Физика и музыка

Чтобы понять это, нам пришло время ненадолго окунуться в историю звучащих автоматов.

Самые ранние из них — шарманки, музыкальные табакерки и шкатулки, часы со сложным боем и т. д. — понятны: заводится пружина, крутится вал, что-то за что-то цепляется и в нужные моменты бьет по колокольчикам или щиплет струны.

Дальше следуют самозвучащие пианино — пианолы и автоматические рояли. Эти уже могут менять свой репертуар — выстукивать разную музыку. В пианоле — ряд стерженьков, соединенных с клавишами. Стерженьки прижаты к бумажной ленте с прорезями. Лента движется поперек ряда стерженьков — и прорези на ней соответственно перемещаются. Попал какой-то стерженек в прорезь — связанный с ним молоточек ударил по клавише. Потом другой, третий, вот и играет пианола. По существу, ленты с прорезями — это тоже «самозвучащие ноты». Композитор может заготовить их с помощью ножниц, а потом они заиграют без всякого пианиста.

Надо сказать, что в свое время выпускались очень хорошие автоматические фортепьяно, передававшие тончайшие нюансы исполнения. Они могли и фиксировать игру пианиста. Человек проиграет пьесу, а потом автомат повторяет ее, да так точно, что невозможно отличить от живого исполнения. Сейчас такие инструменты не нужны, они вытеснены звукозаписью. Но именно их устройство подсказало Шолпо идею «механического оркестра» из рассказа «Враг музыки».

В фантазии Шолпо тоже присутствовала движущаяся лента с прорезями. Лента широченная — от стены к стене. И черная, непрозрачная. Почему же черная? Потому что вместо стерженьков изобретатель задумал применить световые лучи, пробивающиеся сквозь прорези в ленте к фотосопротивлениям, сделанным из полупроводниковых селеновых проволочек. Освещается через прорезь какая-то проволочка — и через нее течет электрический ток от батареи к камертонному генератору с рупором (эти генераторы придумал еще Гельмгольц). А камертонов в машине сотни. Все звучат по-разному. Из их-то хора и комбинировались в фантастическом рассказе необыкновенные звуки.

Теперь уразуметь сущность машины Мурзина будет совсем нетрудно. В ней тоже есть фотоэлементы, движущаяся черная пластинка с прозрачными прорезями, световые лучи. Правда, камертонных генераторов нет. Звуковые колебания получаются гораздо более остроумным способом. Да и принцип действия ее иной. Впрочем, все по порядку.

СВЕТ В ЗВУК

Представьте себе, что вы сидите за письменным столом, а против вас, вдоль противоположного края стола, тянется в его доске длинная горизонтальная щель. Она вся светится, мелькает световыми вспышками. Приглядитесь внимательнее, вы заметите, что щель составлена из множества окошечек — «хром». Их всего 576. В крайнем левом свет и темнота непрерывно сменяют друг друга 40 раз в секунду. Чем правее окошко, тем чаще мигания. В крайнем правом их частота 11000 в секунду. Причем ступеньки нарастания частоты от окошка к окошку везде одинаковые.

Столь быстрые мелькания, конечно, глазом не различишь. А получаются они потому, что на пути к окошечкам световые лучи пронизывают вращающиеся диски с волнообразной сменой черноты и прозрачности — те самые, что были так тяжелы в изготовлении.

Вот эта щель и есть основа машины Мурзина. Это как бы беззвучный запас любых звуков. Ведь хоть световые мелькания и немы, но заставить их петь совсем нетрудно: поставьте над щелью фотоэлементы, соединенные через хороший усилитель с громкоговорителем, и световые колебания тотчас превратятся в звуковые. Правда, когда все окошки запоют хором, получится несусветный шум, который нам пока не нужен. Нам нужен музыкальный звук. Его нужно «выбрать из шума». Что ж, это совсем просто.

Накройте щель светонепроницаемой пластинкой с маленькой дырочкой. Пусть эта дырочка окажется над тем окошечком, что мелькает 440 раз в секунду. Теперь только эти колебания будут пропущены к фотоэлементам. И, превратившись в звук, они дадут чистый тон «ля» первой октавы.

Вам не нравится, что звук вышел тусклый, сухой? Дело поправимое. Проткните в пластине еще несколько отверстий — так, чтобы они слегка приоткрыли другие места щели, лучше всего — соответствующие частотам натуральных обертонов звука «ля». Тогда к основному тону добавятся гармоничные призвуки, звучание приобретет тембр, сделается насыщенным и ярким. Вот вы и достигли цели — получили музыкальный звук. Причем весьма эффективным способом — путем синтеза натуральных обертонов.

Несколько сочетаний подобных отверстий в пластине дадут аккорд — любой сложности, с неограниченным количеством голосов. Звуки его можно расположить и по традиционным полочкам двенадцатиступенного темперированного строя (такого, как на рояле, органе, аккордеоне) и по чистым натуральным интервалам, недоступным нашей нотной записи и обычным инструментам.

Дело в том, что звукоряд машины Мурзина гораздо богаче обычного звукоряда современной музыкальной системы. В октаве не 12, а 72 звука. В шесть раз больше! Синтезатору доступны тончайшие изменения высоты тона, еле уловимые самым чутким ухом. И сделано это ради того, чтобы синтезировать натуральные тембры, неведомые нашей музыке созвучия, открыть доступ к естественному гармоническому строю, который искажен и обеднен европейской музыкальной системой.

72 ступеньки в октаве — как раз та особенность машины, которую еще в довоенные годы подсказал изобретателю Янковский. По его вычислениям при таком делении октавы можно строить особенно яркие, прозрачные, сочные тембры и аккорды.

Машина в принципе способна на все, о чем так пылко мечтал юный Шолпо: любые аккорды, богатейшие тембры, полифоническое многоголосие, натуральные созвучия, какие угодно диссонансы. И это дало Мурзину право назвать свое детище именем любимого композитора. Машина получила название «АНС» — «Александр Николаевич Скрябин».

ПАРТИТУРА И КОДЕР

Музыка — жизнь звуков во времени. Мелодии, смена созвучий, темп и ритм, увеличение и уменьшение громкости. Все это тоже доступно машине Мурзина.

Мы не сказали еще, что пластина, прикрывающая щель, не неподвижна. Она способна двигаться относительно щели, поперек нее, так же как бумажная лента в пианоле. И, конечно же, в пластине проделываются не отдельные дырочки, а прозрачные линии.

В машине роль этой пластины выполняет широкий лист стекла, покрытый сверху непрозрачной краской. Мурзин назвал его партитурой — словом, которым композиторы именуют нотную запись оркестровой музыки. Но если обычная партитура без оркестра нема, как рыба, то партитура в машине Мурзина звучит сама. Это настоящие «самозвучащие ноты».

Тонким резцом вы снимаете в тех или иных местах слой краски, проводите прозрачные линии, а потом включаете электродвигатель, и партитура плавно въезжает в промежуток между светящейся щелью и фотоэлементами. Для фотоэлементов открываются то одни, то другие участки щели. Световые мелькания различных частот складываются, возбуждают соответствующие звуки. Они меняются, переходят в новые, утихают, снова возникают — в согласии с картиной прозрачных линий, которая была сделана вашей рукой на зачерненном стекле.

Нарисовать на партитуре можно, вообще говоря, что угодно — имитировать звуки скрипки, рояля, трубы, оркестра, если хотите — человеческого голоса. Надо только знать спектральный состав звуков, характер атаки и затухания, закономерности частотных изменений. Можно искать и новые тембры, звучания, недоступные даже электромузыкальным инструментам. Можно рисовать шум водопада, удары молота, грохот грома. Но, повторяем, нужно знать, как это делать.

Тут-то вся сложность. Разгадать таинственный шифр звучащего мира еще предстоит. И на это уйдут годы.

Но главнейшие правила, «букварь» партитуры, уже подготовлены изобретателем. И элементы этой «звуковой грамоты» внесены в машину.