Гранулярный синтез 1.1 (история - корпускулярная теория звука)

Наконец-то свершилось! С сегодняшнего дня я потихоньку начну выкладывать свои материалы по гранулярному синтезу. Первая глава, которую я тоже разобью на несколько частей (впрочем как и остальные главы) будет посвящена истории гранулярного синтеза. Во второй я выложу небольшое описание программы MAX/MSP в которой создавался мой гранулятор для дипломного проекта. Ну а в третьей, будет последовательно расписан процесс создания гранулятора в среде MAX/MSP.

Собственно, если интересно читаем далее...


1 ИСТОРИЯ И ТЕОРИЯ ГРАНУЛЯРНОГО СИНТЕЗА

Гранулярный синтез является одной из самых молодых разработок в сфере синтеза звука, но, несмотря на это, у его истоков лежит огромная история природы звука, природы которую вполне возможно воссоздать с помощью методик гранулярного синтеза. Данные методики смогли получить должное развитие лишь с началом использования компьютеров в современной звукозаписи, а в результате их применения появилась возможность использования методик гранулярного синтеза и в музыкальном контексте.

Сам гранулярный синтез основан на определенном понимании того, каков звук сам по себе, в человеческом восприятии. Анализ аудио сигналов являлся основой многих исследований в течение многих столетий и при должном понимании методики гранулярного синтеза вполне возможно понять основы данных исследований.

1.1 Корпускулярная теория звука

Музыкальные исследования и исследования физических и математических свойств звука уходят корнями глубоко в прошлое, а точнее в Древнюю Грецию 600-х годов до нашей эры, где родились понятия, которые сегодня кажутся сами собой разумеющимися. Например, всем известно, как длина струны или трубы связана со спектром передаваемых ими частот. Некоторые другие ранние понятия, возможно, являются не такой общепринятой истиной, например Musica Speculativa (математические связи между музыкальными интервалами), но их использование является настолько распространенным во всем музыкальном мире, что просто невозможно заниматься музыкой, не имея хотя бы представления об этих интервалах.

Общие музыкальные инструменты, например, такие как разрешение через тритон и квинту до тоники, были внедрены в музыкальную культуру западного общества пионерами классической музыки до такой степени, что музыкальное произведение не считалось законченным до тех пор пока не достигалась тоника.

С помощью математики и физики были изучены и объяснены научные принципы, являющиеся составной частью звука, такие как эхо и акустика. Обычному человеку необязательно знать научную трактовку этих концепций, он их применяет интуитивно в повседневной жизни. Эхо и акустика активно помогают людям для сохранения равновесия и бинаурального восприятия окружающего мира.

Множество и других открытий было сделано в тот ранний период. Пожалуй, самым существенным из них являлась атомная теория звука. Некоторые греческие философы полагали, что любой предмет на Земле можно представить в виде группы атомов. Они рассматривали атомы как строительные блоки вселенной, из которых строилось не только все сущее, но и энергия, включая звук. Такое видение атомов существенно отличалось от нашего сегодняшнего понимания, но древние ученые были на правильном пути. Вся фундаментальная наука сегодня основана на этой философии, к которой позже добавилось доказательство атомного строения вселенной.

К сожалению, после Римского вторжения в Грецию и последующего краха Римской империи, большинство греческих наук были на время забыты, а научные работы спрятаны ради сохранности и защиты. Только с наступлением Ренессанса, спустя тысячелетие, эти тайны снова смогли увидеть свет, хоть и под надзором Римско-католической церкви.

Леонардо Да Винчи был исключительным мыслителем раннего Ренессанса. Он взялся за изучение греческих наук и математики, чтобы использовать их в качестве прочной основы для своих множественных открытий. Помимо того, что Да Винчи был математиком, ученым, и очень известным художником, он также был музыкантом и испытывал большую любовь к музыке. К сожалению, музыкальная страница его жизни не очень известна, но его современники, такие как Лука Пакьоли, Паоло Джовио, Бенвенуто Челлини, и другие, расхваливали его как прекрасного музыканта. За всю свою жизнь он не создал ни одного своего музыкального произведения. Причина крылась в том, что по своей сути Леонардо был импровизатором, и поэтому никогда, фактически, не записывал свои работы. Так же известно, что помимо исполнения, он преподавал музыку. Плюс ко всему он изучал акустику, создал и улучшил множество музыкальных инструментов, а также записал много оригинальных мыслей по данной теме. В своих акустических исследованиях он провел множество экспериментов. Некоторые из них, прежде всего, были нацелены на изучение распространения звука, и его восприятия человеческим ухом. Самый известный из его экспериментов в этой области доказал, что звук фактически состоит из волн, а не частиц. Для доказательства данной теории, он бросил два камня в пруд. Оба камня произвели круговые волны, которые распространялись равномерно вокруг камня и продолжали распространяться, постепенно ослабевая до тех пор, пока совсем не рассеивались. После проведенного опыта Леонардо заявил, что действие камней в воде подобно действию звука в воздухе. Одно очень важное примечание, которое он сделал об этом эксперименте, заключалось в том, что когда пути следования волн от противостоящих камней пересекали друг друга, волны проходили сквозь друг друга без остановок. Он сравнил данный процесс с одним из звуковых явлений, когда слушатель слышит звук из двух источников одновременно без искажений. Данные волновые свойства были приписаны звуку еще и в связи с тем, что если бы звук являлся потоком частиц, то при встрече двух потоков данные частицы просто бы сталкивались и потоки гасили бы друг друга. Эти результаты убедили Леонардо, и впоследствии множество других ученых согласились с тем, что звук по своей сути является волной.

Известный ученый и астроном Галилео Галлилей продолжил звуковые исследования Да Винчи в начале XVII века. В 1638 году Галилео провел опыт. Он взял стакан воды и провел пальцем вдоль его края для того, чтобы произвести звук, и обнаружил в воде легкое дрожание. Тем самым Галилео подтвердил теорию Леонардо Да Винчи, пояснив эффект, достигнутый в результате эксперимента тем, что звук перешел в волну. Открытие волновой теории звука оказало существенное влияние на дальнейшее его изучение, и открыло дорогу новым открытиям в сфере исследования звука. Мерсенн, Бойль, Ньютон и многие другие вслед за Галилео подробно изучали данную теорию в течение XVII столетия. Результаты их исследований дошли до наших дней в виде теории волны. Подтверждение данной теории вполне возможно пронаблюдать и самостоятельно, поместив камертон в воду и анализируя образующиеся волны. В воздухе волны будут распространяться аналогично.

Современником Галилео являлся голландский ученый по имени Айзек Бикмен (1588 – 1637). В течение 30 лет он вел журнал всех своих научных экспериментов, малую часть которых издал после смерти Бикмена его брат. И лишь в 1905 году, архивариус Де Вард обнаружил и издал весь его журнал в четырех томах. Бикмен был самоучкой как в науке, так и в медицине, поэтому многие вещи он открывал заново, проводя собственные эксперименты. Такой способ, возможно, был более трудоемким, но при этом у него возникал совершенно новый взгляд на эти открытия. Например, Бикмен ничего не знал об исследованиях в области звука Да Винчи и Галилео. Даже письма греческих философов, таких как Аристотель, не были ему известны. Бикмен во многом походил на Леонардо Да Винчи. Ему также нравилась работа в различных сферах: науке, медицине, музыке, механике, логике и т.д., но самое главное, он любил экспериментировать.

Некоторые из результатов исследований Бикмена представляют собой обычные явления, воспринимаемые всеми как данность. Например, проведя множество опытов, Бикмен пришел к выводу, что звук создается за счет вибрации различных объектов. Развивая данную теорию, он начал исследовать, каким образом звук фактически распространяется в воздухе. В своем журнале он отметил, что вибрация вызывает образование мельчайших частиц в воздухе, что впоследствии дает возможность звуку рассеяться и распространиться. Интересно, что Бикман провел эксперимент идентичный выполненному Галилео. Он отметил, что скольжение пальцем по грани стакана полного воды способствует образованию звуковых «глобул», в воде и воздухе за счет вибрации скользящего по грани стакана пальца. В отличие от Галилео у него было совершенно иное объяснение этого явления. Бикмен заметил, что скольжение пальца по грани стакана сформировало звуковые частицы, и, используя воду в качестве среды, он смог увидеть, что частицы формируются в воде. Бикмен полностью опроверг теорию волны. Отвергая данную теорию, Бикмен действительно верил в то, что звук распространяется посредством процесса расширения и взаимодействия потока частиц в воздухе. Бикмен являлся хорошим другом Рене Декарта, который в свою очередь был ярым сторонником атомной теории описанной греками, и это было одним из главных стимулов в его исследовании природы звуковых частиц.

Бикмен твердо верил, что корпускулы (Бикмен полагал, что при извлечении ноты, звук будет представлять собой группу корпускул. Например, если он извлекал ноту на арфе, он мог видеть вибрацию струны. Каждая вибрация врезалась бы в воздух, в виде частиц содержащих звук и способных распространять его во всех направлениях) звука были чистыми звуковыми частицами, которые группировались в глобулы (Этот термин относится к группе частиц. Интенсивность звука могла быть определена тем, сколько частиц содержалось в одной глобуле, так же тон определялся длиной каждой глобулы, так как Бикмен знал о том, что более длинные струны создают более низкие звуки, таким образом, более длинная корпускула имела бы более низкий тон), для содействия дисперсии. Другое важное наблюдение, сделанное Бикменом, заключалось в том, что глобулы не обязательно должны быть непрерывными. Во время определенных фаз изменялась бы их плотность, и некоторые глобулы просто рассеивались бы. Бикмен также пришел к выводу, что размер глобулы определяет тон. Чем больше глобула, тем ниже тон. Вы можете это заметить, ущипнув нижнюю струну виолончели, струна будет совершать большие движения, означающие что корпускулы, содержащиеся в воздухе (следовательно, и глобулы), будут больше. Он также расширил свою теорию, добавив к струнным инструментам духовые, объясняя это тем, что для большей трубы требуется сообщить большее давление при звукоизвлечении, и, следовательно, глобулы покидающие трубу будут больше. Пояснение различного размера глобул изначально не объясняло никакой взаимосвязи между размером корпускул и глобул, скорее это объяснение Бикмена касалось того, почему высокие тоны звучали настолько ужасно. В журнале Бикмена присутствовало множество и других предположений о теории звуковых глобул, но основные акценты относительно гранулярного синтеза уже были сделаны, прежде всего понятие того, что звук состоит из частиц, которые в свою очередь могут образовывать глобулы.

К сожалению, из-за отстраненности Бикмена и противоречащим исследованиям Галилео, Да Винчи и многих других, идеи Бикмена так и не получили дальнейшего развития. Даже несмотря на то, что Бикмен не привел никаких опровержений волновой теории в пользу своей теории частиц, он, действительно, сделал некоторые очень интересные наблюдения, которые дают нам четкое представление о природе звука, и о том, каким образом все это можно отнести к гранулярному синтезу. Самым главным его наблюдением является то, каким образом составлены глобулы и каким образом они функционируют.

По сути глобулы можно представить в виде гранулы звуковых данных, состоящей из частиц находящиеся в рамках глобулы. Глобулы непосредственно могут быть произведены непрерывным или прерывистым способом в зависимости от структуры, которую мы хотим получить.