На пути к электромузыке

Источник: журнал «Техника – молодёжи», №3 за 1960 год. Автор: Б.Орлов (инженер). Статью дополнил небольшой заметкой об эмиритоне из того же журнала, но из №1 за 1946.

«Электромузыкальные инструменты благодаря широкому диапазону высоты, силы и богатству тембров расширяют творческие возможности не только композитора, но и музыканта-исполнителя. А такие качества, как выразительный, красивый звук, в соединении с певучестью, богатством тембров и доступностью техники исполнения обеспечивают их массовое распространение и превращают их в серьёзный фактор проникновения высокой музыкальной культуры в быт». (Из высказываний народного артиста СССР академика Б. В. Асафьева)

Немного истории

Удивляют ли нас богатые и разнообразные выразительные возможности современного оркестра? Нет, они кажутся сейчас такими естественными. Ведь музыкальные инструменты и техника игры совершенствовались веками. Мы редко задумываемся над тем, что композитор XVII столетия не располагал и половиной тех средств, какие имеются у композитора наших дней. А между тем ещё сравнительно недавно музыка исполнялась лишь с крайними оттенками силы звука: либо тихо, либо громко. Композиторы не знали ещё, какие возможности таит в себе постепенное усиление или ослабление звучности. И когда в середине XVIII столетия итальянский композитор и дирижёр Иомелли впервые прибегнул к этим эффектам, впечатление было ошеломляющим: при нарастании силы звука слушатели, затаив дыхание, дружно поднялись со своих мест...

Духовые инструменты оставались очень несовершенными. А такие инструменты, как тромбон, туба, челеста, саксофон, вообще ещё не были изобретены. С их появлением примерно а середине прошлого века сложился состав симфонического оркестра, сохранившийся в основном до наших дней.

С той поры работа по конструированию новых инструментов замерла. Дальнейшее обогащение звуковой палитры оркестра происходило уже только с помощью усовершенствования инструментов и роста исполнительского мастерства.

Однако в конструкциях классических музыкальных инструментов имеется немало недостатков: во многих отношениях они и теперь далеки от совершенства. В арсенале оркестровых красок современный композитор порой не находит всего необходимого для воплощения своих творческих замыслов. Каждая группа инструментов – медных, деревянных, струнных, ударных – в какой-то мере скована и ограничена в своих возможностях, как была бы ограничена живопись, если бы краскам художника были свойственны лишь мазки определённой формы.

Певучие и выразительные смычковые инструменты слабозвучны, а громкие медные – малоподвижны. Весь диапазон звуков по высоте разбит не ряд довольно узких участков, приданных отдельным инструментам оркестра.

Звуковая палитра оркестра прерывиста, её состояние напоминает периодическую систему элементов Менделеева в то время, когда пробелы в её рядах были ещё далеко не заполнены.

А тембр – окраска звука? Это свойство, по которому мы легко узнаем инструменты, даже если они нам не видны, остаётся неизменным не у каждого из них. При игре в разных регистрах меняются тембры трубы, тромбона, фагота, как если бы оттенки красок художника менялись по мере ведения кистью по холсту. А можно ли представить себе картину с яркими красками только в средней части холста, вверху – белёсыми, а внизу – приглушёнными или грязноватыми? Сколько же энергии должен затратить композитор, чтобы овладеть беспорядочными и коварными красками оркестра!

Не меньше преград на пути к мастерству и у исполнителя. Только многие годы упорной и настойчивой тренировки, начинаемой обычно ещё в детские годы, дают ему полную и всепобеждающую власть над инструментом. Этого требует сам принцип получения звука: механическое колебание струн или столба воздуха в трубе. Вполне понятно, что в век автоматики и электроники развитие музыкальных инструментов не могло уже идти по старому механическому пути.

Первые шаги электромузыки

Великие технические открытия: телеграф, телефон, радио – дали создателям новых музыкальных инструментов – этого материального тела музыки – совершенно новые средства. Мы называем их теперь радиоэлектронными. Возникла электромузыка – область увлекательнейшего творческого сотрудничества радиотехников, акустиков и музыкантов. Работа а этой области оказалась плодотворной: одна за другой стали появляться разнообразные конструкции инструментов.

На первых порах они были очень сложны, несовершенны и удручающе громоздки. Так, один из первых электрических органов – телгармониум американца Кахилла – весил 200 т. Он, конечно, остался лишь лабораторным опытом. Не был доведён до практической реализации и инструмент его соотечественника Ли де Фореста, изобретателя трёхэлектродной лампы.

Первым электромузыкальным инструментом, получившим широкую известность во всем мире, был терменвокс, созданный советским инженером Львом Сергеевичем Терменом. Вспоминая о первых шагах нового инструмента, он рассказывает:

– Мне, физику и радиотехнику, получившему также музыкальное образование в Ленинградской консерватории, казалось, что применение в музыке радиолампы, которая в двадцатые годы была такой же новостью, как сейчас атомный реактор, открывает заманчивые перспективы. Создавая свой инструмент, я хотел сделать так, чтобы звук повиновался исполнителю непосредственно, без промежуточной механической среды – так, как оркестр повинуется дирижёру. В этом инструменте звук извлекается необычно, свободным движением руки в пространстве около небольшой металлической палочки – антенны. Впервые я продемонстрировал его в 1921 году на VIII электротехническом съезде. Тогда я исполнил на терменвоксе (так предложил называть новый инструмент один из музыкальных критиков) несколько произведений Скрябина, Сен-Санаса и народной музыки.

В терменвоксе используется работе двух высокочастотных генераторов. При движении руки около антенного стержня меняется ёмкость колебательного контура, а следовательно, и частота одного из генераторов. Звуковая частота, необходимая для исполнения музыки, получается как разность высоких частот, возбуждаемых генераторами.

Вслед за терменвоксом появился целый ряд электроинструментов. Это ильстон композитора И.Г.Ильсарова, близкий по устройству и способу извлечения звука к терменвоксу, грифовый инструмент сонар инженера Н.С.Ананьева, виолена В.А.Гурова, клавишные инструменты: экводин конструкции А.А.Володина, компанола И Д. Симонова и другие.

В послевоенные годы были созданы новые конструкции электромузыкальных инструментов, которые уже можно считать серьёзными соперниками инструментов обычного типа. Среди них эмиритон А.А.Иванова и А.В.Римского-Корсакова, «В-9» А.А.Володина, оригинальный многоголосный инструмент рижского радиолюбителя Л.Вингриса. Но особенно интересны миниатюрные электронные рояли композитора Ильсарова. Они содержат всего шесть электронных ламп (без усилителя), но могут работать и на двух лампах.

Как они устроены?

Что же представляют собой электромузыкальные инструменты?

Несмотря на большие различия в конструкциях, схемы таких инструментов создаются по общему принципу. Сердцем инструмента является генератор тона, похожий на генератор радиопередатчика. В большинстве случаев он работает на электронных лампах и возбуждает электрические колебания очень сложной формы.

Почему необходимо генерировать именно такие электрические колебания? Дело в том, что состав музыкальных звуков далеко не прост. Они складываются из колебаний воздуха с различными частотами и интенсивностями. В суммарном колебании несколько составляющих. Одна из них имеет самую низкую частоту. Она называется основным тоном, остальные – обертонами. Для периодических колебаний, какими являются музыкальные звуки, частоты обертонов кратны частоте основного тона, то есть превосходят её в целое число раз. Это так называемые гармоники. В звуковом спектре инструмента от них во многом зависит тембр. Например, в создании тембра кларнета участвует 11 гармоник. Звук, очень бедный ими, кажется неярким и маловыразительным, а когда гармоник нет совсем, он производит на слух простейшее впечатление и потому называется простым, или чистым, тоном.

Сложные электрические колебания, возбуждаемые генератором тона, содержат большое число гармоник. Поэтому на электромузыкальном инструменте легко получаются самые разнообразные тембры, которые могут приближаться к тембрам обычных инструментов, а могут быть и совершенно новыми. Клавиши инструмента снабжают контактами, которые включают в цепях генератора электрические сопротивления различной величины. Это позволяет получать звуки во всех регистрах музыкальной шкалы, от самых низких до самых высоких.

В следующем блоке электромузыкального инструмента регулируется характер возникновения звука и его затухания. Эти процессы сильно влияют на тембр и могут совершенно преобразить его. Дальше электрический ток направляется в так называемые ферментные цепи, где происходит усиление некоторых гармоник. В обычных инструментах такое усиление даёт корпус, который служит акустическим резонатором и подчёркивает звучание отдельных частот в спектре звука. Затем электрический ток поступает в усилитель, снабжённый педальным регулятором громкости. Это позволяет изменять силу звука в максимально широких пределах, при желании постепенно наращивая или ослабляя её. Источником звука является динамический репродуктор.

Синтетический звук

Кроме конструирования новых исполнительских инструментов, есть ещё одна интересная область электромузыки – создание электронных аппаратов, предназначенных для работы композиторов. Принцип, на котором они основаны, очень прост. Любое музыкальное звучание может быть представлено как некоторый набор чистых тонов. Наоборот, имея достаточно большое их число, можно получить звуки каких угодно высот, громкости, тембра. Работая с подобным аппаратом, композитор становится как бы селекционером звуков. Соединяя их в разнообразных сочетаниях, он создаёт невиданные до сих пор звуковые плоды – гибриды, получение которых технически не достижимо для обычного оркестра. Поскольку такой аппарат использует идею соединения, синтеза простых звуков для получения сложных, то он называется синтезатором.

Исследования в этой области у нас начались ещё в 30-е годы. Здесь много поработали изобретатели Е.А.Шолпо и Б.А.Янковский – создатели «графического», или «рисованного» звука. Они использовали возможности кино: ведь на киноленте звук записывается в виде хорошо заметной на глаз волнистой линии. При объединении записей различных чистых тонов в один звуковой график, нарисованный от руки, им удалось получить звуки, обладающие своеобразными и интересными тембрами. Однако этот способ не получил большого распространения, так как рисование звука – очень кропотливое и сложное дело.

Работу в этой области продолжил кандидат технических наук Е.А.Мурзин, совсем недавно закончивший многолетний труд по созданию электронного синтезатора музыки. Конструктор назвал его «синтезатором АНС» – в честь замечательного русского композитора Александра Николаевича Скрябина, в музее которого аппарат сейчас установлен.

АНС предоставляет в распоряжение композитора 576 чистых тонов, перекрывающих 8 октав музыкальной шкалы. Устройство управления позволяет соединять эти тона в любых сочетаниях. Их генерирование производится оптико-механическим способом. Аппарат состоит из четырёх одинаковых блоков, один из которых выделен на цветной вкладке.

Работая с этой удивительной машиной, композитор записывает музыку не нотами, а специальными отметками частот. Отметки он наносит на непрозрачном стекле – «партитуре». При этом композитору не нужно ждать, когда оркестр разучит и исполнит его произведение. Написанную музыку он может слушать уже в процессе её сочинения, внося тут же необходимые исправления.

Очень разнообразен синтез тембров, быстро выполняемый набором рукояток устройства управления. Это позволяет создавать на АНСе принципиально новые звуки, которых нельзя получить на обычных инструментах.

На АНСе можно получать сложные звуки, которые отличаются друг от друга по высоте не только на 1/12 часть октавы, как на рояле, а на любое расстояние вплоть до 1/72 её части, когда они становятся для слухе почти неотличимыми.

Чтобы получить отдельные оттенки, шумы и призвуки, композитор может работать с «партитурой», как художник, ретушируя и закрашивая просветы. Он всегда видит перед собой зрительный образ – световой код, который соответствует написанной музыкальной фразе. Это помогает его работе. Он также может регулировать громкость каждого из 16 регистров инструмента (по числу фотоэлементов), общую громкость и темп исполнения. Композитор делает это на втором этапе своей работы, как бы превращаясь в дирижёра. Здесь он использует ещё две специальные рукоятки. Окончательно отрегулировав ими оттенки звука, он записывает музыку на магнитную плёнку.

На вкладке изображена схема музыкального синтезатора АНС, конструкции Е.А.Мурзина. Главное здесь – оптико-механический генератор чистых звуковых тонов. Он состоит из четырёх одинаковых блоков. В каждом блоке следующие детали: 1 – источник света; 2 – конденсор для собирания света в плоский луч; 3 – вращающийся диск, покрытый рядами тёмных полосок, плавно переходящих в прозрачные промежутки; 4 – редуктор, связывающий диск с электродвигателем; 5 – маховик.

Под влиянием вращения диска луч света становится прерывистым, «модулированным». Состояния «свет»-«темнота» плавно чередуются между собой. Скорость этих чередований равномерно возрастает от центра и краю диска.

Зеркало 6 направляет модулированный поток света через объектив 7 на плоское стекло – «партитуру» 8, покрытое сверху несохнущей чёрной краской. Если краску в каких-либо местах снять, то модулированный свет попадёт в цилиндрические линзы 9 и призмы 10, а затем – в фотоэлементы 11 (их всего 16). Усиление возникшего при этом переменного тока даёт в динамике звук.

Все четыре блока генератора дают на стекле одну сплошную полосу модулированного света. Передаточные отношения редукторов подобраны так, чтобы получить вдоль этой полосы чередование света и тени с тем же законом изменения частоты, как и в шкале звуков клавиатуры рояля. Для удобства работы композитора изображение клавиатуры нанесено вдоль световой полосы. В этом же направлении перемещается кодер – приспособление для снятия краски с поверхности стекла – «партитуры». Его резцами можно делать на стекле просветы нужной ширины и длины, отчего зависит громкость и длительность звука. Всего кодер имеет 16 резцов. Они позволяют соединить в одном звучании основной тон вместе с любыми из 15 его гармоник, придавая ему по желанию необходимый тембр. Вращая небольшой маховик, композитор может двигать стекло – «партитуру» и тотчас прослушивать написанные музыкальные фразы.

Синтезатор АНС уже получил признание и высокую оценку многих композиторов и специалистов-акустиков. «Широкое развитие механической записи в современной жизни, – писал композитор И.Г.Болдырев, – даёт все основания считать, что возможно использование аппарата АНС в художественной практике в области кино, радио, телевидения и грамзаписи – во всех тех случаях, когда задуманные композитором эффекты легче и точнее могут быть воспроизведены на этом аппарате, чем на обычных инструментах».

Работа с новым инструментом уже показала его богатейшие возможности. Чтобы полностью овладеть им, композитору необходимо немало поработать, осваивая непривычную систему звукообразования. Но он будет сторицей вознаграждён – ведь синтезатор АНС предоставляет ему выразительные возможности, во много раз превосходящие возможности обычного оркестра.

Что же дальше?

Попробуем заглянуть в завтрашний день электромузыки. Там ждёт нас немало музыкальных чудес. Одно из них – небольшие инструменты, изготовленные на полупроводниках. Лёгкие и удобные, они по качеству звучания не уступят обычным. Простая клавиатура сделает их доступными для любителя-непрофессионала. Такие инструменты могут стоить очень недорого. И это будут уже не экспериментальные образцы. Каждый, кто захочет приобрести подобный инструмент, сможет свободно купить его а магазине.

Техника сегодняшнего дня позволяет осуществить такие замыслы, о которых музыканты прошлого могли только мечтать. Это и светомузыка, и музыка с плавным изменением тембров, и пространственные эффекты звучания. А инструменты типа терменвокса позволят создать «танцующую музыку». Ведь артист балета может не одним только движением руки, но и всем танцем «сочинять» музыку, сопровождающую этот танец. И ещё много музыкальных чудес позволит осуществить радиоэлектроника. Их сейчас даже трудно предвидеть.

Эмиритон

Эмиритон — это одноголосый электрический музыкальный инструмент диапазоном в 6 1/2 октав. Инструмент этот не автоматический; на нем, так же как на рояле или скрипке, надо учиться играть. На эмиритоне можно достигать самых разнообразных звучаний: подражать скрипке, виолончели, кларнету, гобою, саксофону и многим духовым инструментам. Более того, даже такие специфические по тембру звуки, как барабанный бой, рёв самолёта, пение птиц и гласные человеческого голоса, воспроизводятся эмиритоном.

На нём можно исполнить любые сложные музыкальные произведения.

Сконструирован эмиритон А. А. Ивановым и А. В. Римским-Корсаковым.

Внешне инструмент напоминает фисгармонию без клавиш. Вместо них устроен электрический гриф. Это длинный реостат, над которым натянута эластичная контактная лента.

В корпусе эмиритона помещается ламповый генератор, регулятор тембра, фильтр и усилитель. Ламповый генератор работает по схеме, дающей разнообразные гармонические колебания. Нажимая на гриф в нужном месте, исполнитель включает в цепь генератора некоторую часть реостата и тем самым задаёт определённое напряжение на сетку лампы. Каждому напряжению соответствует своя частота колебаний.

Изменение окраски звука – тембра – достигают специальным устройством, которое изменяет форму колебаний. Пройдя через него, колебания поступают в электрофильтр. Фильтр помогает подчёркивать нужную частоту музыкального диапазона, то есть получать так называемые форманты звука.

Исполнитель управляет этим инструментом, пользуясь соответствующими рукоятками и небольшой клавиатурой, расположенными около грифа. Громкость звука регулируется ножной педалью. Из электрического фильтра колебания через усилитель поступают в репродуктор, расположенный внизу корпуса инструмента.

Богатый различными тембрами, эмиритон может давать звук какой угодно громкости. Это является большим его преимуществом по сравнению с обычными музыкальными инструментами, громкость звучания которых весьма ограничена.