ピアノの音色はタッチで変わる! 100年の謎を1000コマ撮影で解明

鍵盤をどう押すかで音の「色」が変わる――。演奏家が昔から信じてきたこの感覚を、1秒間に1000コマという超高速センサーが科学的に裏づけた。鍵を握っていたのは、指先のごくわずかな動きだった。

そもそもピアノの「音色」ってなんの話?

同じ高さの音なのに印象が変わる

ピアノで同じ鍵盤をたたけば、出てくる音の高さ(ドやレ)は同じはずだ。それなのに、ある人が弾くと音が明るく軽やかに、別の人が弾くと暗く重たく聞こえることがある。この「音の質感」のことを、専門的には音色(ティンバー)と呼ぶ。

演奏家たちは昔から、音色を「あたたかい」「暗い」「明るい」「重い」といった言葉で語り分けてきた。同じ楽器・同じ高さの音なのに、弾き手によって別物に聞こえる。これがピアノの不思議なところだ。

そもそも一つのピアノの音は、たった一つの周波数でできているわけではない。土台となる音の上に、倍音と呼ばれる高さの違う響きが何層も重なっている。この倍音の混ざり具合が変わると、人の耳には「明るい」「暗い」といった音色の違いとして届く。料理でいえば、同じ食材でも調味料の配合で味の印象がガラリと変わるのに似ている。

ここで難しいのは、その「配合の違い」を生み出しているのが何なのか、という点だ。弾き手のタッチなのか、それとも単なる音量やタイミングの差なのか。耳では確かに違って聞こえるのに、その原因を切り分けて示すのは、意外なほど手ごわい問題だった。音色というつかみどころのない対象を、どうやって客観的な数字に落とし込むか――そこがこの研究のいちばんの勝負どころだったと言える。

音楽家と科学者、長年の論争

この音色の違いが本物なのかどうかは、20世紀の初めから議論されてきた(海外の報道が「100年来の謎」と呼ぶのはこのためだ)。鍵盤を押す「タッチ」だけで音色を変えられると主張する音楽家がいる一方で、科学者のあいだには慎重な見方もあった。

慎重派の論点はこうだ。ピアノの音は、原理のうえでは「ハンマーが弦を打つ瞬間の速さ」でほぼ決まる。だから同じ強さで打てば、指の動かし方をどう変えても音そのものは同じはずだ、という考え方だ。音色が違って聞こえるのは、音量やタイミング、あるいは打鍵に伴う雑音などの副次的な要素のせいではないか――そう見る立場である。ただし実際には、こうした副次的要素まで含めれば「違いは聞き取れる」という実験結果も過去にあり、論争は単純な「本物か気のせいか」の二択ではなく、もう少し込み入ったものだった。

いずれにせよ、長らくこの論争に決着をつける決め手がなかった。人間の指の動きはあまりに速く、細かすぎて、これまでの計測では追いきれなかったからだ。耳で感じる「なんとなくの違い」を、だれもが納得する証拠として示すのは簡単ではなかった。

鍵盤の奥で起きていること

そもそもピアノは、鍵盤を押すと内部のハンマーが弦をたたいて音を出す仕組みだ。鍵盤と弦は直接つながっておらず、間にハンマーという「中継役」がいる。指の力はてこを通じてハンマーに伝わり、ハンマーが弦を打つ。

しかもハンマーは、弦をたたいた次の瞬間にはもう弦から離れる。だから「弦に伝わるのはハンマーがぶつかる瞬間の速さだけ。指をどう動かしても、その速さが同じなら音は変わらないはず」と考える科学者がいた。ブランコを押す手つきが違っても、届く高さが同じなら結果は同じ、という理屈に近い。

けれど演奏家の感覚は違った。鍵盤を底まで沈めるときの押し方、指が鍵に触れる微妙な角度、力の抜き方――そうした細部が音色を左右すると、彼らは経験から知っていた。この常識と感覚のすれ違いを、今回の研究はくつがえした。

1秒1000コマで指の動きを丸裸にした

88鍵すべてを見張る「HackKey」

この謎に挑んだのが、NeuroPiano研究所とソニーコンピュータサイエンス研究所(ソニーCSL)の研究チームだ。論文の筆頭著者は黒宮香莉さんで、小林祐也さん、平野雅人さん、そして責任著者の古屋晋一さんらが名を連ねる。彼らが使ったのは、鍵盤に触れずに動きを記録できる独自開発のセンサーシステム「HackKey」である。

このシステムは、ピアノの88鍵すべての動きを1秒間に1000コマという猛烈な速さで記録する。ふつうの映画が1秒およそ24コマなので、その40倍以上の細かさだ。しかも空間の精度は0.01ミリメートルという、目では到底見えない細かさで、鍵盤がどう沈み、どう戻るのかを捉える。

例えるなら、これまで肉眼でしか追えなかった指の動きを、超スローモーションのハイスピードカメラで隅々まで観察できるようになったということだ。打鍵というほんの一瞬の出来事を、コマ送りで分解できる点がこの装置の強みだ。

鍵盤に触れずに測るのも大切な工夫だ。センサーが鍵に重りのように乗ってしまうと、ピアニストの繊細なタッチそのものを邪魔してしまう。HackKeyは演奏のじゃまをせず、ふだんどおりの自然な弾き方をそっくり記録できる。

一流ピアニスト20人の弾き分け

研究チームは、世界で活躍する20人のピアニストに協力を依頼した。彼らに、わざと対照的な音色を作り分けながら同じ音を弾いてもらったのだ。使うピアノも音の高さも同じにそろえ、変わるのは「タッチ」だけという条件にした。

注文された音色は、「明るい音」と「暗い音」、そして「軽い音」と「重い音」。一流の演奏家たちは、頭の中にあるこれらのイメージを指先で表現しようとした。

そのときの鍵盤の動きをHackKeyが余さず記録した。すると、同じ音を弾いていても、ねらった音色ごとに指や手の動かし方が微妙に違っていることが、データとしてはっきり浮かび上がってきた。感覚の話だったものが、初めて数値の形になった瞬間だ。

差が表れたのは、鍵盤を押し下げる速さの変え方や力の加減、手全体の使い方だ。同じ「ド」を鳴らすにも、明るい音をねらうときと暗い音をねらうときとでは、指の運びがまるで違っていた。ベテランほど、この使い分けを無意識のうちにやってのける。

音楽未経験者でも聞き分けられた

さらにチームは、録音された音を別の人たちに聞かせるテストも行った。聞き手はピアニスト20人と音楽未経験者20人の計40人。すると聞き手は、演奏家がねらった音色をおおむね言い当てられたのだ。弾き手の自己満足ではなく、出てきた音に実際に差があった証拠になる。

驚くのは、ピアノを習ったことのない音楽未経験の人でも違いを聞き分けられた点だ。さらにプロのピアニストが聞き手になると、その差にとりわけ敏感に反応した。音色の違いは、訓練を積んだ一部の人にしか分からない幻ではなく、だれの耳にも届く確かなものだったわけだ。

「気のせい」じゃなかった、その先にあるもの

指の動きが音色をつくっていた

今回の実験が示したのは、こうだ。20人のプロピアニストという条件下で、指や手のごくわずかな動きの違いが、聞き手の感じる音の明るさ・重さ・くっきり感を左右していた。長年、音楽家が「ある」と言い続けてきた音色の差は、少なくともこの実験では、思い込みではなかったことになる。もちろん一つの研究がすべてを決めるわけではないが、感覚の話を数値の証拠にまで持ち込んだ意義は大きい。

言いかえれば、音色は耳だけの問題ではなく、体の使い方から生まれる「運動の産物」だったということだ。同じ楽譜でも演奏家ごとに音の表情が違って聞こえる理由の一端が、ここで科学の言葉で説明できるようになった。

研究成果は、アメリカの科学誌『米国科学アカデミー紀要(PNAS)』に発表された。論文のタイトルは「ピアノ演奏における音色の運動的な起源」。耳で感じる音色が、実は体の動きから生まれていることを突きとめた点に新しさがある。音楽という芸術の核心が、運動の科学でとらえられたのだ。

ピアノ教育が変わるかもしれない

この発見は、ピアノの学び方にも関わってくる。これまで「もっとあたたかい音で」といった指導は、感覚的な言葉に頼るしかなかった。先生のお手本を、見よう見まねでなぞるしかなかったのだ。

けれど、どんな指の動きがどんな音色につながるかがデータで分かれば、上達のコツを目に見える形で伝えられるようになる。名人の「秘伝の手の動き」を、初心者が手本としてなぞれる日が来るかもしれない。練習用アプリが「今のタッチはこう」と教えてくれる未来も、そう遠くないだろう。

もちろん、音楽が数字だけで割り切れるわけではない。どんな音色を「美しい」と感じるかは人それぞれで、そこには機械では測れない部分が残る。それでも、これまで「感覚でつかむしかなかった」領域に、客観的な手がかりが一つ加わる意味は小さくない。感覚と数値、その両輪で音楽を学べるようになる――今回の研究は、その入り口を開いたと言えそうだ。

ロボットやAIが「表現」を学ぶ手がかり

研究を率いた古屋博士は、もともと脳と体の動きの関係を調べる科学者で、演奏家の手の使い方や故障の予防にも取り組んできた。人の繊細な動きを数値でとらえるこの技術は、ピアノの外へも広がっていく。

たとえば、人間のように自然に動くロボットの手や、表情ゆたかに演奏するAIの開発にも、こうした計測データが将来生きてくるかもしれない。もっとも、これは今回の論文が直接主張したことではなく、技術の広がりとして期待されうる方向性だ。指の動きを精密に数値化できる技術が、いつか機械に「心のこもった表現」を教える土台の一つになる可能性はある――そんな見取り図として受け止めておきたい。

人がどう動けば思いどおりの音が出るのか――その地図が手に入れば、楽器の練習はもっと効率よく、もっと楽しいものになるはずだ。100年の問いへの答えは、新しい技術の出発点でもある。

同じ一台のピアノから、弾き手の数だけ違う音色が生まれる。その秘密の一端が指先のミクロな動きにあると分かった今、ピアノの音はますます奥深く聞こえてくる。次に誰かの演奏を聴くときは、耳に届く音の「色」の向こうで、目に見えないほど細やかな指の動きが働いていることを、少し思い浮かべてみるのも楽しい。演奏を聴く体験そのものが、この研究のおかげで一段ゆたかになった気がする。