: архив : архив журнала "Звукорежиссер" : 1999 : #1

Основы синтеза звука. Часть 2
Лев Орлов

Сегодня мы называем хорошо известные музыкальные инструменты, изобретенные многие века назад, "натуральными" или "живыми". Однако "рояль в кустах" можно найти только в поговорках, а скрипки не растут на деревьях. они рукотворны и для их производства мастера использовали самые совершенные для своего времени технологии. Технология всегда была в услужении у музыкального искусства.

Продолжаем разговор об истории электронных музыкальных инструментов.

Самым старым и одним из самых разработанных инженерами источников звука является фотоэлектрический звуковой генератор. Корни этого технологического принципа прослеживаются до 1890 года. Инженер-телеграфист Эрнест Дж. П. Меркадьер, который рассчитывал использовать электрический ток с различными частотами для одновременной передачи нескольких сообщений по одному проводу, впервые применил на практике способность светочувствительного элемента создавать электрический ток, пропорциональный количеству света, попадающего на его поверхность. С помощью вращающегося колеса с прорезями, прерывающего попадание света на поверхность светочувствительного элемента, Меркадьер получал переменный электрический ток, частота которого изменялась в зависимости от скорости вращения колеса.

В начале нашего столетия подобную схему стали использовать и для построения музыкальных инструментов. За короткое время было изобретено множество различных типов фотоэлектрических генераторов звука. Наиболее высококачественные из них работали подобно звуковой дорожке в кино и теоретически были способны воспроизводить любой звук, который только удавалось записать таким образом, в том числе бесконечно повторяющиеся ритмические рисунки, "кольца" (loop), как мы теперь говорим.

Но большинство изобретателей использовало менее сложный метод модуляции, при котором "звуковое колесо" размещалось между источником света (лампой) и светочувствительным (фотоэлектрическим) элементом. На колесе, которое вращалось электродвигателем, имелись радиальные прорези, непрозрачные секции между ними прерывали (модулировали) количество света, попадающего на поверхность "электрического глаза". Высота звука изменялась в зависимости от скорости вращения и количества прорезей на "звуковом колесе".

Прежде, чем перейти к описанию инструментов, построенных таким образом, напомню читателям основополагающий принцип, которому должен отвечать в идеале любой звуковой генератор с вращающимися деталями: количество элементов, "ответственных" за периодичность - углублений, зубцов, отверстий, сфотографированных форм волны, или любых других - должно быть целым числом, а интервалы между этими элементами абсолютно одинаковыми, иначе инструмент будет фальшивить и воспроизводить тон с искажениями. К сожалению, внутри равно-темперированного звукоряда только частоты звуков, отстоящих друг от друга на октаву, имеют общий знаменатель целое число (2:1). Частоты остальных ступеней соотносятся не по целым числам. Из этого следует, что у изобретателей нет практически никакой возможности построить звуковой генератор, в котором использовалось бы единственное "звуковое колесо", и при этом соблюдались бы необходимые условия.

Схема устройства "Органа Еремеева" США, 1935

Американский исследователь Ричард Дорф в книге "Электронные музыкальные инструменты" приводит следующий конкретный пример: "... Если диск вращается со скоростью 6,125 оборотов в секунду, то внешний по отношению к центру сектор с 16 отверстиями позволит воспроизвести звук с частотой 98 Гц (соль малой октавы), а внутренний с 8 отверстиями - звук на октаву ниже (49 Гц, соль большой октавы). Как бы вам ни хотелось, на диске, вращающемся с этой скоростью, не получится разместить другое целое число отверстий, расположенных на равных расстояниях друг от друга, звук с другой "музыкальной" частотой воспроизвести невозможно. Чтобы с помощью одного диска воспроизводить весь звукоряд, потребовалось бы использовать дробное количество отверстий что, как очевидно, невозможно. Фактически, для воспроизведения двенадцати хроматических ступеней требуется двенадцать дисков, вращающихся с разными скоростями". Напомню, что разработки Таддеуса Кахилла, описанные в предыдущем номере нашего журнала, реализованы подобным же образом.

Уже известный нам Иван Еремеев в течение двух лет, последовавших за разработкой электромагнитного "Гнома" (1933-35 гг.), был занят экспериментами в области фотоэлектрического принципа создания звука. Официальный дебют нового инструмента, "WCAU-Фотоны", состоялся в апреле 1935 года по радио. Его звучание слышали по обе стороны Атлантического океана и на обоих побережьях США. Труднопроизносимая аббревиатура в названии появилась не случайно: проект финансировала филадельфийская радиостанция под названием WCAU, "державшая" студию электронной музыки. Среди историков более популярно название "орган Еремеева", которое и мне тоже больше по душе.

Устройство этого инструмента в точности соответствовало вышеизложенным принципам (см. схему): двенадцать колес-прерывателей вращались с помощью единого приводного ремня, надетого на шкив синхронного электродвигателя. На поверхности каждого колеса на разном удалении от центра были нанесены прорези, прерывающие световой поток. Числа прорезей соотносились с таким расчетом, чтобы каждая рабочая пара "колесо/фотоэлемент" могла генерировать шесть хроматических тонов темперированного звукоряда с соотношением частот соответственно через октаву. Например, одно "звуковое колесо", вращающееся со скоростью 6,125 об/с, производило все ноты "соль" в диапазоне шести октав (49, 98, 196, 392, 784 и 1568 Гц). На каждое "звуковое колесо" приходилось по 75 лампочек. Несложные вычисления подскажут, что всего в "органе Еремеева" их было около 900! В одном из журналов того времени этот технический феномен был прокомментирован следующим образом: "... из-за того, что лампы зажигаются на очень непродолжительное время, процент "выгорания" настолько мал, что им можно пренебречь". Лампы включались и выключались при нажатии соответствующих клавиш, которые работали как выключатели. Громкость звука зависела от количества включенных в цепь ламп и увеличивалась (или уменьшалась) с помощью специальных выключателей.

Эмерик Шпильман и его Cуперпиано

Будучи человеком с отменным музыкальным вкусом, Еремеев позаботился о том, чтобы его инструмент обладал особенными выразительными средствами. Например, острая "перкуссионная" атака, пользующаяся заслуженной популярностью у джазовых органистов, впервые появилась именно в электрооргане Еремеева, а не Хаммонда, как полагают многие. Недаром, несмотря на невероятно сложное устройство звукового генератора, этот инструмент до сих пор считается воплощением "гения инженерного искусства".

"О, какая гордость за соотечественников переполняет мое сердце!" (Генри Торо).

Не следует думать, однако, что история электронных музыкальных инструментов делалась только в Америке. В тот же период времени (30-е годы нашего века) интерес изобретателей к этой теме в Европе был не меньшим, чему есть замечательные примеры. Австриец Эммерих (Имре) Шпильман реализовал фотоэлектрический метод создания звука в инструменте, который назвал "Суперпиано" (Superpiano). Его работа была основана на ранних экспериментах другого изобретателя, Тирина, об инструментах которого известно только, что в них использовались 12 "звуковых колес" с отверстиями в октавных соотношениях. Как видно, идеи циркулировали по поверхности планеты подобно глобальным воздушным течениям! Но с точки зрения богатства звучания "Суперпиано" было вовсе не "супер", и сам изобретатель отдавал себе в этом отчет. Современная ему волна музыкального авангарда увлекла Шпильмана в область экспериментов с микротональными звуковыми шкалами, и он надеялся построить еще один экземпляр "Суперпиано", в котором был бы реализован звукоряд с дробными ступенями.

Интересно, что некоторые размышления Шпильмана относительно еще не реализованных возможностей фотоэлектрического принципа были пророческими: "Если вместо математически рассчитанных отверстий на звуковых пластинах Суперпиано поместить фотографическое отображение живых звуков (как уже говорилось, метод реализован как звуковая дорожка к кинофильмам - прим. автора), с помощью моего инструмента можно будет не только исполнять музыкальные произведения, к примеру, голосом великого Карузо, но и заставить скрипку Крейслера играть как контрабас, а Карузо петь басом!"

Колеса оптических модуляторов

Жаль, что дальше научно-популярных публикаций дело не пошло, у Шпильмана хватило сил только на формулировку. Как это не раз бывало в истории электронных музыкальных инструментов, на практике никто так и не использовал их теоретически "неограниченные" возможности: "Суперпиано" так и не дорос до ожидаемого автором успеха. Однако, как показали дальнейшие события, сам принцип создания звука с помощью фотоэлемента себя далеко не исчерпал. Забегая вперед скажу, что несколько изобретателей в разных странах, но почти в одно и то же время, сконструировали электромузыкальные инструменты, которые "умели" не только создавать очень сложные тембры с явно выраженной формой волны, но и буквально копировать живые звуки.

(Продолжение следует...)