В поисках потерянного звука. Экспериментальная звуковая культура России и СССР первой половины ХХ века - Андрей Владимирович Смирнов

Борис Янковский. 1938. Личный архив М. Е. Шолпо

Во время войны Янковский и его семья были эвакуированы в Алма-Ату. Вернувшись в Москву из эвакуации в 1949 году, Янковский переключается на исследовательскую работу по акустике скрипок. Он работает на Экспериментальной фабрике смычковых инструментов в Москве, проводит серьезные исследования, за которые получает ряд государственных наград. К теме графического звука он больше не возвращается. В конце 1960‐х, посещая Московскую консерваторию, Янковский встречает звукооператора Льва Болотского — единственного человека, отнесшегося серьезно к его идеям, связанным с графическим звуком. Янковский дарит Болотскому свои рукописи, которые тот впоследствии передает в архив Термен-центра, и приглашает в свою лабораторию, где показывает ему большую картонную коробку, наполненную фотопластинками с записями синтонов. Это было приблизительно в 1970 году, незадолго до смерти Бориса Янковского. Никто не знает, что в дальнейшем произошло с этой коллекцией. Хочется верить, что сокровище все еще ждет удачливого исследователя.

6.6. Вычислительные методы в синтезе звука

Метод, предложенный Борисом Янковским, основан на исследовании общих структурных свойств и различий спектров звуков разного характера с целью максимально сократить количество вычислений, необходимых для реализации аддитивного синтеза. Для достижения цели Янковский решил:

1) провести спектральный анализ различных звуков;

2) получить данные о структурных особенностях спектров в зависимости от их характера;

3) разделить все звуки на классы согласно общим свойствам тембров и соответствующих свойств спектров и их динамики;

4) установить общие свойства звуков, принадлежащих к одному классу (например, наличие формант);

5) разделить спектры звуков на группы обертонов (спектральные шаблоны), ответственных за те или иные особенности характера звучания;

6) рассчитать и начертить волновые формы, соответствующие этим спектральным группам шаблонам;

7) построить библиотеку спектральных шаблонов в форме рисованных волновых форм для решения будущих задач синтеза звука.

Спектральные шаблоны Янковский также назвал «спектро-стандартами». Он ожидал, что, комбинируя и смешивая эти волновые формы, можно синтезировать любой желаемый звук. Таким образом, полагал Янковский, для конечной стадии звукового синтеза нет никакой необходимости иметь дело со спектрами, достаточно манипулировать заранее рассчитанными и созданными спектро-стандартами, выбирая их из библиотеки. Этими шаблонами можно манипулировать, варьируя их амплитуду и транспонируя на нужную высоту, изменяя их размеры оптическими средствами или путем математических расчетов, суммируя результаты оптически или посредством вычислений для получения окончательной волновой формы.

Метод, разработанный Янковским, был основан исключительно на математических вычислениях и обладал многими свойствами, характерными для современных цифровых технологий, такими как дискретизация и квантование звуковых сигналов и соответствующих спектральных данных, операции с базовыми примитивами (шаблонами), выбранными из базы данных. Эту технику можно рассмотреть как своего рода протокомпьютерную музыкальную технологию, основанную на вычислительных методах синтеза и обработки звука.

Для выполнения сложных математических вычислений формы волны и других важных параметров звукового синтеза и автоматизированного музыкального исполнения, таких как ритм, в штате лаборатории графического звука Бориса Янковского и Евгения Шолпо были специальные сотрудники, задача которых состояла в том, чтобы выполнять сложные математические вычисления.

Практические методы Янковского были основаны на анализе описаний спектров, доступных в литературе, случайных возможностях использовать первый в СССР спектроанализатор, приобретенный Первой московской фабрикой смычковых инструментов, а также на богатом практическом опыте, благодаря которому Янковский умел оценивать спектральный состав звуков, исследуя структуру формы волны. Янковский заметил, что острые резонансы приводят к появлению довольно очевидных высокочастотных колебаний в рельефе волновой формы. Измеряя частоту и относительную амплитуду этих колебаний при помощи специальной линейки, он мог дать грубую оценку формантной структуры звука.

В результате долгосрочного исследования Янковский установил, что все естественные звуки могут быть разделены на классы по характерным типам спектров и соответствующих акустических свойств источников, в числе которых:

1) особенности спектрального состава звука (например, преобладание четных или нечетных гармоник и т. п.);

2) наличие формант, отражающих резонансные свойства источника звука;

3) особенности переходных процессов в спектре, особенно во время атаки звука;

4) характерные амплитудные огибающие (атаки и затухания);

5) характерные процессы амплитудной и спектральной модуляции (например, различные формы вибрато).

Он также установил, что в пределах одного класса возможно выделить свойства, характерные для других классов. Янковский считал наличие общей форманты самой важной общей особенностью различных звуков в пределах одного класса.

В серии синтонов, названных Янковским «пятиобертонки», он предпринял попытку синтезировать узкие спектральные зоны, напоминающие острые форманты. Его идея состояла в том, чтобы вычислить формы волны, соответствующие наборам по пять соседних высоких гармоник, сгруппированных вокруг некоторой средней частоты с отсутствующими низкими гармониками, включая первую. Он ожидал, что, соединяя последовательно пятиобертонки и сегменты тишины с варьируемой продолжительностью, определяющей общий период волны, он сможет синтезировать звуки с различными высотами, зависящими от продолжительности пауз, в то время как частота форманты останется неизменной. Несмотря на то, что для чистоты опыта форма волны одного периода, включая промежуточный сегмент, должна быть вычислена согласно желаемому спектру, идея была вполне функциональна: на спектрограмме хорошо видна сильная фиксированная форманта, в то время как спектральное содержание зависит от основной частоты, хотя количество гармоник также зависит от основной частоты и в большинстве случаев не равно пяти. Эта идея дает возможность изменения высоты звука, а также создания сложной формантной структуры, независимой от высоты, с минимальным количеством вычислений.

Экспериментируя с оптически записанными звуками, Янковский обратил внимание, что транспонирование их вверх и вниз посредством изменения скорости воспроизведения разрушает характер звука. «Звучание профиля “графического звука”, сфотографированного на кино-пленку с изменением одной лишь длины периода при неизменной форме, на всех частотах определенного диапазона, отличается постоянством спектра и текучестью или непостоянством окраски. Его форманта (если только можно говорить в этом случае о форманте, точнее весь зафиксированный состав его обертонов) движется параллельно основному тону, на протяжении всего данного диапазона»[347].

В штате Лаборатории графического звука Шолпо были специальные сотрудники, в задачу которых входило осуществление сложных математических вычислений. Ленинград. 1946. Личный архив М. Е. Шолпо

Чтобы решить проблему изменения высоты при сохранении неизменных формант, Янковский предложил вычислять по три шаблона на каждую октаву для всего диапазона частот каждого конкретного звука, транспонируя каждый шаблон посредством изменения скорости воспроизведения в диапазоне, не превосходящем одной трети октавы. Он писал: «Вопрос сводится к выбору количества нот в диапазоне инструмента, для которых надо производить синтез обертонов <…> я наметил для синтеза по 3 профиля на октаву каждого тембра. Этим самым был принят,