<테마특강>디지털 피아노 핵심기술과 기능

◆벨로체 양원모 사장(wmyang@veloce.co.kr)

86년 서울대학교 졸업

86년 대우그룹 입사

98년 대우전자(주) 디지털피아노사업부 사업팀장

98년 디지털피아노 업체 벨로체 창업

디지털 시대를 맞아 악기시장에서도 디지털피아노 붐이 크게 확산돼 가고 있다.

디지털피아노는 지난 70년대 중반 이후 생겨난 명칭으로 일반 피아노 기능을 대체할 수 있도록 전자회로장치를 통해 소리를 내는 피아노를 말한다.

소리를 재생하는 방식에 있어서 디지털피아노는 전자오르간, 전자키보드와 동일하다. 그러나 우리가 굳이 디지털피아노라고 구분하는 이유는 일반 피아노와 같은 규격의 88건반(전자오르간·키보드는 건반의 크기가 다르다)으로 이뤄졌고 터치 강약에 따른 음의 변화와 피아노의 풍부한 배음을 표현하고 있기 때문이다.

◇디지털피아노의 원리＝디지털피아노의 구체적인 원리를 살펴보면 다음과 같다. 스튜디오 안에서 콘서트용 그랜드피아노 소리를 터치 강약에 따른 5단계로 각각 달리 채취해 44.1㎑로 샘플링한 사운드 데이터를 롬(ROM)에 저장하였다가 건반를 칠 경우 불러내 DA컨버터를 거쳐 아날로그 신호로 전환, 앰프와 스피커를 통해 재생하는 방식이다.

즉 <그림1>과 같이 연주자가 건반을 누르면 그 건반의 음이름이 무엇이고(몇 번째 키), 얼마나 세게 눌렀는지를 건반 밑에 있는 프로그램인 「러버(rubber)소프트웨어」가 동작시간으로 이를 구분하고 이어 이러한 정보를 검색 IC가 CPU에 전달하게 된다.

그렇게되면 이 CPU가 컨트롤 측에 선택된 음색(피아노·오르간 등)과 함께 동작시간을 인지해 음발생기(톤 제너레이터)에 해당음을 만들도록 명령하면서 사운드 롬에 저장된 데이터를 불러내 디지털신호로 만들고 DA컨버터를 거쳐 증폭기로 증폭하면 비로서 음을 들을 수 있게 된다.

디지털피아노는 일반 피아노의 원음과 터치를 얼마나 근접하게 표현할 수 있느냐가 생명이다. PCM(Pulse Code Modulation)이란 방식에 힙입어 일반 CD수준의 44.1㎑로 사운드 샘플링을 시작하게 된 80년대 후반부터 디지털피아노 수요가 폭발적으로 증가해 미국·일본 등 선진국에서는 93년 이후 일반 피아노의 수요를 뛰어 넘었다.

◇디지털피아노의 핵심기술＝디지털피아노의 핵심기술을 분석해보면 다음과 같다.

우선 얼마나 효과적으로 사운드 샘플링한 데이터를 갖느냐이다. 피아노 원음은 그 배음으로 인해 파형이 매우 복잡하고 저음의 경우 약 17초 이상 지속되므로 모든 데이터를 44.1㎑로 샘플링할 수가 없다.

결국 이 모든 데이터를 저장하려면 롬 사이즈가 엄청나게 커져 경제성이 떨어지기 때문에 파형의 구간별로 적정하게 샘플링하고 반복(루핑·looping) 또는 합성(신시사이징·synthesizing)하는 노하우가 절대적으로 필요하다.

즉 파형 중 중요한 부분인 최고조부인 「어택(attack)」과 감쇄부인 「디케이(decay)」는 실제 44.1㎑로 샘플링하고 수평부 「서스테인(sustain)」, 이완부 「릴리즈(lease)」는 샘플링한 구간을 루핑시키고 있으며 계산식을 통해 샘플링하지 않은 구간을 실제 파형과 유사하게 만드는 것이 노하우다.

특히 <그림2>와 같이 피아노는 타건 세기에 따라(포르테·피아노시모 등) 완전히 다른 파형을 나타내기 때문에 같은 음도 타건 세기에 따라 5단계로 별도로 샘플링해야 한다.

얼마나 빠른 속도로 데이터를 처리하는가도 중요한 핵심기술 중 하나다.

컴퓨터의 원리와 같이 CPU의 처리속도가 늦다면 건반을 쳐도 그 소리가 한참 후에 들릴 것이고 음발생 톤 제너레이터의 퍼포먼스가 낮으면 동시에 여러 음을 칠 경우(polyphony) 그 다양한 음의 표현을 충분하게 소화할 수가 없다.

따라서 고급연주를 소화할 수 있도록 동시 발음이 64음 이상으로, CPU는 16비트로 하는 것이 표준이며 처리속도는 더욱 더 빨라지고 있다.

다음으로 건반의 메커니컬 메커니즘이 얼마나 복잡한 피아노 해머 액션 건반에 가깝게 구현되는가도 주된 기술이다.

피아노는 손끝으로 연주한다는 말이 있다. 특히 피아노의 건반은 피아노 음질보다는 오히려 소비자에게 더욱 중요하게 평가받는 부분으로 최근 일본의 많은 제조 업체가 앞다투어 경쟁하는 분야기도 하다.

그랜드피아노 터치는 액션의 무게와 건반을 누를 때 순간 순간의 부품들 간의 마찰·상승·하강작용에 의해 결정된다.

즉 건반의 상승(35∼4g)과 하강(60g), 건반 무게가 매우 중요하다.

초기 하강값이 약 30∼50g으로 진행되다가 잭이 레귤레이팅버튼에 닿아 더 이상 해머를 상승시키지 못하고 해머생크너클(hammer shank knuckle)에서 벗어날 때 생기는 마찰저항으로 더 무겁게 느껴지는(60g) 렛오프(let off) 그리고 해머가 현을 친 후 튀어나오면서 잭을 잡아주는 장치인 백체크(back check)에 받쳐지는 느낌을 표현하면 완벽한 피아노 건반의 터치감의 재현이라고 할 수 있다.

그러나 이러한 건반 동작의 느낌은 위에서 타건 세기에 따라 별도로 샘플링한 데이터를 통한 음의 재생과 적절히 조화가 이뤄졌을 때 최상의 조건이 된다.

◇디지털피아노의 주요 기능 및 장점＝또한 디지털피아노는 일반 피아노의 기능을 대체하는 측면 외에도 흥미 유발과 교육적 활동에서 뛰어난 기능을 갖고 있다.

피아노 음색의 경우도 그랜드피아노, 업라이드피아노, 재즈피아노, 록피아노 등 다양한 음색으로 선택의 폭이 넓고 디지털시그널프로세서(DSP)를 이용한 잔향 효과를 더 할 수 있어 콘서트 등에서 연주하는 효과도 낼 수 있다.

다양한 음색은 물론 자동반주 리듬과 함께 신나는 연주 효과를 낼 수 있고 플로피디스켓드라이브(FDD)를 통해 오케스트라 연주를 위한 별도의 컴퓨터 없이 컴퓨터와 MIDI로 연결하면 사운드모듈과 키보드로도 사용할 수 있고 자체 녹음기능으로 자신의 연주를 직접 들어보고 복습하는 효과도 있다.

특히 최근에는 피아노 레슨시에 FDD를 통해 MIDI 디스켓 반주를 들으며 피아노 연주를 할 수 있어 매우 흥미롭고 바이올린 연습시도 피아노 반주는 MIDI 디스켓으로 지원받으면 매우 효과적이다.

전자기술의 발달과 함께 점점 원음에 가까운 소리를 표현하고 첨단 건반구조의 개발로 건반 터치의 차이를 느낄 수 없을 정도로 그 가치가 올라가고 반도체 가격 하락으로 디지털피아노의 판매 가격이 저렴해지고 있다.

그러나 디지털피아노가 93년에 일반 피아노 수요를 뛰어 넘은 미국·일본과 달리 우리나라는 아직도 전체 피아노 시장에서 20% 미만에 머물고 있는 것은 소비자들이 디지털피아노에 대한 올바른 인식이 부족하기 때문인 것으로 판단된다.

디지털피아노가 취미용인 저가의 전자키보드가 아닌 진정한 일반 피아노의 대체용으로 자리 매김하길 기대하며 일반 피아노 대비 장점을 간추려 본다. △우선 무게가 가벼워 운반이 용이하고 △헤드폰을 사용하면 밤에도 연습할 수 있고 △조율이 필요없어 추가 비용 부담이 없으며 △다양하고 재미있는 부가기능으로 교육적인 활용가치가 높으며 △100만원대 가격으로 저렴하다는 것이다.