Компьютерная музыка: история и развитие

Введение

Применение вычислительных технологий в музыке

Компьютерная музыка – это применение вычислительных технологий в музыкальной композиции, помогающее композиторам создавать новую музыку или позволяющее компьютерам самостоятельно генерировать музыку, например, с помощью программ алгоритмической композиции. Она включает в себя теорию и применение новых и существующих компьютерных программных технологий, а также базовые аспекты музыки, такие как синтез звука, цифровая обработка сигналов, звуковой дизайн, звуковое распространение, акустика, электротехника и психоакустика. История компьютерной музыки берет начало в истоках электронной музыки и первых экспериментах и инновациях с электронными инструментами на рубеже XX века.

История

Большая часть работ по компьютерной музыке основывается на взаимосвязи между музыкой и математикой, которая была отмечена еще со времен древних греков, описавших «гармонию сфер». Музыкальные мелодии впервые были сгенерированы компьютером, первоначально названным CSIR Mark 1 (позже переименованным в CSIRAC) в Австралии в 1950 году. Существовали сообщения в газетах из Америки и Англии (как ранние, так и недавние), что компьютеры могли воспроизводить музыку и раньше, но тщательное исследование опровергло эти утверждения, поскольку нет никаких доказательств, подтверждающих газетные сообщения (некоторые из которых были спекулятивными). Исследования показали, что люди предполагали, что компьютеры играют музыку, возможно, потому что компьютеры издавали звуки, но нет никаких доказательств того, что они это делали. Первым в мире компьютером, воспроизведшим музыку, был CSIR Mark 1 (позже названный CSIRAC), спроектированный и построенный Тревором Пирси и Мастоном Бердом в конце 1940-х годов. Математик Джефф Хилл запрограммировал CSIR Mark 1 для воспроизведения популярных музыкальных мелодий с самого начала 1950-х годов. В 1950 году CSIR Mark 1 был использован для воспроизведения музыки, что стало первым известным применением цифрового компьютера для этой цели. Музыка никогда не записывалась, но была точно реконструирована. В 1951 году публично прозвучал «Марш полковника Боги», сохранившийся лишь в реконструкции. Однако CSIR Mark 1 воспроизводил стандартный репертуар и не использовался для расширения музыкального мышления или композиторской практики, как это делал Макс Мэтьюз, что является современной практикой компьютерной музыки. Первым музыкальным произведением, исполненным в Англии, стало исполнение британского национального гимна, запрограммированное Кристофером Стречи на Ferranti Mark 1 в конце 1951 года. Позже в том же году подразделением внешнего вещания BBC были записаны короткие фрагменты из трех произведений: национального гимна, «Baa, Baa, Black Sheep» и «In the Mood»; эта запись признана самой ранней записью компьютерного воспроизведения музыки, поскольку музыка CSIRAC никогда не записывалась. Эту запись можно прослушать на сайте Манчестерского университета. Исследователи из Университета Кентербери в Крайстчерче удалили щелчки и восстановили эту запись в 2016 году, и результаты доступны на SoundCloud. Макс Мэтьюз из Bell Laboratories разработал влиятельную программу MUSIC I и ее производные, еще больше популяризировав компьютерную музыку в статье 1963 года в журнале Science. Первым профессиональным композитором, работавшим с цифровым синтезом, был Джеймс Тенни, который создал серию цифровых синтезированных и/или алгоритмически скомпонованных произведений в Bell Labs с использованием системы MUSIC III Мэтьюза, начиная с Analog #1 (Noise Study) (1961). После ухода Тенни из Bell Labs в 1964 году его заменил композитор Жан-Клод Рисс, который проводил исследования в области синтеза инструментальных тембров и сочинил Computer Suite from Little Boy (1968). Ранние компьютерные музыкальные программы обычно не работали в реальном времени, хотя первые эксперименты на CSIRAC и Ferranti Mark 1 осуществлялись в реальном времени. С конца 1950-х годов, с развитием более сложного программирования, программы могли работать часами или днями на многомиллионных компьютерах, чтобы сгенерировать несколько минут музыки. Одним из способов решения этой проблемы было использование «гибридной системы» цифрового управления аналоговым синтезатором, ранними примерами которой были система GROOVE Макса Мэтьюза (1969) и MUSYS Питера Зиновьева (1969). До сих пор частичное использование было применено для музыкальных исследований в области сущности и формы звука (убедительные примеры – работы Хиллера и Айзексона в Урбане, штат Иллинойс, США; Яниса Ксенакиса в Париже и Пьетро Гросси во Флоренции, Италия). В мае 1967 года первые эксперименты в области компьютерной музыки в Италии были проведены студией S 2F M во Флоренции в сотрудничестве с General Electric Information Systems Italy. Olivetti General Electric GE 115 (Olivetti S. p. A.) использовался Гросси в качестве исполнителя: для этих экспериментов было подготовлено три программы. Программы были написаны Ферруччо Зулианом и использовались Пьетро Гросси для исполнения произведений Баха, Паганини и Веберна, а также для изучения новых звуковых структур. Работа Джона Чоунинга над FM-синтезом с 1960-х по 1970-е годы позволила создать гораздо более эффективный цифровой синтез, что в конечном итоге привело к разработке доступного цифрового синтезатора Yamaha DX7 на основе FM-синтеза, выпущенного в 1983 году. Интересные звуки должны обладать текучестью и изменчивостью, позволяющей им оставаться свежими для слуха. В компьютерной музыке этот тонкий ингредиент достигается за высокую вычислительную стоимость, как с точки зрения количества элементов, требующих детализации в партитуре, так и с точки зрения объема интерпретаторской работы, которую инструменты должны выполнить для реализации этой детализации в звуке.

Much of the work on computer music has drawn on the relationship between music and mathematics, a relationship that has been noted since the Ancient Greeks described the "harmony of the spheres". Musical melodies were first generated by the computer originally named the CSIR Mark 1 (later renamed CSIRAC) in Australia in 1950. There were newspaper reports from America and England (early and recently) that computers may have played music earlier, but thorough research has debunked these stories as there is no evidence to support the newspaper reports (some of which were speculative). Research has shown that people speculated about computers playing music, possibly because computers would make noises, but there is no evidence that they did it. The world's first computer to play music was the CSIR Mark 1 (later named CSIRAC), which was designed and built by Trevor Pearcey and Maston Beard in the late 1940s. Mathematician Geoff Hill programmed the CSIR Mark 1 to play popular musical melodies from the very early 1950s. In 1950 the CSIR Mark 1 was used to play music, the first known use of a digital computer for that purpose. The music was never recorded, but it has been accurately reconstructed. In 1951 it publicly played the "Colonel Bogey March" of which only the reconstruction exists. However, the CSIR Mark 1 played standard repertoire and was not used to extend musical thinking or composition practice, as Max Mathews did, which is current computer music practice. The first music to be performed in England was a performance of the British National Anthem that was programmed by Christopher Strachey on the Ferranti Mark 1, late in 1951. Later that year, short extracts of three pieces were recorded there by a BBC outside broadcasting unit: the National Anthem, "Baa, Baa, Black Sheep", and "In the Mood"; this is recognized as the earliest recording of a computer to play music as the CSIRAC music was never recorded. This recording can be heard at the Manchester University site. Researchers at the University of Canterbury, Christchurch declicked and restored this recording in 2016 and the results may be heard on SoundCloud. Max Mathews at Bell Laboratories developed the influential MUSIC I program and its descendants, further popularising computer music through a 1963 article in Science. The first professional composer to work with digital synthesis was James Tenney, who created a series of digitally synthesized and/or algorithmically composed pieces at Bell Labs using Mathews' MUSIC III system, beginning with Analog #1 (Noise Study) (1961). After Tenney left Bell Labs in 1964, he was replaced by composer Jean Claude Risset, who conducted research on the synthesis of instrumental timbres and composed Computer Suite from Little Boy (1968). Early computer music programs typically did not run in real time, although the first experiments on CSIRAC and the Ferranti Mark 1 did operate in real time. From the late 1950s, with increasingly sophisticated programming, programs would run for hours or days, on multi million dollar computers, to generate a few minutes of music. One way around this was to use a 'hybrid system' of digital control of an analog synthesiser and early examples of this were Max Mathews' GROOVE system (1969) and also MUSYS by Peter Zinovieff (1969). Until now partial use has been exploited for musical research into the substance and form of sound (convincing examples are those of Hiller and Isaacson in Urbana, Illinois, US; Iannis Xenakis in Paris and Pietro Grossi in Florence, Italy). In May 1967 the first experiments in computer music in Italy were carried out by the S 2F M studio in Florence in collaboration with General Electric Information Systems Italy. Olivetti General Electric GE 115 (Olivetti S. p. A.) is used by Grossi as a performer: three programmes were prepared for these experiments. The programmes were written by Ferruccio Zulian and used by Pietro Grossi for playing Bach, Paganini, and Webern works and for studying new sound structures. John Chowning's work on FM synthesis from the 1960s to the 1970s allowed much more efficient digital synthesis, eventually leading to the development of the affordable FM synthesis based Yamaha DX7 digital synthesizer, released in 1983. Interesting sounds must have a fluidity and changeability that allows them to remain fresh to the ear. In computer music this subtle ingredient is bought at a high computational cost, both in terms of the number of items requiring detail in a score and in the amount of interpretive work the instruments must produce to realize this detail in sound.

В Японии

В Японии эксперименты в области компьютерной музыки начались в 1962 году, когда профессор университета Кейо Секине и инженер компании Toshiba Хаяши проводили эксперименты с компьютером, имевшим вертикальное расположение компонентов. Результатом стала композиция под названием TOSBAC Suite, вдохновлённая Illiac Suite. К более поздним японским произведениям компьютерной музыки относятся композиция Кенджиро Езаки, представленная на выставке Osaka Expo '70, и "Panoramic Sonore" (1974) музыкального критика Акимичи Такеды. Езаки также опубликовал статью под названием "Современная музыка и компьютеры" в 1970 году. С тех пор японские исследования в области компьютерной музыки в значительной степени велись в коммерческих целях для популярной музыки, хотя некоторые серьёзные японские музыканты использовали крупные компьютерные системы, такие как Fairlight, в 1970-х годах. В конце 1970-х годов эти системы стали коммерчески доступны, в частности, благодаря таким системам, как Roland MC 8 Microcomposer, в которой микропроцессорная система управляет аналоговым синтезатором, выпущенным в 1978 году.

Авансы

Достижения в области вычислительной мощности и программного обеспечения для работы с цифровыми медиа кардинально изменили способы создания и исполнения компьютерной музыки. Современные микрокомпьютеры обладают достаточной мощностью для выполнения сложнейшего аудиосинтеза, используя широкий спектр алгоритмов и подходов. Компьютерные музыкальные системы и методы стали повсеместными и настолько прочно вошли в процесс создания музыки, что мы почти не задумываемся об их использовании: компьютерные синтезаторы, цифровые микшеры и эффекты стали настолько обыденными, что применение цифровых, а не аналоговых технологий для создания и записи музыки стало нормой, а не исключением.

Исследования

В области компьютерной музыки наблюдается значительная активность, поскольку исследователи продолжают разрабатывать новые и интересные подходы к компьютерному синтезу, композиции и исполнению. По всему миру существует множество организаций и учреждений, занимающихся изучением и исследованиями в области компьютерной и электронной музыки, включая CCRMA (Центр компьютерных исследований в музыке и акустике, Стэнфорд, США), ICMA (Международная компьютерная музыкальная ассоциация), C4DM (Центр цифровой музыки), IRCAM, GRAME, SEAMUS (Общество электроакустической музыки США), CEC (Канадское электроакустическое сообщество) и большое количество высших учебных заведений по всему миру.

Музыка, составленная и исполняемая компьютерами

Позже композиторы, такие как Готфрид Михаэль Кёниг и Яннис Ксенакис, использовали компьютеры для генерации как звуков композиции, так и партитуры. Кёниг разработал алгоритмические программы композиции, которые являлись обобщением его собственной серийной композиторской практики. Это не совсем соответствует работе Ксенакиса, поскольку он использовал математические абстракции и исследовал границы их музыкального воплощения. Программное обеспечение Кёнига преобразовывало вычисления математических уравнений в коды, представляющие музыкальную нотацию. Эти коды можно было вручную перевести в нотную запись и затем исполнить живыми музыкантами. Его программы Project 1 и Project 2 являются примерами такого рода программного обеспечения. Впоследствии он распространил те же принципы на область синтеза, позволив компьютеру генерировать звук напрямую. SSP – пример программы, выполняющей подобную функцию. Все эти программы были созданы Кёнигом в Институте сонологии в Утрехте в 1970-х годах. В 2000-х годах Андраник Тангиан разработал компьютерный алгоритм для определения временных структур ритмических канонов и ритмических фуг, которые затем были "вручную" разработаны в гармонические композиции Eine kleine Mathmusik I и Eine kleine Mathmusik II, исполняемые компьютером; партитуры и записи см.

Компьютерные оценки результатов игроков

Компьютеры также используются в попытках имитировать музыку великих композиторов прошлого, таких как Моцарт. Современный представитель этой техники – Дэвид Коуп, чьи компьютерные программы анализируют произведения других композиторов для создания новых работ в схожем стиле. Наиболее известная программа Коупа – Эмили Хауэлл. Melomics, исследовательский проект Университета Малаги (Испания), разработал компьютерный композиционный кластер под названием Iamus, который сочиняет сложные многоинструментальные произведения для редактирования и исполнения. С момента своего создания Iamus сочинил полноценный альбом в 2012 году, также названный Iamus, который журнал New Scientist описал как "первое значительное произведение, созданное компьютером и исполненное полным оркестром". Команда разработчиков также создала API для использования этой технологии и предоставляет доступ к своей музыке на своем веб-сайте.

Компьютерная алгоритмическая композиция

Компьютерная алгоритмическая композиция (CAAC, произносится как "си-ак") — это реализация и применение техник алгоритмической композиции в программном обеспечении. Этот термин образован из сочетания двух других, каждый из которых слишком расплывчат для дальнейшего использования. Термин "компьютерная композиция" не отражает специфику использования генеративных алгоритмов. Музыка, созданная с помощью нотного редактора или секвенсора, вполне может считаться компьютерной композицией. Термин "алгоритмическая композиция" также слишком широк, особенно в том, что он не указывает на использование компьютера. Термин "компьютерная поддержка", а не "компьютерная помощь", используется аналогично термину "автоматизированное проектирование" (computer-aided design).

Машинная импровизация

Машинная импровизация использует компьютерные алгоритмы для создания импровизации на основе существующих музыкальных материалов. Обычно это достигается сложной рекомбинацией музыкальных фраз, извлеченных из существующей музыки, исполняемой вживую или предварительно записанной. Для достижения убедительной импровизации в определенном стиле машинная импровизация применяет алгоритмы машинного обучения и сопоставления с образцами для анализа существующих музыкальных примеров. Полученные образцы затем используются для создания новых вариаций «в стиле» исходной музыки, что развивает концепцию стилистической реинъекции. Это отличается от других методов импровизации с использованием компьютеров, которые применяют алгоритмическую композицию для генерации новой музыки без анализа существующих музыкальных примеров.

Статистическое моделирование стиля

Моделирование стилей предполагает создание вычислительного представления музыкальной структуры, которое отражает важные стилистические особенности, извлеченные из данных. Статистические методы используются для выявления избыточности в виде словарей шаблонов или повторений, которые затем рекомбинируются для генерации новых музыкальных данных. Смешивание стилей может быть реализовано путем анализа базы данных, содержащей множество музыкальных примеров, выполненных в различных стилях. Машинная импровизация опирается на давнюю музыкальную традицию статистического моделирования, берущую начало в "Illiac Suite" Хиллера и Исааксона для струнного квартета (1957) и использовании цепей Маркова и стохастических процессов Ксенакисом. Современные методы включают использование сжатия данных без потерь для инкрементного разбора, предсказывающее суффиксное дерево, поиск подстрок и многое другое. Смешивание стилей возможно путем объединения моделей, полученных из нескольких музыкальных источников, а первым примером смешивания стилей стала пьеса NTrope Suite С. Дубновым, в которой использовалась совместная модель источника Дженсена-Шеннона. Впоследствии алгоритм факторного оракула (фактически, факторный оракул – это конечный автомат, построенный за линейное время и занимающий линейный объем памяти в процессе инкрементного построения) был адаптирован для музыки Ассаягом и Дубновым и стал основой для ряда систем, использующих стилистическую реинъекцию.

Реализация

Первой реализацией статистического моделирования стиля стал метод LZify в Open Music, за которым последовала система Continuator, реализовавшая интерактивную машинную импровизацию, интерпретирующую инкрементальный LZ-анализ в терминах моделей Маркова и использующую его для моделирования стиля в реальном времени, разработанную Франсуа Паше в Sony CSL Paris в 2002 году. Реализация машинной импровизации Factor Oracle на Matlab можно найти в составе инструментария Computer Audition. Существует также реализация Factor Oracle машинной импровизации, разработанная NTCC. OMax – это программная среда, разработанная в IRCAM. OMax использует OpenMusic и Max и основана на исследованиях в области стилистического моделирования, проведенных Жераром Ассаягом и Шломо Дубновым, а также на исследованиях по импровизации с компьютером, выполненных Г. Ассаягом, М. Шемийе и Г. Блохом (также известных как братья OMax) в группе Music Representations Ircam. Одной из проблем при моделировании аудиосигналов с использованием factor oracle является символизация признаков, преобразующая непрерывные значения в дискретный алфавит. Эта проблема была решена в Variable Markov Oracle (VMO), доступном в виде реализации на Python, с применением критерия информационной скорости для поиска оптимального или наиболее информативного представления.

Использование искусственного интеллекта

Использование искусственного интеллекта для генерации новых мелодий и исполнения существующих музыкальных произведений – относительно недавнее явление, которое, по сообщениям, оказывает дестабилизирующее воздействие на музыкальную индустрию.

Живое кодирование

Живое кодирование (иногда называемое «интерактивным программированием», «программированием на лету», «программированием в реальном времени») — это термин, обозначающий процесс написания программного обеспечения в реальном времени как часть выступления. В последнее время оно исследуется как более строгая альтернатива музыкантам, использующим ноутбуки, которым, как часто считают практики живого кодирования, не хватает харизмы и блеска исполнителей, выступающих вживую.