Una novità importante, in grado di rivoluzionare a breve il mondo dei tasti bianchi e neri. Ecco l'intervista esclusiva con uno degli artefici di questa rivoluzione.

La notizia data da Riccardo Gerbi sulle pagine di questa rivista riguardo all'annuncio dei sensori Azoteq ha fatto parecchio discutere i nostri lettori, per cui ho voluto approfondire l'argomento contattando Mike Venter dell'americana Amenote, azienda che è rappresentante esclusiva dei sensori Azoteq Full Motion Key nel settore musicale. Prima dell'intervista, un piccolo approfondimento su questa interessante novità.

Sensori Azoteq: come nasce l'idea

Azoteq è un'azienda produttrice di semiconduttori sudafricana con un ricco portafoglio di proprietà intellettuali. Recentemente Azoteq ha introdotto un sensore adatto alle meccaniche di tastiera che promette di cambiare in meglio la risposta alla dinamica e all’Aftertouch, con una maggiore affidabilità nel tempo.

Azoteq nel mondo

Azoteq ha più di 20 anni di esperienza nel rilevamento capacitivo ed è specializzata in sensori multifunzionali che integrano sensori capacitivi, induttivi, ad effetto Hall e di temperatura in un unico chip, insieme a funzionalità tattili integrate o autonome. Azoteq ha una presenza globale con circa 110 dipendenti dislocati in tutto il mondo. Il sensore che è stato introdotto per rilevare la posizione del tasto di una tastiera è ben descritto in un link del loro sito. Passiamo all'intervista, dove le immagini dello strumento, del modulo sensore di posizione dei tasti e del sensore riportati di seguito consentiranno di contestualizzare le risposte fornite da Mike Venter riguardo ai sensori Azoteq.

Figura 1

Lo strumento musicale a tastiera è costituito dalla tastiera collegata tramite il modulo sensore di posizione dei tasti a movimento completo allo strumento ospitante.

Figura 2

Il modulo sensore di posizione dei tasti è composto da un modulo principale e diversi moduli secondari. Ciascuno di questi moduli contiene diversi sensori collegati al controller del modulo tramite I2C.

Figura 3

Ciascun sensore è composto da un circuito integrato di controllo del sensore collegato a un massimo di tredici bobine di rilevamento, ciascuna delle quali rileva la posizione di un singolo tasto.

L'intervista a Mike Venter di Amenote

Luca Pilla: Mike, puoi dirmi come è stata accolta la vostra tecnologia dai produttori di tastiere?

Mike Venter: È stata accolta molto bene. Attualmente stiamo collaborando con diversi marchi importanti e alcuni più piccoli. Alcune sono aziende che producono solo meccaniche per tastiere utilizzate nei prodotti dei marchi che conosci. Altri sono marchi noti che hanno le proprie meccaniche per tastiera per i loro strumenti. I primi prodotti per musicisti sono previsti per il 2026.

LP: Qual è la risoluzione di questo sensore e come viene gestita dal MIDI 2.0?

MV: La risoluzione predefinita per il modulo sensore è di 8 bit di campioni per la posizione dei tasti a 1 kHz sia per la pressione che per il rilascio. Esiste un'opzione programmabile per fornire campioni di posizione con risoluzione più elevata a frequenze di campionamento inferiori. Un esempio di utilizzo è quello dei campioni di posizione dei tasti a 10 bit (per una parte della corsa del tasto) a 125 Hz, per un Poly Aftertouch ad alta risoluzione.

LP: Sulla pagina MIDI.Org ho trovato scritto che: “questo sistema consente di generare segnali in stile MPE”, ma non riesco a capire come posso usare una tastiera standard con un singolo sensore per creare un flusso MPE. Forse il sensore è anche in grado di riconoscere i movimenti orizzontali o laterali?

MV: L’MPE consente input espressivi multipli per una maggiore espressività. Il movimento laterale dei tasti è uno dei tanti modi in cui l’MPE può essere implementato. Il movimento laterale può essere supportato dai nostri sensori, ma riteniamo che le implementazioni iniziali da parte di vari produttori non lo offriranno. Le implementazioni iniziali nei sintetizzatori utilizzeranno molto probabilmente la posizione del tasto durante la pressione per controllare un parametro, mentre il Poly Aftertouch potrà controllare una proprietà separata, come mostrato nel seguente video.

Per ogni tasto attivo, ogni millisecondo vengono forniti i seguenti dati: posizione del tasto a 8 bit con velocità e accelerazione istantanee. Utilizzando il valore di Trigger Velocity programmabile ad alta risoluzione la posizione in alta risoluzione del Poly Aftertouch per ogni tasto, le informazioni di posizione corrispondenti a Note On e Poly Aftertouch possono essere inviate come messaggio sul canale MPE successivo.

LP: Quante informazioni/dati vengono inviati dal sensore?

MV: Per impostazione predefinita, ogni millisecondo vengono inviati i seguenti dati per ogni tasto attivo: posizione del tasto a 8 bit (per la posizione del tasto e per Poly Aftertouch), Velocity istantanea a 16 bit e accelerazione a 16 bit. Quando le funzioni programmabili specifiche sono abilitate, per i tasti attivi vengono inviati i seguenti dati: Trigger Velocity a 16 bit ed evento di superamento della soglia con una risoluzione temporale di microsecondi.

Sensori Azoteq: modulo sensore con bobine di rilevamento su scheda PCB e un tasto con un bersaglio induttivo

LP: L'accelerazione è inviata quando si preme un tasto, ma anche quando lo si rilascia. Quali sono le altre principali differenze rispetto alle tecnologie precedenti?

MV: I sensori dei tasti esistenti (due o tre) basati su interruttori misurano la Velocity del tasto quando la pressione del tasto attiva gli interruttori consecutivamente nella corsa verso il basso e li disattiva consecutivamente nell'ordine inverso nella corsa di ritorno. Il tempo tra le attivazioni e le disattivazioni consecutive viene utilizzato per ricavare la velocità di pressione e rilascio di un tasto.
Il nostro modulo fornisce la posizione insieme alla Velocity e all'accelerazione istantanee per tutti i tasti attivi, sia per la corsa relativa alla pressione che per quella di rilascio. Per emulare la Velocity basata su interruttori, utilizziamo una Velocity di attivazione programmabile. Essa misura il tempo tra due soglie di posizione programmabili per calcolare la Velocity. Questo viene fatto sia per la corsa di pressione che per quella di rilascio del tasto (vedi figura sotto).

Il funzionamento di un'unità di attivazione è il seguente:

1. La posizione, descritta come funzione temporale p(t), viene costantemente monitorata.
2. Quando p(t) supera la soglia di ingresso Note-On, viene registrato il Timestamp.
3. Quando p(t) supera la soglia di uscita Note-On, viene registrato il Timestamp e viene generato un evento Note-On.
4. L'evento Note-On viene generato al momento t1 - il Timestamp di t1 può essere trasmesso in streaming in modo opzionale.
5. Quando p(t) supera la soglia di uscita Note-On dopo un evento Note-On, viene registrato il Timestamp.
6. Dopo un evento Note-On, viene generato un evento Note-Off quando p(t) supera la soglia di uscita Note-Off. Per il funzionamento previsto, la soglia di uscita Note-Off deve essere inferiore alla soglia di ingresso Note-On per evitare imprecisioni.
7. L'evento Note-Off viene generato al momento t2, dopo un evento Note-On, e il suo Timestamp viene registrato; il Timestamp di t2 può essere trasmesso in streaming facoltativamente.
8. Tutti i timestamp sono interpolati per consentire una precisione a livello di microsecondi e calcoli della Velocity altamente accurati.
9. Gli eventi di attivazione/disattivazione delle note hanno Velocity calcolate come mostrato nella figura. Queste Velocity, note come "Velocity del trigger", misurano la Velocity media di una battuta tra le soglie definite. Il calcolo produce una Velocity lineare, che può essere modificata con tabelle di ricerca.

Sono disponibili anche le seguenti funzioni programmabili:

• Velocity del trigger basate su soglie programmabili
• Eventi di superamento della soglia con tempo di superamento accurato
• LUT per modificare la posizione e/o la Velocity derivata

LP: Sembra che tutti i processi, dai sensori all'uscita dei dati, abbiano 1 millisecondo di latenza, sia per la Velocity che per l'Aftertouch. Confermi?

MV: Posso confermare che i nostri sensori hanno una latenza di 1 millisecondo dall'acquisizione del campione di posizione alla sua disponibilità sull'interfaccia seriale. I campioni di posizione (per la normale pressione dei tasti e l'Aftertouch) di tutti i tasti di una tastiera vengono acquisiti contemporaneamente e resi disponibili sull'interfaccia seriale prima dell'acquisizione del set di campioni successivo, 1 millisecondo dopo. Anche la Velocity istantanea derivata per ciascun tasto viene resa disponibile insieme ai dati di posizione dei tasti con la stessa latenza.

LP: Sai se questa latenza è migliore o uguale a quella dei sensori della tastiera?

MV: Per una nota normale, la Velocity del trigger verrà utilizzata per l'attivazione della nota. Non appena viene attivata la soglia di attivazione della nota, la Velocity a 16 bit viene calcolata e resa disponibile come evento di trigger insieme all'ultimo rilevamento di posizione. Lo stesso ritardo di 1 millisecondo è quindi valido anche per la Velocity del trigger.

LP: E come dovrei considerare la latenza per ogni singola nota quando suono un accordo?

MV: Questo tipo di latenza è tipico dei sensori che leggono i canonici due Velocity switch. Il processo che va da lì alla generazione del suono in un sintetizzatore o all'invio tramite MIDI aggiunge almeno diversi millisecondi in più, fino a 10 millisecondi e oltre, a seconda della potenza di elaborazione dello strumento.

LP: Distribuisci i sensori in diverse parti della tastiera per accelerare il processo?

MV: Il nostro sistema utilizza in genere un sensore IC per ottava. Il progettista così ha una certa flessibilità, con meno tasti per sensore che offrono prestazioni più elevate.

LP: Si tratta di un'elaborazione parallela o seriale?

MV: Tutti i dati sono seriali. Ma le Velocity sono molto più elevate rispetto al MIDI 1.0 (che impiega 1 millisecondo per nota). È difficile o troppo complesso impostare un valore specifico, ma il sistema può riprodurre più note molto più vicine tra loro rispetto al MIDI 1.0, quindi con un buon progetto dello strumento, un accordo può essere suonato molto più "simultaneo" rispetto a una connessione MIDI 1.0. E pensiamo che il MIDI 1.0 funzioni comunque bene.

LP: Trovo molto interessante la possibilità di adattare la vostra tecnologia al MIDI 1.0, puoi spiegarmi come è possibile ottenere questo risultato?

MV: Tutti i dati forniti dal modulo sono formattati nel formato Universal MIDI Packet (UMP) come definito dalle specifiche MIDI 2.0. Per rendere i dati disponibili su MIDI 1.0, vengono utilizzate le conversioni proposte nelle specifiche MIDI 2.0 per la retrocompatibilità con MIDI 1.0. Ad esempio, per convertire la Velocity da 16 bit a 7 bit (o 14 bit) per il MIDI 1.0, vengono utilizzati i 7 (o 14) bit più significativi della Velocity originale a 16 bit. Questa soluzione fornisce sempre il valore aggiunto del Poly Aftertouch (sia in MIDI 1.0 che in MIDI 2.0).
Anche l'MPE è supportato (sia in MIDI 1.0 che in MIDI 2.0) come descritto sopra. La maggior parte delle dimostrazioni nel video di cui sopra utilizzano l'MPE in MIDI 1.0.

LP: Per quanto riguarda l'action del pianoforte, sono stati presentati esempi di tastiere con valori di Velocity ad alta risoluzione (per esempio Casio Privia PX-160): in che modo la vostra tecnologia può migliorare i loro risultati?

MV: La Velocity ad alta risoluzione MIDI 1.0 è di 14 bit. Grazie alle capacità ad alta risoluzione dei nostri sensori, il modulo produce una Velocity a 16 bit come proposto per MIDI 2.0. Come descritto sopra, la Velocity a 16 bit può essere ridotta a 14 bit o 7 bit a seconda delle necessità. Il rilevamento della Velocity, prima di generare un messaggio MIDI, è superiore ad altri meccanismi. Indipendentemente dalla risoluzione della Velocity (7, 14 o 16 bit), le informazioni di posizione possono offrire una risposta più autentica, simile a quella di un pianoforte. I semplici interruttori per la Velocity presenti nelle odierne tastiere MIDI non sono in grado di riprodurre completamente la risposta di un pianoforte acustico. Ad esempio, un pianista potrebbe suonare un tasto velocemente, ma premendolo solo a metà, e lo slancio sarebbe sufficiente per far sì che il martello colpisca le corde. Gli interruttori di Velocity nella tastiera non catturerebbero questa sfumatura. I migliori pianoforti digitali utilizzano spesso 3 interruttori per fornire una risposta più simile a quella di un pianoforte, ma il nostro rilevamento completo della posizione è superiore per ricreare la risposta dei tasti di un pianoforte acustico. Ad esempio, possiamo raccogliere le Velocity dei tasti/martelletti in diverse zone del movimento dei tasti, per calcolare meglio lo slancio totale del martello nel momento in cui colpisce la corda. Possiamo anche posizionare dei sensori sui martelletti e/o sugli smorzatori di un pianoforte acustico per una cattura ancora più accurata dell'esecuzione.

Sensori Azoteq: in primo piano, il bersaglio induttivo di un tasto che attraversa la bobina di rilevamento sul modulo

LP: Avete dei report sulla durata delle parti meccaniche dei sensori Azoteq?

MV: Non c'è alcun contatto tra l'elettronica dei nostri sensori Azoteq e la meccanica dei tasti. La nostra elettronica non si usura. Pertanto, la durata delle parti meccaniche dipende dalla tastiera specifica utilizzata. I nostri sensori non influiscono sulla durata.

LP: Qual è la roadmap sul futuro di questa tecnologia per le tastiere musicali?

MV: La roadmap prevede quanto segue: aumento delle prestazioni dei sensori e aggiunta di funzioni al modulo che ne facilitano l'utilizzo. A lungo termine stiamo lavorando su sensori con prestazioni inferiori da utilizzare in tastiere a basso costo.

LP: Qual è il costo stimato per una tastiera a 61 tasti con sensori Azoteq? Avete un'idea?

MV: Il nostro modulo sensore sostituisce i seguenti componenti: sensori di Velocity basati su interruttori, sensori Aftertouch (Poly) per tasto e MCU di scansione della tastiera. Offriamo tasti sensibili alla Velocity con funzionalità Poly Aftertouch per sostituire i moduli esistenti e quindi offrire la posizione completa con Velocity e accelerazione istantanee per tutti i tasti attivi. Poiché il costo dipende dalla tastiera specifica e dal volume di produzione, è difficile fornire una stima dei costi. Riteniamo che il nostro modulo sensore sia competitivo in termini di costi se confrontato con tutte le funzionalità che sostituisce. Il modulo sostituisce anche alcuni dei vincoli di integrazione meccanica con la calibrazione Software e la funzionalità programmabili, per offrire una produzione più semplice e maggiore flessibilità per l'espressione musicale.

Prototipo di una tastiera a 61 tasti dotata di sensori Azoteq

Conclusioni

La soluzione proposta da Azoteq sta per diventare realtà molto presto: la flessibilità e la precisione dei dati inviati dai sensori Azoteq, rispetto alla stragrande maggioranza delle meccaniche di tastiera finora viste, preparerà un terreno fertile per i futuri tastieristi e pianisti. Per i produttori di pianoforti digitali, il nuovo sensore aprirà la strada a campionamenti ancora più accurati per l’emulazione del pianoforte acustico, adattandosi finalmente anche allo stile pianistico per i diversi generi musicali. Nel mondo dei synth, il rilevamento di così tanti parametri non potrà che aumentare l’espressività del suono. Forse troveremo nuovi parametri come sorgente di modulazione, per esempio accelerazione e decelerazione del tasto, punti di trigger differenti, combinazione tra aftertouch polifonico e accelerazione. Dopo decenni di poche innovazioni per le meccaniche di tastiera, il nuovo sensore Azoteq sembra pronto a una evoluzione importante dell’espressività digitale.

Questi i vantaggi e le caratteristiche del nuovo Full Motion Key Position Sensor Module

• Espressività musicale
• Possibilità di espressione praticamente illimitate (e flessibilità programmabile) tramite una tastiera standard.
• Non è necessario imparare a utilizzare un nuovo dispositivo di input per sfruttare le nuove funzionalità.
• Emulazione accurata/realistica degli organi elettromagnetici.
• Emulazione accurata/realistica della meccanica dei tasti dei pianoforti acustici.
• Adatto ai pianisti in ogni condizione (riproduzione silenziosa, registrazione, riproduzione).

Funzionalità

• Offre funzionalità simili a quelle fornite dalle tastiere personalizzate come Osmose e Polybrute 12 e altre ancora, per qualsiasi tastiera standard di qualsiasi dimensione. Da sintetizzatori a 25 tasti a pianoforti a 88 tasti con meccanica a martelletti e qualsiasi altro strumento intermedio.
• Utilizzabile con qualsiasi tastiera sostituendo i moduli sensori esistenti.
• Interfaccia seriale standard (SPI o USB) - plug 'n play per diverse tastiere.
• Dati forniti nel formato Universal MIDI Packet (UMP) definito da MIDI 2.0 tramite la porta seriale (SPI o USB).
• I dati sono forniti solo per i tasti della tastiera effettivamente suonati.
• Movimento dei tasti ad alta risoluzione (posizione lineare a 8 bit a 1 kHz).
•  Velocity e accelerazione istantanee a 16 bit fornite con posizione dei tasti a 8 bit.

Funzionalità programmabili

• Trigger Velocity a 16 bit
• Eventi di superamento della soglia con timestamp accurati del tempo di superamento
• LUT (Look-Up-Tables) per Velocity e posizione
• Posizione ad alta risoluzione a frequenze inferiori (ad es. posizione a 10 bit a 125 Hz) disponibile anche su tutta la corsa del tasto o solo su una zona di interesse (ad es. per Poly Aftertouch)

Aspetti tecnici

• Adattamento ai cambiamenti dell'ambiente (temperatura e umidità)
• Calibrazione automatica per compensare le tolleranze di produzione e l'usura meccanica
• Supporto alla calibrazione SW
• Spostamento della maggior parte dei vincoli meccanici fissi alla funzionalità di calibrazione SW. Il risultato è una produzione semplificata e più facile.
• Basso consumo energetico

Maggiori informazioni
AMENOTE