Компьютерная музыка — это применение компьютерных технологий при написании музыки , которое помогает композиторам-человекам создавать новую музыку или позволяет компьютерам самостоятельно создавать музыку, например, с помощью программ алгоритмической композиции . Он включает в себя теорию и применение новых и существующих технологий компьютерного программного обеспечения и основных аспектов музыки, таких как синтез звука , цифровая обработка сигналов , звуковой дизайн , звуковая диффузия, акустика , электротехника и психоакустика . [1] Сфера компьютерной музыки уходит корнями в истоки электронной музыки , а также к первым экспериментам и инновациям с электронными инструментами на рубеже 20-го века. [2]
Большая часть работ по компьютерной музыке опирается на взаимосвязь между музыкой и математикой , связь, которая была отмечена с тех пор, как древние греки описали « гармонию сфер ».
Музыкальные мелодии были впервые сгенерированы компьютером, первоначально названным CSIR Mark 1 (позже переименованным в CSIRAC ) в Австралии в 1950 году. В газетах Америки и Англии (раньше и недавно) появились сообщения о том, что компьютеры, возможно, воспроизводили музыку раньше, но тщательные исследования опровергли эту информацию. эти истории, поскольку нет никаких доказательств, подтверждающих газетные сообщения (некоторые из которых были спекулятивными). Исследования показали, что люди размышляли о том, что компьютеры воспроизводят музыку, возможно, потому, что компьютеры издают шум, [3] но нет никаких доказательств того, что они это делали. [4] [5]
Первым в мире компьютером, воспроизводящим музыку, был CSIR Mark 1 (позже названный CSIRAC), который был спроектирован и построен Тревором Пирси и Мастоном Бирдом в конце 1940-х годов. Математик Джефф Хилл запрограммировал CSIR Mark 1 для воспроизведения популярных музыкальных мелодий самого начала 1950-х годов. В 1950 году CSIR Mark 1 использовался для воспроизведения музыки, что стало первым известным использованием для этой цели цифрового компьютера. Музыка никогда не записывалась, но была точно реконструирована. [6] [7] В 1951 году он публично разыграл « Марш полковника Богги » [8] , от которого существует только реконструкция. 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 компьютерной музыкальной практикой.
Первой музыкой, которая была исполнена в Англии, было исполнение британского национального гимна , которое было запрограммировано Кристофером Стрейчи на Ferranti Mark 1 в конце 1951 года. Позже в том же году короткие отрывки из трех пьес были записаны там внешним вещательным подразделением BBC. : Государственный гимн, « Баа, Баа, паршивая овца » и « В настроении »; это признано самой ранней записью компьютера для воспроизведения музыки, поскольку музыка CSIRAC никогда не записывалась. Эту запись можно послушать на сайте Манчестерского университета. [9] Исследователи из Кентерберийского университета в Крайстчерче удалили и восстановили эту запись в 2016 году, и результаты можно услышать на SoundCloud . [10] [11] [6]
Двумя дальнейшими важными событиями 1950-х годов стали истоки цифрового синтеза звука с помощью компьютера и программ алгоритмической композиции, выходящих за рамки механического воспроизведения. Среди других пионеров, музыкальные химики Лехарен Хиллер и Леонард Айзексон работали над серией экспериментов по алгоритмической композиции с 1956 по 1959 год, которые проявились в премьере 1957 года « Иллиак-сюиты» для струнного квартета. [12] Макс Мэтьюз из Bell Laboratories разработал влиятельную программу MUSIC I и ее потомков, продолжая популяризировать компьютерную музыку через статью 1963 года в журнале Science . [13] Первым профессиональным композитором, работавшим с цифровым синтезом, был Джеймс Тенни , который создал серию синтезированных в цифровом виде и/или алгоритмически составленных пьес в Bell Labs с использованием системы Мэтьюза MUSIC III, начиная с Analog #1 (Noise Study) (1961 ). ). [14] [15] После того, как Тенни покинул Bell Labs в 1964 году, его заменил композитор Жан-Клод Риссе , который проводил исследования по синтезу инструментальных тембров и написал Computer Suite из Little Boy (1968).
Ранние компьютерные музыкальные программы обычно не работали в режиме реального времени , хотя первые эксперименты на CSIRAC и Ferranti Mark 1 действительно работали в реальном времени . С конца 1950-х годов, когда программирование становилось все более сложным, программы могли работать часами или днями на компьютерах стоимостью в несколько миллионов долларов, чтобы создать несколько минут музыки. [16] [17] Одним из способов обойти это было использование «гибридной системы» цифрового управления аналоговым синтезатором , и ранними примерами этого были система GROOVE Макса Мэтьюса (1969), а также MUSYS Питера Зиновьева (1969).
До сих пор частичное использование использовалось для музыкальных исследований сущности и формы звука (убедительными примерами являются исследования Хиллера и Исааксона в Урбане, штат Иллинойс, США; Янниса Ксенакиса в Париже и Пьетро Гросси во Флоренции, Италия). [18]
В мае 1967 года первые эксперименты по компьютерной музыке в Италии были проведены студией S 2F M во Флоренции [19] в сотрудничестве с General Electric Information Systems Italy. [20] Olivetti-General Electric GE 115 ( Olivetti SpA ) используется Гросси в качестве исполнителя : для этих экспериментов были подготовлены три программы. Программы были написаны Ферруччо Зулианом [21] и использованы Пьетро Гросси для исполнения произведений Баха, Паганини и Веберна, а также для изучения новых звуковых структур. [22]
Работа Джона Чоунинга над FM-синтезом с 1960-х по 1970-е годы позволила сделать гораздо более эффективный цифровой синтез, [23] что в конечном итоге привело к разработке доступного цифрового синтезатора Yamaha DX7 на основе FM-синтеза , выпущенного в 1983 году. [24]
Интересные звуки должны обладать плавностью и изменчивостью, позволяющими им оставаться свежими для слуха. В компьютерной музыке этот тонкий ингредиент требует больших вычислительных затрат, как с точки зрения количества элементов, требующих детализации в партитуре, так и с точки зрения объема интерпретационной работы, которую инструменты должны выполнить, чтобы реализовать эту деталь в звуке. [25]
В Японии эксперименты с компьютерной музыкой начались в 1962 году, когда профессор Университета Кейо Сэкине и инженер Toshiba Хаяси экспериментировали с компьютером TOSBAC [jp] . В результате появилась пьеса под названием TOSBAC Suite , созданная под влиянием Illiac Suite . Более поздние японские компьютерные музыкальные композиции включают произведение Кендзиро Эдзаки, представленное на выставке Osaka Expo '70 , и «Panoramic Sonore» (1974) музыкального критика Акимичи Такэда. Эзаки также опубликовал статью под названием «Современная музыка и компьютеры» в 1970 году. С тех пор японские исследования компьютерной музыки в основном проводились в коммерческих целях в популярной музыке , хотя некоторые из наиболее серьезных японских музыкантов использовали большие компьютерные системы, такие как Фэрлайт в 1970-е годы. [26]
В конце 1970-х годов эти системы стали коммерциализироваться, в частности, благодаря таким системам, как Roland MC-8 Microcomposer , где микропроцессорная система управляет аналоговым синтезатором , выпущенным в 1978 году. [26] В дополнение к Yamaha DX7, появление недорогих цифровых чипы и микрокомпьютеры открыли путь к созданию компьютерной музыки в реальном времени. [24] В 1980-х годах японские персональные компьютеры, такие как NEC PC-88 , были оснащены звуковыми чипами FM-синтеза и имели языки аудиопрограммирования , такие как Music Macro Language (MML) и MIDI- интерфейсы, которые чаще всего использовались для создания видеоигр. музыка или чиптюны . [26] К началу 1990-х годов производительность компьютеров на базе микропроцессоров достигла такой точки, что стало возможным создание компьютерной музыки в реальном времени с использованием более общих программ и алгоритмов. [27]
Достижения в области вычислительной мощности и программного обеспечения для управления цифровыми медиа существенно повлияли на способы создания и исполнения компьютерной музыки. Микрокомпьютеры нынешнего поколения достаточно мощны, чтобы выполнять очень сложный синтез звука с использованием широкого спектра алгоритмов и подходов. Компьютерные музыкальные системы и подходы сейчас повсеместно распространены и настолько прочно внедрены в процесс создания музыки, что мы почти не задумываемся о них: компьютерные синтезаторы, цифровые микшеры и блоки эффектов стали настолько обычным явлением, что использование цифровых, а не аналоговых технологии создания и записи музыки — это скорее норма, чем исключение. [28]
В области компьютерной музыки наблюдается значительная активность, поскольку исследователи продолжают разрабатывать новые и интересные компьютерные подходы к синтезу, композиции и исполнению. Во всем мире существует множество организаций и учреждений, занимающихся изучением и исследованием компьютерной и электронной музыки , в том числе CCRMA (Центр компьютерных исследований в области музыки и акустики, Стэнфорд, США), ICMA (Международная ассоциация компьютерной музыки), C4DM ( Центр цифровой музыки), IRCAM , GRAME, SEAMUS (Общество электроакустической музыки в США), CEC (Канадское электроакустическое сообщество) и множество высших учебных заведений по всему миру.
Позже такие композиторы, как Готфрид Михаэль Кениг и Яннис Ксенакис, попросили компьютеры генерировать звуки композиции, а также партитуру. Кениг создал программы алгоритмической композиции , которые были обобщением его собственной практики серийной композиции . Это не совсем похоже на работу Ксенакиса, поскольку он использовал математические абстракции и исследовал, насколько далеко он может исследовать их в музыкальном плане. Программное обеспечение Кенига преобразовало вычисления математических уравнений в коды, которые представляли собой нотную запись. Это можно было преобразовать в нотную запись вручную, а затем исполнить людьми. Его программы «Проект 1» и «Проект 2» являются примерами такого рода программного обеспечения. Позже он распространил те же принципы на область синтеза, позволив компьютеру напрямую воспроизводить звук. SSP является примером программы, выполняющей такого рода функции. Все эти программы были созданы Кенигом в Институте сонологии в Утрехте в 1970-х годах. [29] В 2000-х годах Андраник Тангян разработал компьютерный алгоритм для определения временных событийных структур для ритмических канонов и ритмических фуг, которые затем «вручную» превращались в гармонические композиции Eine kleine Mathmusik I и Eine kleine Mathmusik II, исполняемые на компьютере; [30] [31] партитуры и записи см. [32]
Компьютеры также использовались в попытке имитировать музыку великих композиторов прошлого, таких как Моцарт . Нынешним представителем этой техники является Дэвид Коуп , чьи компьютерные программы анализируют произведения других композиторов, чтобы создать новые произведения в аналогичном стиле. Самая известная программа Коупа — «Эмили Хауэлл» . [33] [34] [35]
Melomics , исследовательский проект Университета Малаги (Испания), разработал компьютерный композиционный кластер под названием Iamus , который сочиняет сложные многоинструментальные пьесы для редактирования и исполнения. С момента своего создания в 2012 году Iamus написал полноценный альбом, также названный Iamus , который New Scientist охарактеризовал как «первое крупное произведение, написанное на компьютере и исполненное полным оркестром». [36] Группа также разработала API для разработчиков, позволяющих использовать эту технологию, и размещает свою музыку на своем веб-сайте.
Компьютерная алгоритмическая композиция (CAAC, произносится как «морской акк») — это реализация и использование методов алгоритмической композиции в программном обеспечении. Этот ярлык представляет собой комбинацию двух ярлыков, каждый из которых слишком расплывчат для дальнейшего использования. Компьютерному составлению этикетки не хватает специфики использования генеративных алгоритмов. Музыку, созданную с помощью программного обеспечения для нотной записи или секвенирования, можно легко считать компьютерной композицией. Алгоритмический состав ярлыка также слишком широк, особенно в том смысле, что он не определяет использование компьютера. Термин «компьютерный» , а не «компьютерный», используется так же, как и «компьютерное проектирование» . [37]
Машинная импровизация использует компьютерные алгоритмы для создания импровизации на существующих музыкальных материалах. Обычно это делается путем сложной рекомбинации музыкальных фраз, извлеченных из существующей музыки, живой или предварительно записанной. Чтобы добиться достоверной импровизации в определенном стиле, машинная импровизация использует алгоритмы машинного обучения и сопоставления шаблонов для анализа существующих музыкальных примеров. Полученные образцы затем используются для создания новых вариаций «в стиле» оригинальной музыки, развивая идею стилистического переосмысления. Это отличается от других методов импровизации с компьютерами, которые используют алгоритмическую композицию для создания новой музыки без анализа существующих музыкальных примеров. [38]
Моделирование стиля подразумевает построение компьютерного представления музыкальной поверхности, которое улавливает важные стилистические особенности из данных. Статистические подходы используются для выявления избыточности с точки зрения словарей или повторений шаблонов, которые позже рекомбинируются для создания новых музыкальных данных. Смешение стилей можно реализовать путем анализа базы данных, содержащей множество музыкальных примеров в разных стилях. Машинная импровизация основывается на давней музыкальной традиции статистического моделирования, которая началась с «Иллиака-сюиты» Хиллера и Айзексона для струнного квартета (1957) и использования Ксенакисом цепей Маркова и случайных процессов . Современные методы включают использование сжатия данных без потерь для инкрементального анализа, суффиксного дерева прогнозирования , поиска строк и т. д. [39] Смешение стилей возможно путем смешивания моделей, полученных из нескольких музыкальных источников, причем первое смешение стилей было выполнено С. Дубновым в пьесе NTrope Suite с использованием модели совместного источника Дженсена-Шеннона. [40] Позднее использование алгоритма факторного оракула (по сути, факторный оракул представляет собой конечный автомат, построенный в линейном времени и пространстве инкрементальным способом) [41] было адаптировано для музыки Ассаягом и Дубновым [42] и стало основой для несколько систем, использующих стилистическую реинъекцию. [43]
Первой реализацией статистического моделирования стиля был метод LZify в Open Music [44] , за которым последовала система Continuator, реализовавшая интерактивную машинную импровизацию, которая интерпретировала инкрементальный анализ LZ с точки зрения моделей Маркова и использовала его для моделирования стиля в реальном времени [45]. разработан Франсуа Паше в Sony CSL Paris в 2002 году. [46] [47] Реализацию машинной импровизации Factor Oracle в Matlab можно найти как часть набора инструментов Computer Audition . Существует также реализация NTCC машинной импровизации Factor Oracle. [48]
OMax — это программная среда, разработанная в IRCAM. OMax использует OpenMusic и Max. Он основан на исследованиях стилистического моделирования, проведенных Жераром Ассаягом и Шломо Дубновым, и на исследованиях по импровизации с компьютером Г. Ассайага, М. Шемилье и Г. Блоха (также известных как братья OMax ) в группе Ircam Music Representations. [49] Одной из проблем моделирования аудиосигналов с помощью факторного оракула является символизация признаков из непрерывных значений в дискретный алфавит. Эта проблема была решена в Variable Markov Oracle (VMO), доступном в виде реализации Python, [50] с использованием критериев скорости передачи данных для поиска оптимального или наиболее информативного представления. [51]
Использование искусственного интеллекта для создания новых мелодий [52] и каверов на уже существующую музыку [53] — это недавнее явление, которое, как сообщается, разрушило музыкальную индустрию . [54]
Живое кодирование [55] (иногда известное как «интерактивное программирование», «программирование на лету», [56] «программирование точно в срок») — это название, данное процессу написания программного обеспечения в реальном времени как часть производительность. В последнее время его стали рассматривать как более строгую альтернативу музыкантам, играющим на ноутбуках, которым, как часто считают живые программисты, не хватает харизмы и изящества музыкантов, выступающих вживую. [57]
В 1957 году программа MUSIC позволила мэйнфрейму IBM 704 воспроизвести 17-секундную композицию Мэтьюза. В то время компьютеры были громоздкими, поэтому синтез занимал час.
Генерация звуковых сигналов требует очень высоких частот дискретизации... Высокоскоростная машина, такая как IBM 7090... может вычислять только около 5000 чисел в секунду... при генерации достаточно сложного звука.
Конспекты лекций по информатике 1725 г.