Том 12. Числа-основа гармонии. Музыка и математика

При изучении искусства композиции часто используется следующий метод: ученик должен написать произведение в стиле одного из великих композиторов: фугу в стиле Баха, сонату в стиле Бетховена или прелюдию в стиле Дебюсси.

Рассмотрим в качестве примера творчество Бетховена. При копировании его стиля ученик должен использовать различные приемы, чтобы созданная им композиция «звучала, как бетховенская». В чем же заключается стиль Бетховена? Можно перечислить несколько примеров: это и музыкальная форма, и исполнение мелодии при использовании более или менее широких мелодических интервалов, включение пауз и динамических контрастов.

Каждое музыкальное измерение определенного стиля можно проанализировать с помощью статистических методов. Например, если мы хотим изучить тематические мотивы сонат Бетховена, можно проанализировать ширину выбранного регистра, то есть интервал между самой низкой и самой высокой нотой. Статистика покажет, в каких из этих мотивов ширина регистра равна 1 полутону, 2, 3 и так далее. (Кстати, интересно узнать минимальную ширину интервала, использованную Бетховеном, то есть первый ненулевой член этой числовой последовательности.) Похожая статистика поможет проанализировать любой другой параметр.

Хотя с помощью методов статистики можно получить общее представление о композиции, в нем не будет учитываться контекст: при копировании стиля распределение нот, возможно, будет не столь важно (информация о том, сколько нот до содержится в произведении, будет абсолютно бесполезной, если мы запишем все эти ноты подряд в самом начале нашей композиции). Важно знать не то, сколько раз используется каждая нота по отдельности, а то, как связаны ноты между собой.

Решить эту задачу нам помогут цепи Маркова. Суть их использования заключается в следующем. С помощью методов статистики мы изучаем порядок следования различных «состояний» системы. Применительно к созданию мелодий цепи Маркова позволяют воспроизвести закономерности, которые указывают, как определенные последовательности нот влияют на звучащие в дальнейшем ноты.

День рождения Маркова

В следующем примере мы используем цепи Маркова, чтобы создать мелодию в стиле известной песни Happy Birthday.

В следующей таблице показано, сколько раз каждая нота встречается в этой мелодии:

Может показаться, что если мы хотим написать мелодию в этом же стиле, в новой мелодии ноты должны располагаться в точно таком же соотношении. Но в действительности такая мелодия будет иметь мало общего с оригиналом.

Вместо того чтобы анализировать, сколько раз в мелодии встречается каждая нота, с помощью цепей Маркова можно определить, в какой последовательности они располагаются. 26 нот мелодии упорядочены с помощью 25 переходов: первый переход соль-соль, второй — соль-ля и так далее. Максимально возможное число переходов равняется 8·8 = 64, но не все они используются в этой мелодии.

В следующей таблице приведено число переходов каждого типа:

Даже если мы выберем первую ноту произвольным образом, следующие ноты будут выбраны в соответствии с информацией о числе переходов каждого типа, которая содержится в таблице.

Начнем новую мелодию с ноты соль — с этой же ноты начинается оригинальная мелодия. Какие ноты могут следовать за начальным соль? В последней строке таблицы показано, что в мелодии Happy Birthday ноту, следующую за нотой соль, можно выбрать восьмью способами: один раз за ней следует соль второй октавы, один раз ре, один раз до, два раза ля, три раза та же нота соль. Обозначим каждый из этих переходов числом от 1 до 8 и выберем случайным образом число, лежащее в этом интервале, чтобы определить вторую ноту мелодии. Если выпадет 1, этой нотой будет соль второй октавы, если 2 — ре, если 3 — до, если 4 или 5 — ля, если 6, 7 или 8 — соль. Допустим, выпало число 3. Это означает, что второй нотой в новой мелодии будет нота до.

Повторим эти же действия для пяти возможных вариантов выбора ноты, следующей за до: ре, до, си, си и соль. Случайно выбранное число в интервале от 1 до 5 укажет третью ноту новой мелодии. Допустим, выпало число 4. Третьей нотой новой мелодии станет нота си. Эти действия повторяются требуемое число раз. Далее приведена мелодия, написанная с помощью этой техники:

Второй Happy Birthday

Мы только что проанализировали музыкальное произведение с помощью марковского процесса первого порядка, учитывая, как каждая нота зависит от предыдущей. Попробуем теперь использовать марковский процесс второго порядка и определить, как каждая нота зависит от двух предыдущих. Проанализируем исходную мелодию еще раз. Первый переход второго порядка — это соль-соль => ля. Следующий — соль-ля => соль.

Хотя число возможных переходов второго порядка равняется 64·8 = 512, в мелодии используется лишь несколько из них. Они представлены в таблице:

При создании мелодии второго порядка нужно выполнить те же действия, что и в предыдущем случае. Разница заключается только в том, что останется совсем немного способов «свернуть» с пути, заданного исходной мелодией. Далее приведена мелодия, созданная по этому методу:

Эти мелодии воссоздают исходную Happy Birthday лишь порядком следования нот друг за другом. Эту же технику можно применять и к другим музыкальным «измерениям» и определять с ее помощью длительности нот, гармонические последовательности, регистры, оркестровку и так далее.

EMI

Программа EMI (англ. Experiments in Musical Intelligence — «Эксперименты в области музыкального искусственного интеллекта») не только имитирует стили великих композиторов, но также способна создавать собственные композиции.

Разработанная американцем Дэвидом Коупом программа EMI анализирует произведения выбранного композитора и выделяет их фрагменты — музыкальные «клетки», затем комбинирует их в новом порядке и создает композиции в том же стиле, что и проанализированные произведения. На основе этих фрагментов произведений под руководством опытного пользователя EMI формирует таблицы подобные той, что используется в игре Моцарта Musikalisches Würfelspiel. Далее EMI использует различные приемы искусственного интеллекта для объединения этих изолированных фрагментов. Произведения, созданные EMI, «прошли проверку» слушателей-людей: некоторым понравилась услышанная музыка, другие пришли в ярость, а кто-то всерьез обеспокоился способностью машины воспроизводить плоды человеческого гения. Коуп не согласен с тем, что в будущем слушатели будут реагировать на компьютерную музыку подобным образом: «По сути, компьютер — это лишь инструмент, расширяющий наш разум. Музыка, созданная с помощью наших алгоритмов, столь же «наша», как и та, что создана исключительно человеческим вдохновением».