Компьютерное развитие музыки

в 18:29, , рубрики: fm-синтез, IT-Биографии, Блог компании ua-hosting.company, Железо, звук, инженеры, История ИТ, компьютеры, музыкальные инструменты, программы, разработчики, синтезаторы, устройства, электронная музыка

Компьютеры неразрывно связаны с нашей жизнью, они применяются во всевозможных сферах деятельности и жизни человека, расширяют возможности, значительно упрощают работу. С их помощью люди изобретают новые технологии, добиваются прогресса в науке, познают космос и делают множество полезных, важных открытий. Точно также применение компьютерных технологий повлияло и на развитие искусства. В частности — появление электронной музыки.

Компьютерное развитие музыки - 1

Молодой американский инженер, изобретатель и футуролог Рэймонд Курцвейл отличился новаторским подходом к конструированию. Он создал читающую машину для слепых. В основе был заложен метод, позволяющий устройству читать практически любые печатные документы. На занятиях по информатике Курцвейл столкнулся с довольно сложной задачей из области искусственного интеллекта. Он пытался понять, как запрограммировать компьютер, чтобы тот мог улавливать общность в различных версиях одного и того же объекта? Способность распознавать образы помимо остального, давала компьютеру возможность узнавать и печатные буквы, независимо от шрифта.

Компьютерное развитие музыки - 2

Рэймонд Курцвейл

На то время уже существовала система распознавания букв, применяющаяся еще с конца 50-х, когда банки начали использовать «магнитные чернила» для записи чисел на персональных чеках. Но для работы со считывающим устройством подходили только стилизованные шрифты. От универсальной же системы чтения текстов требовалось распознавание до 300 наиболее распространенных шрифтов различных форм и размеров, независимо от текстуры, цвета бумаги, пятен, клякс и т.д.

В 1973 г. Курцвейл занялся разработкой читающей машины. Он собрал команду специалистов из Гарвардского университета, выбирая все возможные области знаний — от программирования и механики до филологии и педагогики. Сформировавшейся компании не доставало средств, молодые разработчики ютились в общежитии. Тем ни менее через полтора года публике была представлена действующая модель читающей машины. А уже через год первый коммерческий образец поступил в продажу, сразу завоевав всеобщее признание.

Компьютерное развитие музыки - 3

Личный вариант читающей машины

Под вдохновением музыки

Одним из первых обладателей машины стал известный рок-музыкант и певец Стиви Уандер, который с рождения был слепым. Он так впечатлился разработкой, что самолично посетил изобретателя. Между ними завязались приятельские отношения, послужившие стартом для новых изобретений. Уандер поставил перед Курцвейлом более сложную задачу и внес ряд полезных предложений-правок по усовершенствованию читающей машины.

В 1982 г. Уандер предложил изобрести другое устройство — электронный инструмент, который мог бы точно воспроизводить звуки фортепьяно или любого другого музыкального инструмента. Существующие электронные синтезаторы музыки казались музыканту не совершенными по красоте и сложности звучания. И несмотря на то, что Курцвейл мало интересовался музыкой, он решил попробовать сделать новаторское устройство.

Компьютерное развитие музыки - 4

Стиви Уандер

Курцвейл открыл новую компанию — Kurzweil Music Systems (KMS), а Стиви Уандер стал ее музыкальным консультантом. Ровно через два года компания создала первый в мире цифровой синтезатор Kurzweil250 — представляющий из себя подобие специализированного компьютера.

Kurzweil250 хранил в памяти оцифрованные фрагменты звуков живых инструментов, а также имел клавиатуру, необычайно чувствительную к скорости нажатия на клавиши. У синтезатора был исключительно высокий синтез звука, что даже на тестовых прослушиваниях профессиональные пианисты едва различали разницу звучание между устройства и концертным роялем. Но самой удивительной была архитектура синтезатора. Фактически он выполнял простые функции перестраиваемого цифрового сигнального процессора, позволявшего исключительно тонко управлять всеми параметрами виртуального звукового тракта.

Компьютерное развитие музыки - 5

Синтезатор Kurzweil250

Очень быстро компания KMS стала лидером цифрового синтеза, а Kurzweil250 практически полностью вытеснила аналоговые синтезаторы. Изобретение Курцвейла стало популярным и за несколько лет объемы продаж цифровых синтезаторов выросли в пять раз. Компания разрабатывала новые модели инструментов, одновременно повышая качество и снижая цены. Конечно же конкурирующие крупные фирмы тут же активизировались, переключаясь на цифровой синтез. И тем ни менее синтезаторы Kurzweil прочно заняли лидирующие позиции в рейтингах оценок музыкантов.

Компьютерное развитие музыки - 6

Уандер и Курцвейл за синтезатором Kurzweil

История развития электронных музыкальных инструментов

Первый электрический музыкальный инструмент был сконструирован американским инженером Тадеушем Кэхиллом в 1897 г. Он получил название телармониум. Инструмент весил 200 тонн, а в длину достигал 19 м. Работал на основе электрических генераторов и тональных колес. Электрический сигнал звуковой частоты в нём создавался с помощью 145 специальных динамо-машин. Он передавался по телефонной сети в квартиры, отели и рестораны, где проигрывался через мегафоны, соединенные с телефонным аппаратом. Амплитудный диапазон находился в области 40-4000 Гц.

Компьютерное развитие музыки - 7

Телармониум стоил целое состояние. Принципы, лежащие в его основе, не утратили своей силы и в течении нескольких десятилетий находили применение.

Синтезатор RCA Mark

В 50-х появились первые программируемые синтезаторы — RCA Mark I и Mark II. Их разработали и создали инженеры Принстонской лаборатории компании RCA Гарри Олсон и Герберт Белар. Разработчики базировались на принципах и законах фундаментальной теории передачи информации, изложенной в статье математика, инженера и криптографа Клода Шеннона («Математическая теория связи»). В 1950 г. они выпустили свой исследовательский отчёт, в котором предложили использовать математические методы для создания музыки.

Внешне синтезаторы RCA Mark походили на компьютеры того времени — электронные лампы и провода занимали целую комнату. Но по принципу действия они скорее напоминали электронный вариант «механического пианино», управляющегося двоичными кодами, пробитыми на широкой бумажной перфоленте. Подобно ЭВМ, синтезатор использовал в качестве памяти рулонную перфоленту, хранившую информацию о настройках электронных блоков в момент извлечения того или иного звука.

Компьютерное развитие музыки - 8

Синтезатор RCA Mark I был продемонстрирован публике в 1955 г.

RCA Mark I насчитывал 12 ламповых осцилляторов (по одному на каждую ноту октавы), и огромное количество частотных фильтров, делителей, модуляторов, резонаторов, позволявших в теории получать бесконечное число звуков. На практике он легко синтезировал неслыханные ранее неземные звуки, однако не мог сымитировать, к примеру, плавные скрипичные или тромбонные переходы от ноты к ноте.

За RCA Mark I последовал Mark II с удвоенным числом осцилляторов, с четырёхнотной полифонией и использовавший магнитную ленту для хранения информации.

Компьютерное развитие музыки - 9

Композиторы: Милтон Бэббитт, Питер Моузи, Владимир Усачевский на фоне синтезатора RCA Mark II (1958 г.)

Одним из наиболее известных сочинений, созданных на RCA Mark II, стала работа Чарльза Вуоринена “Time Enconium” (за которую в 1970 г. композитор получил Пулитцеровскую премию). Mark II теоретически мог выпускаться серийно для студий электронной музыки, если бы не его габариты и цена.

Советский синтезатор АНС

Советский изобретатель и полковник артиллерии Евгений Александрович Усачев в 1958 г. разработал первый советский синтезатор (фотоэлектронный оптический музыкальный инструмент) АНС. Инструмент получил название в честь русского композитора Александра Николаевича Скрябина. Примечательно, что разработчик использовал технологии синтеза, абсолютно отличающиеся от американских. В АНС применялся метод фотооптического синтеза и были представлены очень интересные возможности, такие, как хранение информации на сменных носителях.

Компьютерное развитие музыки - 10

Мурзин в процессе работы над синтезатором АНС

Принцип действия устройства основывался на используемом в кинематографе методе оптической записи звука. При оптической записи звуковой сигнал управлял световым потоком, создающим на кинопленке засвеченную полоску переменной ширины или плотности. Для воспроизведения оптической фонограммы использовался источник света и фотоэлемент, между которыми протягивается кинопленка. Изменение яркости светового потока при прохождении через кинопленку вызывает изменение тока через фотоэлемент. Полученный электрический сигнал усиливается и воспроизводится через громкоговоритель.

Компьютерное развитие музыки - 11

Пример записи звуков на АНС

В АНС было что-то вроде оперативной памяти, делающим особенно похожим на современные синтезаторы. Возможности синтезатора были оценены по-достоинству композиторами того времени. Под звучание АНС на экране зрители наблюдали за тем, как себя убивали Ева Браун и Гитлер в киноэпопее Юрия Озерова «Освобождение» (1972 г.). Этот инструмент дал звуковую характеристику героям советского полнометражного мультфильма «Маугли». Совместно с композиторами Софьей Губайдулиной, Альфредом Шнитке, Эдисоном Денисовым и другими била записана целая пластинка, где они с помощью синтезатора АНС находили новые подходы к созданию мультфильмов. А ведь никакой другой из существовавших тогда синтезаторов не был способен воссоздать такую звуковую палитру. АНС использовался и лидером советской электронной музыки Эдуардом Артемьевым для написания саундтрека к знаменитой киноленте Андрея Тарковского «Солярис» (1972 г.).

Компьютерное развитие музыки - 12

Синтезатор АНС находится в Музее имени Глинки, Москва

Музыка математики

Электронная музыка, создаваемая аналоговыми синтезаторами, постепенно внедрялась в массовую культуру. И вместе с этим проводились эксперименты с использованием цифровых компьютеров для подобных целей.

В конце 50-х американский инженер Макс Мэтьюс занимался исследованиями искусственного синтеза голоса. Он увлекался игрой на скрипке и мог по-достоинству оценить возможность применения полученных компьютерных знаний в музыке.

В 1960 г. вместе с командой разработчиков Мэтьюс создал первую в мире компьютерную музыкальную программу MUSIC-N, посредством которой компьютер синтезировал различные звуки. Дебютной программы была пьеса «Вариации тона», исполнявшаяся лишь несколько раз перед сравнительно узкой аудиторией.

Команда Мэтьюса занялась усовершенствованием MUSIC-N. В 1961 г. они записали пластинку под названием «Музыка математики» и разослали ее авторитетным музыкантом на оценку качества. Но данное новаторство не вызвало особого восторга у музыкального сообщества.

Компьютерное развитие музыки - 13

Макс Мэтьюс в процессе работы

Мэтьюс пошел дальше и в 1969 г. создал программу MUSIC-V, которая превращала большой универсальный компьютер (типа System/360 фирмы IBM) в музыкальный инструмент. Программа в два этапа сочиняла музыкальное произведение. Сперва нужно было сделать математическое описание характеристик инструментов, которые компьютеру требовалось имитировать. После чего прописывалась партитура, соединяющая партии имитируемых инструментов. Далее вся информация переводилась в двоичные числа, представляющие частоты и амплитуды музыкальных звуков. Компьютер занимался обработкой полученных чисел, получая новые, которые составляли звуковой файл, записанный на магнитной ленте. Запись можно было модифицировать. Музыкант имел возможность послушать свое сочинение. Для этого компьютер находил нужный файл и после его считывания передавал двоичные сигналы на цифро-аналоговый преобразователь, соединенный с усилителем.

Хоть система и отличалась мощностью, она работала довольно медленно. К примеру, чтобы синтезировать музыкальную фразу продолжительностью в 1 секунду, проводилось огромное количество вычислений. Композитору нужно было вводить все параметры его сочинения в компьютер. После чего ему приходилось ждать (порой и часами), пока магнитная запись будет готова для прослушивания.

Компьютерное развитие музыки - 14

Лаборатория Белл

Не все в работе Мэтьюса шло гладко, возникали трудности (медлительность работы, чистота звука и т.д.) с которыми команде разработчиков не всегда удавалось справляться. Несмотря на это, новаторские эксперименты в музыкально-компьютерной области привлекали внимание молодых композиторов. В 60-х компанию Мэтьюса стали все чаще посещать музыканты. Использование программы MUSIC-V не требовало подачи звука, генерируемого аналоговыми устройствами и перед композиторами открывались безграничные просторы для творчества. Они могли придумывать, что угодно.

Одним из значимых достижений являлся пакет компьютерных программ для музыкального синтеза MUSIC4. Эта программа была расширенной версий предыдущих разработок, написанных Мэтьюсом для воспроизведения музыки прямым цифровым вычислением. Записи можно было услышать, преобразовав образцы в звук с помощью цифро-аналоговый конвертора (digital-to-analog converter, DAC).

MUSIC4 позволяла программисту входить в партитуру (музыкальную редакцию), как в текстовый файл. Там имелись подсказки с характеристикой «музыкальный инструмент», являющиеся алгоритмом программного обеспечения. Некоторые инструменты предоставлялись в программном пакете, но программист мог добавлять новые с помощью кода Фортрана.

Компьютерное развитие музыки - 15

Мэтьюс в роли преподавателя Стэнфордского университета (1988 г.)

По конструкции, пакет не был предназначен для прямой генерации музыки, в отличии от современных портативных электронных клавишных инструментов. Вместо этого, все песни или музыкальные части были закодированы и обработаны в виде цифрового файла на диске или ленте, содержащего поток образцов. До появления экономичного механизма цифровой звукозаписи в конце 80-х, образцы, как правило, отправляли в DAC и регистрировали на аналоговой ленте.

В последствии MUSIC4 была преобразована Годфри Винхэмом и Хьюбертом Хоу в MUSIC4B, а затем в MUSIC4BF (на ее основе была разработана компьютерная программа CSound).

FM-синтез Чоунинга

Еще одним новатором в электронной музыке был американский композитор Джон Чоунинг. Он вдохновился работами Мэтьюса и углубился в изучение компьютерных технологий. Композитор стал частым гостем лаборатории искусственного интеллекта Станфордского университета. Во время проведения экспериментов Чоунинг обнаружил, что из двух простых сигналов (один из которых являлся носителем, а его частота модулировалась вторым сигналом) можно было создать довольно быстрые вибрато, воспроизводящие сложные гармонические или негармонические тона. Алгоритм получил название «синтез частотной модуляции» или FM-синтез (1967 г.).

Компьютерное развитие музыки - 16

Джон Чоунинг

Техника частотной модуляции FM была взята композитором из области радиоприема. С помощью компьютерной реализации, она позволила простыми и дешевыми средствами синтезировать чрезвычайно сложные динамические спектры, которые поддавались контролю. Создание FM-синтеза имело большую значимость для музыкантов, открывая им новый мир варьируемых изменений и настроек звука. Синтез мог быть применен для производства высокоточных цифровых репликаций реальных инструментов.

Электронная композиция Turenas

В 1972 г. была создана первая электронная композиция Turenas, включающая в себя звуковую иллюзию. Впервые применялась расширенная техника FM-синтеза, вместе с перемещением звука в пространстве вокруг слушателя (на 360 градусов).

FM-синтез использовался во многих электронных музыкальных инструментах. В 1974 г. японская фирма аналоговых электронных синтезаторов Yamaha высоко оценила возможности цифрового FM-синтеза и даже приобрела лицензию на использование разработки. В 1983 г. была выпущена первая модель синтезатора DX-7, которая применяла FM-синтез. DX-7 имел 6 тон-генераторов (операторов), соединить которые можно было с помощью 32-х способов (алгоритмов). Обладая соответствующими знаниями в области FM-синтеза непосредственно в синтезаторе была возможность создавать новые звуки. У DX-7 также была панель для подключения картриджа памяти — это позволяло расширить первоначальное количество звуков. Специалисты компании вложили не мало сил и средств, чтобы сделать синтезатор максимально высокотехнологичным.

Компьютерное развитие музыки - 17

Синтезатор Yamaha DX7

Yamaha продолжала выпуск синтезаторов, преобразовывая и совершенствуя модели, они становились более компактными, универсальными и дешевыми. Наделенные большей памятью и более сложным программным обеспечением, цифровые музыкальные синтезаторы становились специализированными компьютерами.

Синтезатор Роберта Муга

В конце 60-х американский изобретатель и предприниматель Роберт Муг разработал первый в мире коммерчески успешный клавишный синтезатор Moog. Он также прославился тем, что самостоятельно собрал терменвокс (разработка советского изобретателя Льва Сергеевича Термена).

Муг начал разрабатывать свой синтезатор ещё в Принстон-центре Колумбийского университета. Совместно с композитором Гербертом Дойчем он создал электронный генератор, управляемый напряжением, а также генератор ADSR-огибающей и другие модули. После этого были добавлены дополнительные цепи и синтезатор был готов к производству.

Компьютерное развитие музыки - 18

Роберт Муг на фоне синтезатора

В 1964 г. состоялся съезд инженеров и учёных, работающих с профессиональной музыкальной аппаратурой, где и был представлен модульный управляемый напряжением клавишный синтезатор Moog. В 1969 г. Муг получил патент на изобретённый им фильтр нижних частот.

Инструмент не пользовался слишком большим спросом. Дело все в том, что мало кто имел представление о том, как работает большая часть модулей синтезатора. И потому первыми покупателями стали композиторы-эксперементаторы, а также университеты, имеющие технические возможности разобраться в работе синтезатора. Да и стоил синтезатор Moog довольно таки дорого (от $30 000).

Неожиданный успех настиг синтезатор в 1968 г., когда Вэнди Карлос (некогда Уолтер Карлос) выпустила свой альбом «Switched оn Bach» — коллекцию классических произведений, сыгранных на модульном синтезаторе Moog. Альбом никого не оставил равнодушным. Экспериментирующие музыканты и авангардные композиторы увидели в альбоме использование синтезатора лишь в качестве имитатора реальных инструментов. «Switched оn Bach» невероятно понравился и очень быстро раскупался. Ну и конечно же прославил синтезатор Moog.

Компьютерное развитие музыки - 19

Вэнди Карлос

В последующие годы компанией Муга создавались другие модели синтезаторов, также носившие название Moog. В основном они назывались «Модульные системы».

Захват движений в хореографии

В 80-х совместные усилия хореографов и специалистов по вычислительной технике помогли разработать систему, фиксирующую основные шаги и движения в танце. Кинесиолог и биомедицинский техник Том Калверт был одним из первых, кто начал проводить эксперименты, соединяя компьютерную графику с системой хореографической нотации. Он закреплял на себе резисторы, чтобы считать и оцифровать собственные движения.

На первых этапах программа моделировала танец на экране с использованием фигуры из палочек, выполняющей в реальном темпе команды модифицированной хореографической нотации, которые вводились на клавиатуре. Но с появлением более мощных компьютерных ресурсов расширились и мультипликационные возможности. У изображения на экране появилась глубина, резкость. Можно было менять позы фигурки с помощью простого ввода команд на клавиатуре, вроде «повернуть голову», «поднять руку» и т.д. Более сложные комбинации движений требовали ввода целого набора команд.

Компьютерное развитие музыки - 20

Движения на экране компьютера

Калверт продолжил работу над усовершенствованием системы. Он хотел добиться того, чтобы для управления движениями можно было обойтись без клавиатуры. Для этого им применялись гониометры, которые прикреплялись к суставам танцора. Приборы посылали электрические сигналы компьютеру через аналого-цифровой преобразователь, заставляющий фигуру на экране повторять позы танцора.

По сути разработанная Калвертом система очень походила на современную motion capture (захват движения), технологии которой широко применяется в игровой индустрии, анимации и для создания спецэффектов.

Автор: ua-hosting.company

Источник

Поделиться новостью

* - обязательные к заполнению поля