Компьютерная музыка — это применение вычислительной техники в музыкальном сочинении , чтобы помочь композиторам-людям создавать новую музыку или чтобы компьютеры создавали музыку независимо, например, с помощью алгоритмических программ сочинения . Она 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] Область компьютерной музыки может проследить свои корни до истоков электронной музыки и первых экспериментов и инноваций с электронными инструментами на рубеже 20-го века. [2]
Большая часть работы над компьютерной музыкой основывалась на взаимосвязи между музыкой и математикой , взаимосвязи, которая была отмечена еще древними греками, описывавшими « гармонию сфер ».
Музыкальные мелодии были впервые сгенерированы компьютером, первоначально названным CSIR Mark 1 (позже переименованным в CSIRAC ) в Австралии в 1950 году. Были газетные сообщения из Америки и Англии (ранние и недавние) о том, что компьютеры могли играть музыку раньше, но тщательное исследование развенчало эти истории, поскольку нет никаких доказательств, подтверждающих газетные сообщения (некоторые из которых были спекулятивными). Исследования показали, что люди рассуждали о компьютерах, играющих музыку, возможно, потому, что компьютеры издавали шумы, [3] но нет никаких доказательств того, что они это делали. [4] [5]
Первым в мире компьютером для воспроизведения музыки был CSIR Mark 1 (позже названный CSIRAC), который был разработан и построен Тревором Пирси и Мастоном Бирдом 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 использовался для воспроизведения музыки, что стало первым известным применением цифрового компьютера для этой цели. Музыка никогда не была записана, но была точно реконструирована. [6] [7] В 1951 году он публично исполнил « Марш полковника Боги » [8] , от которого существует только реконструкция. Однако CSIR Mark 1 исполнял стандартный репертуар и не использовался для расширения музыкального мышления или практики сочинения, как это делал Макс Мэтьюз , что является современной практикой компьютерной музыки.
Первой музыкой, исполненной 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 произведений были записаны там внешним вещательным подразделением BBC : национальный гимн, « Baa, Baa, Black Sheep » и « In the Mood »; это признано самой ранней записью компьютера для воспроизведения музыки, поскольку музыка CSIRAC никогда не была записана. Эту запись можно послушать на сайте Манчестерского университета. [9] Исследователи из Кентерберийского университета в Крайстчерче удалили щелчки и восстановили эту запись в 2016 году, и результаты можно услышать на SoundCloud . [10] [11] [6]
Два других крупных события 1950-х годов были истоками цифрового синтеза звука с помощью компьютера и алгоритмических программ композиции за пределами механического воспроизведения. Среди других пионеров, музыкальные химики Лежарен Хиллер и Леонард Айзексон работали над серией экспериментов по алгоритмической композиции с 1956 по 1959 год, что проявилось в премьере Illiac Suite для струнного квартета в 1957 году. [12] Макс Мэтьюз в Bell Laboratories разработал влиятельную программу MUSIC I и ее потомков, еще больше популяризировав компьютерную музыку через статью 1963 года в Science . [13] Первым профессиональным композитором, работавшим с цифровым синтезом, был Джеймс Тенни , который создал серию цифрово синтезированных и/или алгоритмически составленных произведений 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 from Little Boy (1968).
Ранние компьютерные музыкальные программы обычно не работали в реальном времени , хотя первые эксперименты на CSIRAC и Ferranti Mark 1 работали в реальном времени . С конца 1950-х годов, с более сложным программированием, программы работали часами или днями на компьютерах стоимостью в несколько миллионов долларов, чтобы сгенерировать 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 Мэтьюза (1969), а также MUSYS Питера Зиновьева (1969).
До сих пор частичное использование использовалось для музыкальных исследований сущности и формы звука (убедительными примерами являются Хиллер и Айзексон в Урбане, Иллинойс, США; Яннис Ксенакис в Париже и Пьетро Гросси во Флоренции, Италия). [18]
В мае 1967 года первые эксперименты в области компьютерной музыки 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 использовались 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 создать гораздо более эффективный цифровой синтез, [23] в конечном итоге приведший к разработке доступного цифрового синтезатора Yamaha DX7 на основе FM-синтеза , выпущенного в 1983 году . [24]
Интересные звуки должны обладать текучестью и изменчивостью, что позволяет им оставаться свежими для слуха. В компьютерной музыке этот тонкий ингредиент покупается за высокую вычислительную стоимость, как с точки зрения количества элементов, требующих детализации в партитуре, так и с точки зрения объема интерпретационной работы, которую должны выполнять инструменты, чтобы реализовать эту деталь в звуке. [25]
В Японии эксперименты в области компьютерной музыки датируются 1962 годом, когда профессор университета Кейо Сэкинэ и инженер Toshiba Хаяси экспериментировали с компьютером TOSBAC [яп.] . Результатом этого стала пьеса под названием TOSBAC Suite , навеянная Illiac Suite . Более поздние японские композиции компьютерной музыки включают пьесу Кэндзиро Эзаки, представленную во время Osaka Expo '70 , и "Panoramic Sonore" (1974) музыкального критика Акимичи Такеды. Эзаки также опубликовал статью под названием "Contemporary Music and Computers" в 1970 году. С тех пор японские исследования в области компьютерной музыки в основном проводились в коммерческих целях в популярной музыке , хотя некоторые из более серьезных японских музыкантов использовали большие компьютерные системы, такие как Fairlight в 1970-х годах. [26]
В конце 1970-х годов эти системы стали коммерциализированными, включая такие системы, как Roland MC-8 Microcomposer , где система на основе микропроцессора управляет аналоговым синтезатором , выпущенный в 1978 году. [26] В дополнение к Yamaha DX7, появление недорогих цифровых чипов и микрокомпьютеров открыло дверь для генерации 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 программирования аудио, такие как Music Macro Language (MML) и интерфейсы MIDI , которые чаще всего использовались для создания музыки для видеоигр , или чиптюнов . [26] К началу 1990-х годов производительность компьютеров на основе микропроцессоров достигла точки, когда стала возможной генерация компьютерной музыки в реальном времени с использованием более общих программ и алгоритмов. [27]
Достижения в области вычислительной мощности и программного обеспечения для обработки цифровых носителей существенно повлияли на способ создания и исполнения компьютерной музыки. Микрокомпьютеры текущего поколения достаточно мощны, чтобы выполнять очень сложный аудиосинтез с использованием широкого спектра алгоритмов и подходов. Компьютерные музыкальные системы и подходы теперь повсеместны и настолько прочно встроены в процесс создания музыки, что мы едва ли задумываемся о них: компьютерные синтезаторы, цифровые микшеры и блоки эффектов стали настолько обычным явлением, что использование цифровой, а не аналоговой технологии для создания и записи музыки стало нормой, а не исключением. [28]
В области компьютерной музыки наблюдается значительная активность, поскольку исследователи продолжают изучать новые и интересные подходы к компьютерному синтезу, композиции и исполнению. Во всем мире существует множество организаций и учреждений, занимающихся изучением и исследованием компьютерной и электронной музыки , включая 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 Соединенных Штатах), CEC (Канадское электроакустическое сообщество) и большое количество высших учебных заведений по всему миру.
Позже такие композиторы, как Готфрид Михаэль Кёниг и Яннис Ксенакис, заставляли компьютеры генерировать звуки композиции, а также партитуру. Кёниг создал алгоритмические программы 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 мог их исследовать в музыкальном плане. Программное обеспечение Кёнига переводило расчет математических уравнений в коды, которые представляли собой музыкальную нотацию. Это можно было преобразовать в музыкальную нотацию вручную, а затем исполнить людьми. Его программы Project 1 и Project 2 являются примерами такого рода программного обеспечения. Позже он распространил те же принципы на область синтеза, что позволило компьютеру напрямую воспроизводить звук. SSP является примером программы, которая выполняет такого рода функцию. Все эти программы были созданы Кёнигом в Институте сонологии в Утрехте в 1970-х годах. [29] В 2000-х годах Андраник Тангиан разработал компьютерный алгоритм для определения структур временных событий для ритмических канонов и ритмических фуг, которые затем были «вручную» преобразованы в гармонические композиции Eine kleine Mathmusik I и Eine kleine Mathmusik II , исполняемые на компьютере; [30] [31] для партитур и записей см. [32]
Компьютеры также использовались в попытке имитировать музыку великих композиторов прошлого, таких как Моцарт . Текущим представителем этой техники является Дэвид Коуп , чьи компьютерные программы анализируют произведения других композиторов, чтобы создавать новые произведения в похожем стиле. Самая известная программа Коупа — Эмили Хауэлл . [33] [34] [35]
Melomics , исследовательский проект из Университета Малаги (Испания), разработал кластер компьютерной композиции под названием Iamus , который сочиняет сложные многоинструментальные пьесы для редактирования и исполнения. С момента своего создания Iamus сочинил полноценный альбом в 2012 году, также названный Iamus , который New Scientist описал как «первую крупную работу, сочиненную компьютером и исполненную полным оркестром». [36] Группа также разработала API для разработчиков, чтобы использовать эту технологию, и сделала свою музыку доступной на своем веб-сайте.
Компьютерная алгоритмическая композиция (CAAC, произносится как «си-эк») — это реализация и использование методов алгоритмической композиции в программном обеспечении. Этот ярлык получен из комбинации двух ярлыков, каждый из которых слишком расплывчат для постоянного использования. Ярлык компьютерная композиция не имеет специфичности использования генеративных алгоритмов. Музыка, созданная с помощью программного обеспечения для нотации или секвенирования, может легко считаться компьютерной композицией. Ярлык алгоритмическая композиция также слишком широк, особенно в том, что он не определяет использование компьютера. Термин компьютерная , а не компьютерная помощь, используется таким же образом, как компьютерное проектирование . [37]
Машинная импровизация использует компьютерные алгоритмы для создания импровизации на основе существующих музыкальных материалов. Обычно это делается путем сложной рекомбинации музыкальных фраз, извлеченных из существующей музыки, как живой, так и предварительно записанной. Чтобы добиться достоверной импровизации в определенном стиле, машинная импровизация использует машинное обучение и алгоритмы сопоставления шаблонов для анализа существующих музыкальных примеров. Полученные шаблоны затем используются для создания новых вариаций «в стиле» оригинальной музыки, развивая понятие стилистической повторной инъекции. Это отличается от других методов импровизации с компьютерами, которые используют алгоритмическую композицию для создания новой музыки без выполнения анализа существующих музыкальных примеров. [38]
Моделирование стиля подразумевает построение вычислительного представления музыкальной поверхности, которая фиксирует важные стилистические особенности из данных. Статистические подходы используются для фиксации избыточности в терминах словарей шаблонов или повторений, которые позже рекомбинируются для генерации новых музыкальных данных. Смешивание стилей может быть реализовано путем анализа базы данных, содержащей несколько музыкальных примеров в разных стилях. Машинная импровизация основывается на давней музыкальной традиции статистического моделирования, которая началась с Illiac Suite для струнного квартета Хиллера и Айзексона (1957) и использования Ксенакисом цепей Маркова и стохастических процессов . Современные методы включают использование сжатия данных без потерь для инкрементального анализа, дерева суффиксов предсказания , поиска строк и многого другого. [39] Смешивание стилей возможно путем смешивания моделей, полученных из нескольких музыкальных источников, при этом первое смешивание стилей было сделано С. Дубновым в части NTrope Suite с использованием совместной исходной модели Дженсена-Шеннона. [40] Позднее использование алгоритма факторного оракула (по сути факторный оракул — это конечный автомат, построенный в линейном времени и пространстве в инкрементной манере) [41] было принято для музыки Ассаягом и Дубновым [42] и стало основой для нескольких систем, использующих стилистическую реинъекцию. [43]
Первой реализацией статистического моделирования стиля был метод LZify в Open Music, [44] за которым последовала система Continuator, которая реализовала интерактивную машинную импровизацию, которая интерпретировала инкрементальный анализ LZ в терминах марковских моделей и использовала его для моделирования стиля в реальном времени [45], разработанная Франсуа Паше в Sony CSL Paris в 2002 году. [46] [47] Реализация Matlab машинной импровизации Factor Oracle может быть найдена как часть инструментария 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 по стилистическому моделированию, проведенных Жераром Ассаягом и Шломо Дубновым , и на исследованиях по импровизации с компьютером, проведенных Г. Ассаягом, М. Шемилье и Г. Блохом (также известными 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 критерия скорости информации для поиска оптимального или наиболее информативного представления. [51]
Использование искусственного интеллекта для создания новых мелодий [52] , копирования уже существующей музыки [53] и клонирования голосов исполнителей — это недавнее явление, которое, как сообщается, нарушило работу музыкальной индустрии [54] .
Live coding [55] (иногда называемое «интерактивным программированием», «программированием на лету», [56] «программированием точно в срок») — это название, данное процессу написания программного обеспечения в реальном времени как части выступления. Недавно его стали изучать как более строгую альтернативу музыкантам, работающим на ноутбуках, которым, как часто чувствуют живые кодеры, не хватает харизмы и шика музыкантов, выступающих вживую. [57]
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.
Конспект лекций по информатике 1725