Гранулярный синтез 1.4 (история - кинематические конверторы частоты)

Очередная порция гранулярки. В этот раз речь пойдет о кинематических конверторах частоты.

1.4 Кинематические конверторы частоты

Габор решил проверить свои аналитические заключения. Он сделал это путем построения ряда машин, основная функция которых заключалась в изучении обработки данных и временной тональной коррекции. Он предложил два типа машин, одна из них имела полностью механическую конструкцию с движущимися частями, которую он назвал кинематическим преобразователем частоты. Другие машины использовали электрические цепи. Габор так и не создал электрического преобразователя частоты, но он математически развил эту идею, и пояснил, как будет функционировать такой конвертер. По сути, эта система была идентичная кинематической, за исключением лишь того, что процесс был чисто электрическим, без каких-либо движущихся частей. Его основной задачей являлось уменьшение звуковой информации до размера акустического кванта, которые можно было бы мгновенно передать с помощью небольшого канала связи.

Первый кинематический конвертор был основан на кинопроекторе, использовавшем оптическую звуковую дорожку на пленке в качестве источника. Оптический проектор, изображенный на рисунке 1.4, работал следующим образом, свет от лампы проходил сквозь щель, попадал на пленку и в итоге на фотоэлемент. Фотоэлемент собирал сумму передаваемого света.

Пленка движется примерно с постоянной скоростью мимо щели, и таким образом звук на пленке преобразуется в чистый звуковой сигнал. Как видно на рисунке 1.5, Габор заменил гнездо с барабаном, вокруг которого располагались дополнительные гнезда. Барабан вращался в промежутке между лампой и пленкой, позволяя свету проникать сквозь движущиеся щели. Он также добавил, окно между звуковой пленкой и фотоэлементом. Габор понял, что окно добавит громкий треск в начале каждого цикла, поэтому он произвел некоторые манипуляции со сторонами окошка, дабы громкость сигнала, плавно увеличивалась и так же плавно исчезала.



Рисунок 1.4 16-миллиметровый звуковой кинопроектор, преобразованный в экспериментальный конвертер частоты.


Рисунок 1.5 Конвертор частоты на основе оптической фонограммы.

Щели же были расположены таким образом, что как только одна щель начинала двигаться мимо окна, другая симметрично находилась в противоположном конце окна.

Габор экспериментировал с этой машиной, варьируя скорость оптической звуковой дорожки, за счет чего менялась частота. Каждый раз, когда щель проходила мимо пленки, создавался небольшой звуковой сегмент. Сегменты воспроизводились и складывались в последовательном порядке. Габор отметил, что на некоторых частотах он получил практически идеальное воспроизведение, но на других частотах присутствовали сильные биения. Данную картину биений достаточно ясно можно увидеть с помощью графического анализа, показанного на рисунке 1.6.


Рисунок 1.6 Выходные сигналы отдельных щелей и итоговая светоотдача.

Габор отметил ряд вещей, которые могли бы улучшить качество звуковоспроизведения. К ним относились контроль скорости вращения барабана и различное расположение щелей. После нескольких экспериментов Габор отметил, что переменной вносящей наибольшую разницу в звуковоспроизведение являлось количество щелей. При наличии большого количества щелей качество воспроизведения падает, а итоговый сигнал становится более зашумленным. При малом же количестве щелей качество воспроизведения улучшалось в некоторых местах, в то время как в других сигнал практически полностью отсутствовал. Габор отметил, что наилучшие результаты возможно получить при условиях когда одна щель начинает двигаться мимо окна, в тот момент когда предыдущая щель находится в центре окна.

Спроектированный достаточно близко к первой машине, второй кинематической преобразователь частоты, построенный Габором, был создан из 16-мм камеры. Смысл этой машины заключался в том, чтобы проверить, каким образом скорость вращающегося барабана влияет на звуковоспроизведение. Данная процедура производила акустические кванты различной длины. Габор установил, что наиболее приемлемой является длина соответствующая 20-50мс.

Третий, и, безусловно, наиболее практичный, кинематический преобразователь частоты, представлял собой модифицированный магнитофон. Ему соответствовала аналогичная двум предыдущим примерам конструкция, за исключением некоторых конструктивных отличий. В этом случае вместо лампы и фотоэлемента, магнитофон использовал звукоснимающую катушку, которая располагалась внутри вращающегося барабана. Вращающийся барабан состоял из немагнитных материалов с железными стержнями внутри. Звукоснимающие головки могли считывать ленту лишь только в тот момент, когда железный прут находился между магнитной лентой и звукоснимающей головкой. Барабан был также покрыт масляной пленкой, но лишь для того что бы обеспечить защиту от соскабливания рабочего слоя ленты, связанного с постоянным трением о барабан. Габор настроил ленту таким образом, что она представляла собой большую петлю, что в свою очередь означало, что воспроизведение могло происходить бесконечно. Он также настроил стирающую и записывающую головку таким образом, что появилась возможность постоянно записывать новый материал и одновременно производить с ним различные манипуляции.

Эта машина (рисунок 1.7), позволила Габору менять высоту звука, не оказывая никакого влияния на длительность, и наоборот.





Рисунок 1.7 Частотный конвертор на основе магнитной ленты.



В начале 1950-х годов Пьер Шеффер и Жак Поуллин создали еще один подобный аппарат с вращающейся головкой, которая была названа Phonogene. Немецкая компания Springer также использовала данную идею для создания аппарата под названием Tempophon. Данная машина имела несколько вращающихся воспроизводящих головок. Композитор Герберт Эймерт использовал Tempophon в своей композиции Epitaph für Aikichi Kuboyama в 1963 году.

Гранулярный синтез на тот момент состоял лишь из теории, описывающей сокращение объема аудио данных и тщательный их анализ, а также небольшого количества машин, которые использовались для грубого изменения тона предварительно записанного звука без изменения длительности, и наоборот. Поэтому по-прежнему требовались дополнительные исследования, для того, чтобы использовать его в музыкальных целях.

Помимо музыкантов, таких как Шеффер и Поуллин заинтересованных в использование машин с вращающимися воспроизводящими головками для создания конкретной музыки, существовал еще один музыкант, заинтересованный в исследованиях Габора. Янис Ксенакис интересовался научными и математическими открытиями, а также вариантами их использования в музыкальном контексте. Он стремился идти в ногу со временем, и всегда был в курсе последних исследований, и настоятельно рекомендовал всем композиторам поступать аналогично. После прочтения статей Габора, им была сформулирована композиционная теория звуковых гранул, которая была введена им в 1960 г. Гранулы, упомянутые Ксенакисом, так же как и гранулы Габора, состояли из logon’ов, простейших акустических квантов определенных Габором. Ксенакис развил теорию Габора, уделив наибольшее внимание музыкальным свойствам. Ксенакис предположил:

Весь звук, представляет собой массив гранул равномерно распределенных во времени... В атаке, теле и затухании сложного звука, в течение более-менее короткого промежутка времени появляются тысячи более мелких звуков... Таким образом, сложный звук можно представить в виде разноцветного фейерверка, когда каждая световая точка появляется и мгновенно исчезает на черном небе. Но в этом фейерверке эти точки будут организованны таким образом, что их сочетание будет создавать различные формы и спирали, медленно разворачивающиеся, или наоборот, будут представлять собой краткие взрывы, застилая все небо огнем. Иными словами, линии света будут создаваться огромным массивом мгновенно появляющихся и исчезающих точек.

После этого Ксенакис озаботился разработкой способов, с помощью которых можно было бы организовать гранулы таким образом, что появилась бы возможность создания сложных и красивых звуковых текстур. Особый интерес для него представляла трехмерная пространственная интерпретация звука, составленная из звуковых облаков с трехмерными траекториями. Впоследствии, он интегрировал свои глубокие математические познания, для того, чтобы связать элементарное понятие гранул со стохастическими методами аранжировки.