Virtual ANS: способ напечатать звук на бумаге


Возможностью напечатать звуки на бумаге мы обязаны двум замечательным соотечественникам — гениальному советскому изобретателю Евгению Мурзину и талантливому российскому программисту Александру Золотову.
Сергей Апресов
 

Сколько в музыке нот? Классический детский ответ на этот вопрос — семь. Поступив в музыкальную школу, ученик знакомится с черными клавишами и отвечает, что нот двенадцать. Посмотрев индийское кино, он обращает внимание, что кокетливая актриса поет необычные ноты, которых нет на фортепиано, — доли полутонов. Наконец, слегка углубившись в историю, молодой музыкант узнает о многообразии музыкальных строев (и стоящих за ними математических теорий) и о том, что по сей день не утихают споры, как правильно настраивать пианино.

Современные музыканты, а также математики и физики хорошо знают, что количество нот бесконечно и в музыке можно использовать звуки любой частоты при условии, что они различимы на слух. Некоторые инструменты, например колокол, за один удар выдают на гора практически все частоты слышимого спектра. Однако подавляющее большинство инструментов могут предоставить в распоряжение музыканта лишь ограниченный набор тонов и тембров. Сей факт еще в первой половине XX века глубоко огорчал советского изобретателя Евгения Александровича Мурзина.

Профессиональный путь Мурзина во многом определила война. Он разрабатывал оборудование для звукометрической разведки наземной артиллерии, системы наведения для истребителей-перехватчиков, приборы управления зенитным огнем. Его разработки были приняты на вооружение Советской армии.

Однако в историю Мурзин вошел как создатель первого в мире электронного синтезатора. Его детище и сегодня остается самым всемогущим аналоговым музыкальным инструментом современности. Синтезатор АНС может не только создавать неземные музыкальные ландшафты, но даже имитировать звуки природы и человеческую речь. Звучание машины, существующей всего в двух экземплярах, увековечено в фильмах Тарковского, а также в аудиозаписях советских, российских и зарубежных музыкантов. Релиз сборника ANS-Sessions ожидается в этом году, что лишний раз подтверждает: советский суперсинтезатор не теряет актуальности.

Названием АНС аппарат обязан Александру Николаевичу Скрябину. Творчество русского композитора вдохновляло изобретателя: так же, как Скрябин стремился выйти за рамки традиционных тональностей, Мурзин хотел выйти за рамки самого музыкального строя.

  • Фото

  • Синтезатор АНС хорошо сохранился и периодически дает небольшие концерты. Увидеть и послушать его можно в Музее музыкальной культуры имени М. И. Глинки.

Как выглядит звук

Принцип работы синтезатора АНС удобнее всего объяснить, оттолкнувшись от его современной цифровой копии. Компьютерную программу Virtual ANS написал программист и музыкант из Екатеринбурга Александр Золотов. Эта идея завладела им в начале 2000-х на волне увлечения музыкой Эдуарда Артемьева, композитора фильмов Тарковского. Александр изначально задался целью создать универсальный мультиплатформенный инструмент, который будет полезен многочисленным музыкантам. Сегодня Virtual ANS доступен для компьютеров, планшетов и смартфонов на Windows, Linux, iOS и Android.

  • Фото

  • Интерфейс программы Virtual ANS, пусть и выглядит намного современнее, по сути практически в точности имитирует стеклянную пластину, покрытую мастикой, на которой композиторы писали партитуры для синтезатора АНС.

Взгляните на сонограмму (она же спектрограмма): по горизонтальной оси на ней отложены единицы времени, а по вертикальной — высоты (частоты) тона. Чтобы музыканту было проще ориентироваться на сонограмме, на оси ординат изображена фортепианная клавиатура в десять октав. Однако на самом деле разрешение графика намного выше. В синтезаторе АНС каждая октава делилась на 72 частоты (а каждый тон — на 12 частот), что позволяло создавать удивительную микротональную музыку с невиданными потусторонними звуками.

Разрешение сонограммы в Virtual ANS практически бесконечно как по частоте, так и по времени. Благодаря этому программный синтезатор, по сути являясь музыкальным инструментом, может воспроизводить звуки человеческого голоса, оркестровую музыку, шумовые эффекты — да практически любые звуки слышимого диапазона. Причем, говоря «воспроизводить», мы точно описываем впечатление от прослушивания, но немного лукавим с точки зрения технологии: синтезатор не проигрывает звуки, а воссоздает их заново из мельчайших кирпичиков — простейших синусоидальных волн.

Если вы нарисуете на сонограмме горизонтальную линию толщиной в один пиксель и длиной, скажем, в три секундных деления, синтезатор проиграет вам звук соответствующей частоты в течение трех секунд. Звук синусоидального генератора безликий и скучный, вряд ли он может претендовать на эстетическую ценность. Однако все меняется, стоит нарисовать линию потолще: в дело вступают соседние синусоиды; взаимодействуя друг с другом, они образуют естественные гармоники — звук становится полным и богатым.

Рисуя сонограмму, будто художник, музыкант может добиваться практически любых звуковых эффектов. Прерывистые горизонтали напротив соответствующих нот дадут ему мелодию, волнистые линии — вибрато, восходящие или нисходящие — глиссандо (плавное нарастание или убывание тона), широкие полупрозрачные полосы — шумы. Фактически у сонограммы есть и третья ось: яркость точки или линии определяет громкость звучания соответствующего тона, или амплитуду синусоиды. Сама по себе спектрограмма используется не только и не столько в музыке: с ее помощью анализируют самые разные звуки, что нужно, например, для идентификации голоса в криминалистике.

Мощность сонограммы как аналитического инструмента Virtual ANS демонстрирует в полной мере: программа может создать изображение из аудиофайла, а затем считать это изображение и воссоздать по нему звук. Стоит повториться, речь идет не о воспроизведении, а о генерировании звука заново — как если бы кто-то записал чью-то речь на бумаге, а затем прочел ее с листа, стараясь подражать голосу автора.

Чтобы «играть» на Virtual ANS, музыкант рисует сонограмму: наносит на нее точки, линии и пятна, использует кисти и ластики, регулирует яркость (она же прозрачность) отдельных элементов. Игра может быть как абстрактным перформансом, так и вполне осознанным музыкальным исполнением. На Virtual ANS можно играть и в реальном времени: компьютер раз за разом проигрывает сонограмму определенной длины, а музыкант в это же время добавляет к ней новые детали.

Компьютер? Это лишнее

Спектрограмма, разрешение, синтез — сами эти понятия прочно ассоциируются с цифровым веком. Однако, как ни трудно это представить, Virtual ANS — это практически точная функциональная копия синтезатора Мурзина. Разве что линии на сонограмме в оригинале не рисовались пальцем на сенсорном экране, а процарапывались специальным резцом в слое краски на стекле.

Синтезатор АНС — это сложнейший электромеханический прибор, разумеется, полностью аналоговый. Над его конструкцией Мурзин начал работать еще в конце 1930-х годов, однако готовая машина увидела свет только в 1958-м. Принцип звукоизвлечения для нее подсказал кинематограф: на кинопленке звук записывается и воспроизводится с помощью света.

Генератор чистых тонов (тех самых синусоид-кирпичиков) АНС состоит из четырех одинаковых дисков. На каждом диске — 144 концентрические дорожки с волнообразной сменой прозрачности. При пропускании света каждая дорожка дает мерцающий синусоидальный световой сигнал. Причудливый узор дорожек Мурзин наносил на диски фотографическим способом с помощью специально сконструированного станка. На создание одного диска уходило до 50 часов непрерывной кропотливой работы.

Диски вращаются с разной скоростью, и все их дорожки вместе взятые дают 576 световых синусоид — 8 октав по 72 ступени в каждой. Оптическая система собирает свет со всех дорожек и фокусирует ее на тонкую щель. Эта щель — физическое воплощение вертикальной оси спектрограммы. В нижней ее части сосредоточены сигналы низкой частоты, а в верхней — высокие тона.

Над щелью располагается ряд фотоэлементов, подключенных к столамповому усилителю сигнала и громкоговорителям. А между щелью и фотоэлементами с регулируемой скоростью движется стеклянная пластина, покрытая черной краской. Движение этой пластины есть не что иное, как физическое воплощение временной оси спектрограммы. А рисунок, который композитор выцарапывает на краске, заставляя свет от определенных дорожек проникать к фотоэлементам и издавать звук, — это и есть сонограмма, она же — записанное заранее музыкальное произведение.

Чтобы композиторам было удобно работать с АНС, Мурзин изготовил специальную линейку («кодер») с изображением фортепианных клавиш, а на ней — передвижную каретку с обозначением основных обертонов. Кодер устанавливался перед пластиной, помогая музыканту ориентироваться в практически бесконечном многообразии звуков.

Одна из важнейших особенностей АНС заключается в том, что с ним должен был работать сам композитор без посредников в виде нотной записи, музыкантов, дирижера. В то же время синтезатор предоставлял композитору оркестровый диапазон тонов и тембров, а сам процесс работы предполагал немедленную запись (читай — увековечивание) произведения.

Сам Мурзин говорил, что на АНС не стоит исполнять произведения композиторов-классиков. Аппарат строился для создания принципиально новой музыки. Вполне вероятно, что даже сам изобретатель не осознавал всех возможностей своего инструмента: до недавнего времени прекрасно сохранившийся экземпляр АНС находился в МГУ, где использовался для экспериментов по симуляции речи.

Принципиальная схема синтезатора АНС

  • Фото

Генератор чистых тонов аналогового синтезатора АНС состоял из четырех оптических дисков. Они были абсолютно одинаковыми, но вращались с разной скоростью. Вместе они давали 576 тонов, по 72 тона на каждую из 8 октав. Для лучшего понимания схемы партитура на ней изображена прозрачной. На самом же деле движущаяся пластина была покрыта непрозрачной мастикой, и композитор процарапывал на ней участки, выбирая из 576 тонов те, которые были нужны ему.

  • Фото

Сонограмма на фото изготовлена с помощью программы Virtual ANS из аудиозаписи настоящего синтезатора АНС. Родство между аналоговым и компьютерным инструментами очевидно: на сонограмме с первого взгляда угадываются «борозды», а при считывании с помощью смартфона вы услышите звук, очень похожий на звучание оригинального советского синтезатора. Эффект будет особенно сильным, если вы подключите к смартфону наушники.

Звучащая 
механика

Приложение «Популярная механика. Звук» использует технологию PhonoPaper, разработанную создателем Virtual ANS Александром Золотовым. PhonoPaper представляет собой ту же сонограмму с той лишь разницей, что громкость звука определяется не яркостью точки, а ее цветом — от белого (тишина) до черного (максимальная громкость). Полосы-маркеры сверху и снизу от сонограммы помогают смартфону определить, где именно находится информация о звуке.

Почувствуйте себя композитором прямо сейчас. Технология PhonoPaper позволяет не только распечатывать сонограммы из программы, но и рисовать их от руки. Здесь рисунок, который нарисовали мы. Послушайте, как он звучит, и попробуйте подрисовать к нему новые звуки прямо на странице, распечатав ее.

Статья «Полновластные правители звука» впервые опубликована в №4 (150), апрель 2015.
Comments