Первая запись электронной музыки: как физик Алан Тьюринг научил компьютеры музицировать

В 2016 году учёные новозеландского Университета Кентербери отреставрировали аудиозапись, которая, по их мнению, считается самой ранней записью музыки, созданной на компьютере. Полученный файл — первая запись электронной музыки в истории человечества, к созданию которой приложил руку знаменитый физик Алан Тьюринг.

Реставрацией и оцифровкой записи занимались профессор Джек Коупленд и выпускник университета и композитор Джейсон Лонг. По словам мужчин, самым сложным в процессе оцифровки оказалось установить корректную высоту звука записи, ведь без понимания звучания оригинала было затруднительно восстановить аудиоматериал в исходном звучании.

Первая запись электронной музыки датируется 1951 годом. Именно тогда специалисты компании BBC провели запись трёх мелодий, сгенерированных и воспроизведённых с помощью компьютера. Запись происходила в британском Манчестере, в качестве носителя выступала обыкновенная виниловая пластинка. Источником звука стал гигантский компьютер, расположившийся в лаборатории Алана Тьюринга.

Широкая общественность не знала о музицировавшем компьютере Тьюринга

Вот, что записали специалисты BBC:

Односторонняя 12-дюймовая виниловая пластинка с записью дошла до наших дней и стала единственным историческим подтверждением той сессии. Компьютеру повезло меньше — аппарат списали в утиль.

Коупленд и Лонг рассказывают, что после получения пластинки сразу же обратили внимание на нечёткое звучание аудио. Из-за недостатков носителя определить с максимальной точностью высоту звуков, а значит и сыгранные компьютером ноты не представлялось возможным. Более того, изначальный вариант, записанный на винил, давал только грубое представление о характере звуков, которые производил компьютер Тьюринга.

На анализ аудио потребовалось некоторое время. С помощью современных технологий и программного обеспечения для реставрации сигнала наподобие iZotope RX, исследователям удалось восстановить оригинальное звучание компьютера. После публикации аудио в Интернете, запись получила широкую известность впервые за последние полвека — о факте записи не говорили так много даже в 1951 году.

В конце 1940-х годов Алан Тьюринг исследовал возможность превращения компьютера в полноценный музыкальный инструмент. Поиски привели его к написанию специального языка программирования, научившего компьютер генерировать сигнал. Работа Тьюринга стала отправной точкой для признания компьютера музыкальнымо инструментом. И хотя на это потребовалось более 75 лет, история о первой сгенерированной компьютером музыке достаточно противоречива.

Когда появилась первая электронная музыка

Изначально считалось, что первая электронная компьютерная музыка была создана в 1957 году в лаборатории Bell Labs в США. Вместе с тем учёные из Оксфорда утверждали, что впервые компьютер музицировал в австралийском Сиднее. В качестве доказательств оксфордские умы приводили материалы из книги «Oxford Handbook of Computer Music», являющейся своего рода летописью компьютерной и электронной музыки.

Несмотря на доводы Оксфорда, известно, что сиднейский компьютер не работал до конца 1950-х годов. Учёные из Университета Кентербери установили примерное время записи сигнала на винил: соединённый с динамиком компьютер Алана Тьюринга заиграл не раньше осени 1948 года. По мнению новозеландцев, первая запись электронной музыки датируется примерно этим временем, но никак не 1957 годом.

Компьютер Mark II из лаборатории в Манчестере обладал специальным набором инструкций, позволявших генерировать сигнал и выводить получавшийся звук на динамик. Устройство посылало короткий звуковой импульс длительностью несколько долей секунды, который затем воспроизводился через динамик. Алан Тьюринг, разработавший инструкции для своей машины, описывал звук как «что-то среднее между стуком, щелчком и глухим ударом».

Как Алан Тьюринг научил компьютер издавать звуки

Знаменитый физик «озвучил» свой компьютер не ради музыки. Изначально учёный решил, что написанные им инструкции помогут пользователям быстрее освоиться с работой гигантской вычислительной машины. По задумке, компьютер и его программа будут озвучивать все действия и этапы работы, что станет прекрасной индикацией состояния выполнения задач. Учитывая отсутствие дисплеев у первых компьютеров, идея Тьюринга кажется вполне логичной.

Разрабатывая систему индикации, учёный заметил, что издаваемый звук вполне музыкален и может быть использован для проигрывания каких-либо мелодий или ритмов. Повторение компьютером заданных инструкций приводило к появлению с завидной долей регулярности «щелчков» — машина щёлкала на каждый четвертый удар (долю такта). Компьютер интерпретировал и озвучивал команды подобно метроному:

стук, стук, стук, щелчок
стук, стук, стук, щелчок

Повторение инструкций несколько раз подряд с определённой скоростью трансформировало щелчки и стуки — человеческий слух воспринимал их как конкретные ноты. В случае с аудиозаписью, первая слышимая нота — До третьей октавы (C6).

Тьюринг также заметил, что если набор инструкций не просто повторяется бесконечное количество раз в неизменном виде, а происходит с изменением «ритмического» рисунка, то слух различает разные ноты. Получается своего рода азбука Морзе.

Паттерн

стук, стук, стук, щелчок
стук, стук, стук, стук
стук, стук, стук, щелчок
стук, стук, стук, стук

звучит как нота До второй октавы (C5).

Паттерн

стук, стук, стук, щелчок
стук, стук, стук, щелчок
стук, стук, стук, стук
стук, стук, стук, щелчок
стук, стук, стук, щелчок
стук, стук, стук, стук

звучит как Фа первой октавы (F4).

Несмотря на открытие Тьюринга не сильно интересовало программирование компьютера на воспроизведение музыки, ровно как и превращение машины в музыкальный инструмент. Физика больше занимала возможность использования разных нот для индикации различных состояний: одна нота сообщала об окончании работы, другая — о нехватке памяти, третья — говорила об ошибке при выполнении инструкций. Возможность музицирования учёный решил оставить другим — тем, кто более ловко сможет программировать музыкальные паттерны.

Примерно в это же время молодой школьный учитель Кристофер Стрэчи познакомился с копией учебника по программированию компьютера Тьюринга «Turing’s Programmers’ Handbook for Manchester Electronic Computer Mark II». Книга считается первым руководством по программированию, созданным для широкого круга читателей.

Стрэчи, одновременно бывший неплохим пианистом, изучил учебник и оценил потенциал машины Тьюринга исполнять запрограммированную музыку. Вскоре молодой британцец приехал в лабораторию физика в Манчестере с самой длинной компьютерной программой своего времени. Тьюринг оценил работу молодого человека и позволил ему использовать компьютер для исполнения кода программы. Однако, без строгости не обошлось: учёный допустил молодого энтузиаста к компьютеру всего на одну ночь.

Кристофер вспоминал, что Тьюринг зашёл в лабораторию и коротко, но пронзительно поведал ему об использовании компьютера. После этого учёный уехал, оставив Стрэчи наедине с консолью машины, состоящей из четырёх-пяти рядов по двадцать переключателей в каждом. По словам Стрэчи помещение, где был установлен компьютер, выглядело не как лаборатория, а как центр управления эсминцем.

Молодой человек провёл бессонную ночь за компьютером, а утром подготовил компьютер к исполнению гимна Великобритании. Обычно выражавшийся короткими и ёмкими предложениями Тьюринг, выслушав выступление, произнёс только одну фразу: «Добротное шоу!». Спустя несколько недель учёный пригласил Стрэчи работать в своей лаборатории.

Первая запись электронной музыки

Что касается самой записи, она состоялась позднее — в 1951 году. Во время записи, устроенной силами телеканала BBC, компьютер сыграл гимн Великобритании «God Save The Queen», детскую песню «Baa Baa Black Sheep» и композицию Гленна Миллера «In The Mood».

К сожалению, история не сохранила имён авторов программ, которые научили компьютер исполнять последние две композиции. Усилия Стрэчи привели к тому, что музыкальные возможности машины Тьюринга открылись более широкому кругу лиц — в лаборатории стали часто практиковаться молодые люди, пытавшиеся написать музыкальные программы для компьютера.

Сегодня запись 1951 года звучит просто и даже смешно. Тем не менее в те времена написать программу, которая воспроизведёт на компьютере музыку, да и ещё с максимальной точностью, было невероятно сложно. Самой большой трудностью было отнюдь не нотное содержание музыки, а точность строя и высоты каждой ноты. Проблема усугублялась тем, что компьютер Mark II воспроизводил высоту многих нот лишь приблизительно: к примеру, частота Соль малой октавы (G3) составляет 196 Гц, однако Mark II был способен сгенерировать звук только с высотой 198,41 Гц.

Джеку Коупленду и Джейсону Лонгу, в чьём распоряжении оказалась первая запись электронной музыки, потребовалось немало времени на установление звучащих частот и сопоставление их с реальными частотами нот. Исследователи отмечают, что большую часть информации удалось узнать из всё того же учебника по программированию, которым пользовался Кристофер Стрэчи. Учебник оказался содержательным даже по современным меркам и подсказал, как высчитать воспроизводимые Mark II и проанализировать запись BBC 1951 года.

В ходе изучения Коупленд и Лонг выяснили, что частоты на записи «съехали» по высоте. По этой причине винил давал только отдалённое представление о реальных звуках компьютера. Более того выяснилось, что специалисты BBC поправили получившуюся запись таким образом, чтобы звуки казались привычными для человеческого слуха. Получилось, что на пластинку попали сигналы, которые Mark II не мог воспроизвести чисто технически.

Ситуацию осложняло и то, что на записи присутствовало огромное количество посторонних шумов, а также некий эффект замыленности звука, возникший из-за записи на одной скорости и дальнейшей правки аудио со стороны специалистов BBC.

«Невозможные» частоты стали ключом к восстановлению исходного звука компьютера. Сравнение идеальные частоты ноты и ближайшей частоты к идеальной также показало, что исследователи проигрывали запись с неподходящей скоростью. Дело в том, что современные виниловые проигрывали воспроизводят пластинки слишком быстро в сравнении со стандартами, использовавшимися в середине XX века.

Как только пластинка была проиграна на скорости 78 оборотов в минуту, частоты звуков сдвинулись. Благодаря этому учёные выяснили темп композиции на записи, истинный характер звучания компьютера и воспроизвели сигналы Mark II на современной аппаратуре. Как итог, первая электронная музыка стала доступна для всех и каждого, а значит, все усилия исследователей стоили того.