Как работает музыка - Дэвид Бирн

Часть вторая: цифра

Недавно мне довелось услышать на симпозиуме выступление специалиста в области компьютерных наук Джарона Ланье. Сыграв несколько пьес на китайской губной гармошке шэн, он рассказал про ее удивительное и богатое наследие. Он утверждал, что этот инструмент был, возможно, первым, в котором звучащие ноты выбирались механизмом, созданным раньше бинарной теории и, следовательно, прежде всех компьютеров.

Этот древний инструмент нашел свой путь в Рим по Шелковому пути, и Римская империя, вполне в духе империи, заказала постройку гигантского аналога. Чтобы играть на этом огромном инструменте, музыканту требовался помощник качать воздух – в такую штуковину ртом дуть бессмысленно, и, что важнее, у великана имелся ряд рычагов, которыми и определялись ноты. Эта система породила, по сути, первые клавишные инструменты, а именно ряд рычагов, которые используются для воспроизведения нот у органов (также большой духовой инструмент) и фортепиано. Со временем эта система вдохновила француза Жозефа Мари Жаккара, и он в 1801 году изобрел ткацкий станок, сложные узоры которого задавались перфокартами. Можно было управлять дизайном ткани, нанизывая перфокарты одну за другой.

Десятилетия спустя жаккардовый ткацкий станок, в свою очередь, вдохновил Чарльза Бэббиджа, владевшего одним из автопортретов Жаккара, вытканным на шелке с помощью этих перфокарт. Бэббидж придумал «аналитическую машину» – вычислительную машину, которая, будь она построена, также управлялась бы перфокартами. В версии Бэббиджа перфокарты контролировали уже не нити: он совершил скачок к двоичной абстракции, математическим вычислениям. Юная подруга Бэббиджа Ада Байрон (дочь поэта) пришла в восторг от устройства, а в ХХ веке, спустя много лет после ее смерти, Аду стали прославлять как первого программиста. Таким образом, по словам Ланье, наш нынешний компьютерный мир обязан своим происхождением музыкальному инструменту. И компьютерные технологии, вскоре после того, как они появились, в свою очередь, повлияли на музыку.

Технология, которая позволила оцифровывать звуковую информацию (а вскоре и всю остальную информацию), была в значительной степени разработана телефонной компанией. Bell Labs (исследовательскому подразделению Bell Telephone Company) было поручено найти более эффективные и надежные способы передачи разговоров. До 1960-х годов все телефонные линии были аналоговыми, и количество разговоров, которые можно было обрабатывать одновременно, было ограничено. Единственный способ протолкнуть больше звонков через линии состоял в том, чтобы подрезать высокие и низкие частоты в звуке голоса, а затем превратить полученный низкокачественный звук в волны, которые могли бы перемещаться параллельно, не мешая друг другу – так же как это происходит с наземными радиопередачами.

Bell Labs имела огромный штат и породила множество новых изобретений: транзисторы и полупроводники, которые образуют интегральные схемы на основе кремния (что делает возможными современные крошечные устройства), лазер, микроволновые технологии и солнечные панели – список на этом не заканчивается. Монополист может себе позволить тратиться на исследования и разработки, и у компании хватало для этого и возможностей, и дальновидности. Ученые и инженеры могли работать над проектом, который не давал результатов в течение десятка лет.

В 1962 году Bell Labs выяснила, как оцифровать звук: по сути, взять образец звуковой волны и нарезать его на крошечные кусочки, которые можно разбить на единицы и нули. Когда это удалось, причем таким способом, который не был чрезмерно дорогим и который все еще оставлял человеческий голос узнаваемым, телефонщики немедленно применили эту технологию для того, чтобы сделать междугородние линии более эффективными. Теперь удавалось осуществлять больше звонков одновременно, так как голоса превратились в поток единиц и нулей, который можно было протиснуть (с помощью кодирования и транспонирования) в телефонные кабели. Это было особенно актуально, учитывая ограничения, связанные с подводными телефонными кабелями: нельзя просто взять и проложить еще больше линий, если бы вдруг оказалось, что больше людей хотят позвонить из США во Францию. Голос – в абстрактном смысле – это своего рода информация, с точки зрения Белла. Поэтому бóльшая часть исследований, изучавших, что делает передачу понятной и как можно сжать больше передач, опиралась на науку об информации в сочетании с психоакустикой, то есть с изучением того, как мозг воспринимает звук во всех его аспектах. Иными словами, углубляющееся понимание того, как мы воспринимаем звук, сочеталось с поиском способов наиболее эффективно передавать информацию всех видов. Учитывался также и метавопрос: «А что вообще такое информация?»

Психоакустика применяется к сирене машин скорой помощи (почему мы никогда не можем определить, откуда она воет?), к голосу и, конечно же, к музыке. Корень психо- подразумевает, что слух – явление не только механическое, но и умственное («умственное» в смысле мозговое, то есть мозг «слышит» столько же, сколько и ухо, к умственной отсталости или продвинутости это отношения не имеет).

Конечно, многое из того, что мы слышим, частично определяется и ограничивается механикой наших ушей. Мы знаем, что не можем услышать все высокочастотные звуки, которые издают летучие мыши, или полный спектр звуков, которые может слышать собака. Существуют и низкочастотные звуки, которыми общаются киты, их мы тоже не можем услышать, хотя они достаточно сильны, чтобы причинить нам физический вред, если мы находимся слишком близко к источнику.

Но есть вещи, не имеющие ничего общего с физикой барабанной перепонки и слухового прохода, которые мы «слышим». Мы можем, например, изолировать голос человека, говорящего с нами в шумной обстановке. Если слушать запись, сделанную в битком набитом ресторане, это звучит как акустический хаос, но иногда нам удается упорядочить его и вести застольную беседу. Мы перестаем спустя некоторое время обращать внимание на повторяющиеся звуки – шорох волн или шум то и дело проезжающих машин, к примеру. У нас есть возможность избирательно слышать только то, что нас интересует, а остальное превращать в далекий акустический фон. У нас также есть способность воспринимать повторы в том, что мы слышим. И это также не имеет никакого отношения к устройству ушей. Мы можем запомнить высоту тона, и некоторые люди с совершенным слухом могут точно определить ноты, услышанные вне музыкального контекста. Мы можем сказать, что визг тормозов электрички и самая высокая нота на кларнете одинаковы. Мы можем вспомнить последовательность звуков – пение птицы или скрип двери, сопровождаемый хлопком, – и точный тембр звуков. Порой мы узнаем голос друга, услышав лишь одно слово.

Как это работает? Можем ли мы смоделировать этот мыслительный процесс с помощью математической формулы или компьютерной программы? Как вы понимаете, именно такие вопросы – какой минимум информации требуется, чтобы узнать чей-то голос, например – имели первостепенное значение для сотрудников телефонной компании. Если бы они могли определить, что именно делает речь понятной и разборчивой, и выделить именно этот аспект, усовершенствовать его и контролировать, тогда, устранив все лишние элементы, они могли бы повысить эффективность телефонной системы. Цель состояла в том, чтобы люди общались все больше и больше, используя меньшее или то же самое количество механического и физического (электрического) материала. Такое увеличение потока информации принесло бы компании гораздо больше денег. Психоакустика в конечном счете привела к более глубокому пониманию механизма передачи информации. Эта загадочная наука внезапно оказалась чрезвычайно полезной.