повернутися до розділу ЕЛЕКТРОНИКА...


   Александр Ровенко
ЭЛЕМЕНТЫ МУЗЫКИ КАК ОБЪЕКТЫ ПРОГРАММИРОВАНИЯ
   Предлагаемый ниже материал является прямым и непосредственным продолжением весьма лаконичных тезисов автора этих строк, опубликованных в 1993 году в сборнике Союза композиторов Украины "Одесский музыковед "93". Поэтому в начале данной более развернутой статьи целесообразно напомнить читателю некоторые важные для последующего изложения выводы, которые завершали предыдущие краткие тезисы.
   По отношению к мировой классической музыкальной культуре современные компьютерные системы заняли периферийные и прямо противоположные позиции. С одной стороны, они обслуживают поп-, и рок- индустрию, а также промышленное производство синтезаторов, испытывающее сильнейший пресс коммерческого музыкального рынка. С другой стороны, эти системы обслуживают по сути элитарное направление компьютерной музыки, ограниченное экспериментальными поисками новых тембров и звучащих миров, которые могут быть весьма любопытными, впечатляющими, иногда даже сильно воздействующими, но при этом чаще всего не имеющими существенной художественной значимости с точки зрения музыкальной культуры в ее исторически целостном охвате.
   Современные компьютерные системы практически не обслуживают на необходимом и достаточном уровне традиционную музыкально-академическую сферу с такими ее древнейшими теоретическими дисциплинами как гармония, контрапункт и многие другие. Беспомощность этих систем в сфере мировой классической музыкальной культуры не будет преодолена до тех пор, пока астрономические библиотеки синтезированных тембров и звуковых миров не будут уравновешены компьютерными библиотеками музыкально-теоретических и исторических знаний. Ни одно искусство не имеет столь фундаментальной, сложной и разветвленной теории, как музыка. Истоки теории музыки восходят к античности, к Пифагору и другим древнегреческим ученым.
   Для большинства живущих сегодня музыкантов-профессионалов, пропустивших через себя опыт мировой музыкальной культуры и воспитанных на западноевропейской музыке нидерландских полифонистов, барокко, венских классиков и даже нововенской школы, остаются скрытыми перспективы применения современных компьютерных систем за пределами студий цифровой звукозаписи. Абсолютное большинство программистов также не видят возможности поворота в развитии компьютерных систем от периферии музыкальной культуры, от противостоящих полюсов элитарной компьютерной и поп-, а также рок-музыки к ее центру с непреходящими художественными ценностями.
   Более того, самооценки программистов разрабатываемого ими программного обеспечения не только не привлекают "культурных" музыкантов к компьютерным системам, а скорее наоборот - отталкивают, или в лучшем случае воспринимаются ими как курьез, либо недоразумение. Ярким примером этого служит следующая цитата из одного из лучших, если не самого лучшего украинского профессионального компьютерного журнала "Чип". В его октябрьском номере за 1997 год на с. 54 напечатан крупными буквами своеобразный эпиграф к статье под названием "Сам себе композитор" такого содержания: "Ноты и умение играть на фортепиано - все это совершенно устарело, как прошлогодний снег. Теперь, благодаря компьютеру, для сочинения музыки нужно только правильное программное обеспечение".
   Приведенная цитата в комментариях не нуждается. Тем не менее, ее автору можно было бы задать как минимум два вопроса: как понимать правильность или неправильность программного обеспечения для сочинения музыки и кто эту правильность определяет - программист, музыкант или оба вместе взятые? Этих вопросов частично касается последующее изложение, непосредственно посвященное элементам музыки как объектам программирования.
   Проблемы использования композиторами методов программирования и компьютерных специалистов для создания и воспроизведения музыки освещается в научной литературе по меньшей мере около 45-ти последних лет. Сочинения, создаваемые композиторами с помощью электроники и аналого-цифрового синтеза звучания принято называть сегодня компьютерной музыкой. Она выдвинулась в качестве нового направления в мировом иcкусстве в начале второй половины 20-го века и уже имеет своих достаточно авторитетных и ярких представителей. Практические эксперименты компьютерной музыки не всегда поднимались до художественного уровня и нуждались в последующем осмыслении, стимулировавшем развитие теории компьютерной музыки. Она явилась для своего времени новым направлением в музыкальной науке.
   В связи с упомянутым новым направлениям, ставшими в наши дни достаточно традиционным, можно поставить весьма актуальный и нетривиальный вопрос не о теории компьютерной музыки, а о компьютерной теории музыки в ее общепринятом академическом понимании. В данном случае это не простая игра слов, а постановка проблемы использования методов программирования и компьютерных специалистов уже не композиторами, а музыковедами для создания обучающих программ по теории музыки, адресованных будущим музыкантам-профессионалам. В научной литературе эта проблема не получила достаточного освещения вероятно по причине ее чрезмерной сложности и отсутствия взаимопонимания профессионалов по классической музыке со специалистами по компьютерной технике.
   Теория музыки в широком смысле включает в себя множество разделов. Среди них такие, как гармония и контрапункт, акустика и инструментоведение, музыкальная форма и оркестровка, а также ряд других. Не все из перечисленных разделов в одинаковой мере испытали на себе эффективность новейших информационных технологий, опирающихся на методы программирования и вычислительную технику. Ее воздействие оказалось наиболее впечатляющим в акустике и инструментоведении. В этих разделах теории и практики композиторы и исполнители получили удивительные возможности в порождении новых музыкальных тембров, ритмов и шумовых эффектов, создании фонограмм, электронной и компьютерной музыки. В последние годы накоплены богатейшие звуковые библиотеки музыкальных тембров и шумовых эффектов.
   Влияние новейших информационных технологий на такие упоминавшиеся разделы академической теории музыки, как гармония и контрапункт, незначительно, а число компьютерных программ обучения по этим предметам, а также библиотек музыкально-теоретических знаний ничтожно. В сравнении с акустикой и инструментоведением, воздействие новейших информационных технологий на гармонию и контрапункт заметно отстает. Это связано со следующими объективными причинами.
   Акустика и инструментоведение представляют уровень, который условно можно назвать аппаратно-физическим, а гармония и контрапункт -музыкально-интеллектуальный. Более того, последние разделы теории музыки не ограничены формально-логическим подходом и предполагают выходы на уровень психологии восприятия, музыкально-исторических жанров и стилей, берущих свое начало в античную и средневековую эпохи и имеющих свою весьма сложную и разветвленную теорию. Поэтому специалисты по компьютерной технике и программированию не могут самостоятельно внедрять в академические гармонию и контрапункт новейшие информационные технологии. Это возможно только по инициативе специалистов по теории музыки. Однако тот язык, на котором эти специалисты излагают свои знания музыкантам не совсем подходит, а точнее совсем не подходит программистам, призванным обучить гармонии и контрапункту компьютер.
   Таким образом, специалисты по теории музыки, заинтересованные в постановке задач программистам, должны проделать значительную работу по переводу своих знаний в форму изложения, понятную специалистам по компьютерной технике. Подобная работа может оказаться творчески плодотворной как для одних, так и для других специалистов - одних она может привести к новым идеям в программировании, других к развитию теории музыки под новым углом зрения. Конечная цель такой работы - компьютерные обучающие программы по теории музыки для будущих музыкантов-профессионалов.
   Реализация этой цели чрезвычайно осложняется многозначностью теоретических представлений музыкантов о закономерностях гармонии и контрапункта в зависимости от конкретных исторических музыкальных стилей. Моделирование закономерностей последних с помощью компьютерной техники весьма проблематично сегодня, потому что эта техника, с одной стороны, дает возможность аппаратно-физически синтезировать бесконечное разнообразие музыкальных тембров, ритмов и шумовых эффектов, а с другой - она совершенно беспомощна в музыкально-интеллектуальном отношении: не обучена различать энгармонически равные звуки, интервалы, аккорды и тональности, не говоря уже о гармонии и контрапункте. Поэтому первый шаг в превращении компьютера как аппаратно-акустического робота в музыкально-интеллектуальную машину должен состоять не в обучении его гармонии и контрапункту, а тому разделу музыкальной науки, который у нас принято называть элементарной теорией музыки.
   Реализация этой подцели весьма упрощается несравнимо меньшей многозначностью и большей стабильностью теоретических представлений музыкантов в этой области. Более того, элементарная теория музыки является, как хорошо известно, корневой основой, из которой выросли и развились и гармония и контрапункт. Велика также потребность в обучающих программах по элементарной теории музыки, потому что знание важнейших элементов музыки необходимо будущим музыкантам любой специальности.
   Первичным элементом музыки является звук. Специалисты по компьютерной технике достигли на сегодняшний день фантастических результатов в аппаратно-физическом программировании свойств звука как акустического объекта. Об этом свидетельствуют современные клавишные синтезаторы, в которых представлены музыкальные звуки инструментов известных в классической и этнической музыке, а также компьютерная музыка с ее мыслимым и немыслимым космическим звуковым миром и шумовыми эффектами.
   Элементарная теория музыки не дает научные знания обо всех проявлениях звукового мира. В ней объясняются только музыкальные звуки или, иначе называемые, тоны. К ним относятся звуки, имеющие определенную высоту и определенное соотношение частот их колебаний, объединяющее всю совокупность воспринимаемых человеком тонов в музыкальный строй (систему). Базой современной музыкальной культуры европейской традиции является, как известно, равномерно-темперированный строй, хотя до него и существовали пифагоров и чистый строи.
   Процесс длительного исторического развития музыки утвердил в подавляющем большинстве стран современного мира хроматическую систему соотношения всех звуков равномерно-темперированного строя, располагающихся в восходящем или нисходящем порядке по полутонам. В элементарной теории музыки часто прибегают к наглядному представлению полного звукоряда хроматической системы в виде клавиш фортепиано, число которых на концертных роялях достигает 88. Нажатие любой из этих клавиш приводит к акустическому эффекту звучания музыкального тона.
   Специалисты по компьютерной технике располагают сегодня разными подходами к звуку как объекту программирования. Эти подходы зафиксированы в ряде стандартов или, как говорят программисты, в форматах организации информации о звуке, позволяющих вводить ее в компьютер. Из множества разработанных на сегодняшний день стандартов два оказались наиболее эффективными для музыки и существенно отличающимися друг от друга. Один из них получил название WAVE-формата, то есть, стандарта звуковой волны, позволяющего вводить информацию о звуке в компьютер непосредственно через микрофон, обрабатывать и воспроизводить ее по принципу цифровой аудиозаписи. Другой стал широко применяться под названием MIDI-формата. Этот стандарт позволяет вводить информацию о звуке в компьютер с помощью клавишного электромузыкального инструмента или синтезатора, обрабатывать и воспроизводить ее на тех же или подобных инструментах, либо на синтезаторах звука, встроенных непосредственно в компьютер. Название MIDI возникло как аббревиатура от выражения Musical Instrument Digital Interface, то есть, цифровой интерфейс музыкального инструмента. Этим выражением обозначают стандарт согласования и сопряжения музыкального инструмента (электронного) с подобным инструментом или с компьютером.
   Первый стандарт предполагает возможность спектрографического представления информации о звуке, последний - нотно-графического. Благодаря этому WAVE-формат более пригоден для аппаратно-физической обработки звука и предпочитается в первую очередь специалистами по цифровой аудиозаписи, а также электронной и компьютерной музыке. MIDI-формат, значительно уступая в синтезе звука на аппаратно-физическом уровне, имеет выход в музыкально-интеллектуальную сферу теории музыки, благодаря своим возможностям нотно-графического представления информации о звуке. Таким образом, стандарт MIDI должен предпочитаться в первую очередь не только исполнителями на клавишных электромузыкальных инструментах, но и музыковедами, заинтересованными в создании компьютерных обучающих программ по важнейшим разделам теории музыки.
   Существеннейшей стороной звука как первичного элемента музыки является высота. На аппаратно-физическом уровне она определяется частотой колебаний звучащего тела, выражаемой в герцах. Наряду с этим, MIDI-формат предполагает более высокий уровень представления высоты звука. Его можно было бы назвать условно нотно-клавишным. Понятие ноты в MIDI-стандарте не совпадает с ее пониманием специалистами по теории музыки. Определяя ноту, программисты подобно музыковедам представляют полный звукоряд хроматической системы в виде клавиш электромузыкального инструмента. Нажатая клавиша такого инструмента и является нотой для специалиста по компьютерной технике. Нота имеет начало и конец. Начало связано с моментом нажатия клавиши, а конец с моментом ее отпускания. Если пронумеровать все клавиши, то нота как объект программирования определяется 1) номером клавиши, 2) ее нажатием (начало ноты) и 3) отпусканием (конец ноты). При этом фиксируются также скорости нажатия и отпускания клавиши, влияющие на тембро-динамические характеристики озвучиваемой компьютером ноты. При таком подходе к определению нот их общее число совпадает с числом теоретически возможных на электромузыкальном инструменте клавиш.

В следующей таблице представлены числа, соответствующие всем клавишам и нотам, используемым в MIDI-стандарте.
Octave C C# D D# E F F# G G# A A# B
0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
1 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
2 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35
3 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47
4 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59
5 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71
6 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83
7 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95
8 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107
9 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119
10 120 121 122 123 124 125 126 127        

   Из таблицы видно, что в принятой программистами нумерации октав, нулем обозначается субконтроктава, единицей - контроктава, двойкой - большая октава, тройкой - малая, а традиционная в теории музыки первая октава оказывается здесь четвертой, вторая - пятой и так далее. Представленные в верхней строке таблицы буквенные обозначения нот соответствуют нотации восходящей хроматической гаммы. В таблице в целом систематизированы ноты согласно их определению как нажимаемых и отпускаемых клавиш.
   На основе подобного MIDI-стандартного подхода стал возможен автоматический перевод нажимаемых и отпускаемых в процессе живого исполнения музыки клавиш в нотную запись. Данный подход предполагает и обратный путь звукового воспроизведения нотного текста. Однако, MIDI-стандарт получил наиболее широкое и весьма эффективное применение не благодаря своим возможностям автоматического перевода звучания в ноты. Для музыкантов практиков важнее оказались его возможности создания современных музыкальных фонограмм с помощью метода наложений многоканальных записей живого исполнения в обход нотных партитур. Фонограмма как конечный результат и продукт деятельности музыканта практика не нуждается в нотной записи, потому что она не играется по нотам, а воспроизводится звукозаписывающей техникой, в том числе и компьютерной.
   Таким образом, возвращаясь к возможностям автоматического перевода звука в ноту, следует подчеркнуть еще недостаточно высокий уровень ее реализации в соответствии с формулой "нота равна номеру нажатой и отпущенной клавиши". Нотно-клавишный уровень остался принципиально ориентированным на аппаратно-физическую запись, редактирование и воспроизведение звука. На этом уровне оказываются избыточными такие, к примеру, существеннейшие для теории музыки понятия, как лад, ступень, альтерация, энгармонизм и многие другие, потому что они приводят к нескольким вариантам нотного обозначения одного и того же звука. Поскольку в условиях равномерно-темперированной хроматической системы эти варианты никак не влияют на высоту звука и конечный продукт фонограмму, они не имеют смысла с точки зрения MIDI-стандарта и профессионалов по компьютерной технике. В этом стандарте изначально использовались только диезы в нотных обозначениях черных клавиш электромузыкальных инструментов, в соответствии с верхней строчкой приведенной выше таблицы. А это уже лишено смысла с точки зрения профессионалов по классической музыке.
   Идя им навстречу, программисты попытались расширить нотно-клавишное представление звука с помощью, так называемых, музыкальных редакторов. Среди них встречались, к примеру, и такие, в которых в процессе автоматического перевода живого исполнения в ноты черные клавиши нотировались в зависимости от предварительно выставленных ключевых знаков. Если при ключе ставились диезы, то в обозначении черных клавиш использовались диезы, а если при ключе выставлялись бемоли, тогда и черные клавиши обозначались бемолями. При отсутствии ключевых знаков черные клавиши нотировались в зависимости от предварительного указания на мажор или минор - в мажоре диезами, а в миноре бемолями.
   Подобные подходы демонстрировали неудовлетворительность нотно-клавишного представления высоты звука с традиционной музыкально-теоретической точки зрения.
   Итак, подведем некоторые предварительные итоги и пойдем дальше.
   На аппаратно-физическом уровне высота звука равна частоте колебаний звучащего тела, выражаемой в герцах.
   На нотно-клавишном уровне высота звука равна номеру нажатой и отпущенной клавиши.
   Однако, с позиций традиционного музыкально-теоретического уровня, высота звука равна названию октавы плюс собственное имя ноты, плюс знак альтерации, который может быть пустым.
   Здесь нельзя не заметить, что на нотно-клавишном уровне MIDI-стандарта нумеровались не только клавиши, но и октавы, номера которых однозначно возрастали или уменьшались на единицу при переходе с клавиши "си" на "до", или с "до" на клавишу "си". Однако, нотно-клавишное представление об октаве не совпадает с традиционным музыкально-теоретическим. С позиций последнего "си-диез" остается в той же октаве, что и "си", а "до-бемоль" в той же октаве, что и "до", хотя они и переходят соответственно на клавиши "до" и "си". Кстати, мне не удалось обнаружить обсуждение этого вопроса в известных работах по элементарной теории музыки.
   Итак, о чем говорит отмеченное несовпадение нотно-клавишного и музыкально-теоретического представления октавы? О том, что в последнем представлении предлагается более высокий уровень определения высоты звука, который условно можно было бы назвать нотно-ступеневым. "Си-диез" остается в той же октаве, что и "си", потому что не происходит смены ступени, хотя альтерационный хроматизм переносит ее на другую клавишу.
   Нота-клавиша является элементом полного ряда клавиш электронного музыкального инструмента, упорядоченность которых совпадает с хроматической равномерно-темперированной системой. Нотно-клавишное представление высоты звука безусловно оказывается на более высоком уровне, чем аппаратно-физическое. Вместе с тем, оно остается принципиально ориентированным на аппаратно-физическую работу со звуком.
   Нота-ступень принципиально отрывается от аппаратно-физического уровня, благодаря двум существенным признакам в ее музыккально-теоретическом определении. Согласно первому признаку, нота-ступень безразлична к конкретной октаве, то есть, ее перенос в различные октавы не меняет самой ноты-ступени. Согласно второму признаку, нота-ступень безразлична к абсолютной высоте звука, то есть, ее хроматическое альтерирование (повышение или понижение на пол-тона) не меняет самой ноты-ступени. С последним признаком как раз и связано несовпадение представления октав на нотно-клавишном и нотно-ступеневом уровнях.
   Таким образом, в хроматической системе число нот-клавиш совпадает с числом всех клавиш электронного музыкального инструмента и, как правило, не превышает 88, а число нот-ступеней оказывается равным всего лишь 12 и превышать эту цифру не может. Более того, нота-ступень может явиться элементом не только хроматической системы, но и системы диатонических семиcтупенных ладов, а так же других систем, в том числе и искусственных. При этом любая ладовая система может быть представлена на любой высоте, зависящей в конечном итоге, от местоположения ее первой ступени. С другой стороны, один и тот же звук в разных ладовых системах может иметь разное ступеневое значение.
   Нотно-ступеневый уровень высотной организации слишком сложен для того, чтобы исчерпать его обсуждение в рамках одной статьи. Поэтому целесообразно ограничиться сказанным и подчеркнуть то обстоятельство, что без выхода на этот уровень программирования нельзя обучить компьютер различению энгармонически равных звуков. В мировой практике создания музыкального программного обеспечения известен опыт весьма успешного обучения компьютера энгармонизму. Имеется ввиду программа "Энгармоническая машина", созданная группой московских программистов под руководством А.И.Степанова и непосредственном участии автора этих строк.
   Совместная работа программистов-профессионалов с профессиональными теоретиками музыки привела к оригинальным идеям в самой технологии программирования. Суть этих идей может быть раскрыта в процессе демонстрации программы "Энгармоническая машина". С другой стороны, участие профессиональных теоретиков музыки в программировании позволяет им развивать теорию музыки под новым углом зрения.
   Для примера можно вернуться к упоминавшейся выше возможности хроматической альтерации ступени. Альтерационный хроматизм традиционно определяется как повышение или понижение ступени на пол тона, выставлением соответствующих знаков альтерации - диезов, бемолей, дубль-диезов, дубль-бемолей и бекаров. С программистских позиций подобное определение представляется недостаточно ясным и, как будет показано далее, весьма упрощенным. Рассмотрение альтерационного хроматизма в соответствии с программистским подходом требует четкого различения, во-первых, объектов над которыми производятся операции, в нашем случае это ступени, во-вторых, самих операций, в нашем случае это операция повышения и операция понижения ступени на пол тона, в-третьих, информационных знаков, в нашем случае это диез, бемоль, дубль-диез, дубль-бемоль и бекар.
   Информационные знаки и собственно операции над объектами в традиционной теории хроматической альтерации практически совпадают. Из-за этого теряется глубокий смысл разделения знаков альтерации на ключевые и случайные, то есть, выставляемые внутри тактов непосредственно перед нотами. Здесь важно подчеркнуть, что информацию о применении к ступеням операций повышения и понижения несут только случайные знаки. Ключевые знаки не связаны с операциями над ступенями. Любопытно, что одно из свойств ключевых знаков, отсутствующее у случайных, совпадает с существеннейшим признаком ступени. Как и ступень, ключевые знаки безразличны к конкретной октаве, то есть действуют во всех октавах.
   Таким образом оказывается, что один и тот же знак альтерации может нести разную информацию в зависимости от того является он ключевым или случайным. Более того, однозначную информацию о применении к ступеням операций повышения или понижения несут только два знака из пяти. Это, соответственно, дубль-диез и дубль-бемоль. Кстати они не бывают ключевыми. При ключе не бывает еще и бекар, также связанный с операциями над ступенями. Однако этот знак неоднозначен, потому что может нести информацию и о повышении, и о понижении ступени на пол тона. Если при ключе выставлены диезы, то бекар свидетельствует о понижении ступени, если же ключевыми знаками являются бемоли, тогда бекар свидетельствует о повышении ступени. Оставшиеся два знака, - диез и бемоль, - могут быть как ключевыми, так и случайными и поэтому их неоднозначность возрастает. Если эти знаки ключевые, то они не связаны с операциями над ступенями. Если случайные, то каждый из них может нести информацию как о повышении, так и о понижении ступени. К примеру, диез после дубль-диеза свидетельствует о понижении на пол тона, а бемоль после дубль-бемоля о повышении.
   Подобной логике информационных знаков или знаков альтерации программисты могут обучить компьютер, оставив его пользователю лишь выбор применения к ступени одной из двух операций - ее повышения или понижения на пол тепа. При этом операцию повышения можно закрепить за плюсом, а понижения за минусом, хотя это и не принципиально. Главное, чтобы компьютер при этом самостоятельно и корректно выставлял необходимые знаки альтерации.
   В предложенном выше материале автор этих строк стремился поставить проблему и обсудить только один важнейший и первичный элемент музыки в качестве объекта программирования, а именно, высоту звука. Она была представлена на трех уровнях - аппаратно-физическом, нотно-клавишном и нотно-ступеневом, которые далеко не исчерпывают проблемы. Предлагается уровень взаимодействия высот, другие элементы к примеру, длительность и взаимодействие длительностей и т.д. Ведь компьютерные системы только тогда смогут обслуживать традиционную музыкально-академическую сферу, когда в них введут теорию музыки как минимум в том объеме, без которого немыслима подготовка музыканта-профессионала.

top of document