides o conjunto de rieles se monta bajo el piano para que los émbolos queden bajo las colas de las teclas. La tira de grabación se instala similarmente. Los enlaces de solenoides con los pedales también se conectan, la caja de control se monta bajo el teclado, y la fuente de alimentación se monta en la parte inferior del piano. La acción del piano debe ajustarse en este punto. Las teclas reposan sobre almohadillas de fieltro que se comprimen con el uso, por lo que los pianos se programan para tocar toda la noche en otro proceso de "quemado". Tras un "concierto" de 12 horas, el fieltro se ha comprimido. Luego se verifica que los componentes hayan funcionado correctamente, y la acción del piano se ajusta para adaptarse a la compresión del fieltro. Los pianos se embalan y envían cuando la instalación está completa.

Ensamblaje de Kits

• 9 Algunos fabricantes proporcionan sus sistemas accionados por disco en kits que pueden usarse para convertir pianos estándar en mecánicos. A medida que los subensamblajes completados, cajas de control y fuentes de alimentación, y tiras de grabación salen de las líneas de ensamblaje, se empaquetan y almacenan. Los kits se empaquetan con estas unidades así como reproductores de disco y accesorios. Los kits se envían a instaladores especialmente entrenados para instalar el sistema del fabricante particular. La instalación típicamente toma hasta dos días, incluyendo una sesión de quemado nocturno tras la cual la acción del piano se ajusta y se verifica el funcionamiento de componentes como en fábrica.

Control de Calidad

El control de calidad es esencial en cada paso de producción. A medida que las piezas se reciben de proveedores alrededor del mundo, se verifican para cumplimiento con especificaciones y otros requisitos de ingeniería. A lo largo de la línea de subensamblaje del mecanismo, los trabajadores realizan controles de calidad como parte de su responsabilidad. Por ejemplo, al emerger las placas de circuito de la máquina de soldadura por ola, el operador inspecciona la placa para ver que las piezas se han soldado en su lugar, no ha ocurrido puentes de soldadura de un componente a otro, y la placa en sí no se ha deformado o agrietado. El operador también monitoriza la máquina para temperatura de la soldadura y operación general. Los ensamblajes electrónicos también deben cumplir requisitos de Laboratorios de Aseguradores (UL). Representantes de UL visitan fabricantes frecuente y aleatoriamente para verificar cumplimiento con sus materiales, operaciones y códigos de seguridad. Otros controles de calidad, como los quemados de cajas de control y acciones de piano, se integran en el proceso de fabricación, como se describe.

El Futuro

Los pianos acústicos son instrumentos largamente favorecidos por oyentes, y su futuro está asegurado por el piano mecánico accionado por disco que proporciona sonidos y beneficios de entretenimiento sin requerir que el oyente se convierta en virtuoso. Los pianos mecánicos accionados por disco han iniciado aumentos sustanciales en las ventas de pianos, y se ven como el sector de crecimiento de la industria. En el futuro del piano mecánico accionado por disco, los fabricantes se esfuerzan por reproducir matices de interpretación. La continua fusión de tecnologías también parece probable a medida que estudios de grabación profesionales se usan para ingresar música y se encuentran métodos de vincular el piano mecánico a otros medios electrónicos.