16.06.2012 3353

Основные понятия и особенности компьютерной музыкальной обучающей системы (КМОС)

 

Информатизация современного мира, развитие телемеханики и телематики как новой отрасли знаний и индустрии с неизбежностью ставят перед современными системами образования задачу формирования у учащихся информационной культуры и усвоения информационной картины мира как необходимого условия жизни и функционирования в информационном обществе. Таким образом, с широкой компьютеризацией общества, с активным включением НИТ в системы образования актуальной становится задача разработки информационной педагогики как педагогики, вводящей обучаемого в систему информационных связей, дающей возможность ориентироваться в информационной среде, использовать информационные потоки и разумно анализировать их содержание.

Вопрос о применении компьютеров в музыкальном образовании вызывал до недавнего прошлого неоднозначные суждения. Сегодня, в век всеобщей компьютерной грамотности, совершенно очевиден тот факт, что одинаково необходимы как теоретико-методологические исследования возможностей применения ЭВМ в музыкальном образовании, так и попытки получения начального практического опыта в использовании компьютеров при проведении занятий по музыкальным предметам.

В учебно-методической литературе появилось такое понятие, как КМОС - компьютерная обучающая музыкальная система, в качестве компонентов которой рассматриваются учащийся, компьютер и предмет « Информационного отношения» между ними, т. е. сама музыка.

Различают следующие виды КМОС:

- компьютер-лектор: информирующие системы активно «загружают» память учащегося;

- компьютер-тренер: формирующие системы ориентированы на выработку автоматических действий, навыков распознавания образов у обучаемого, подобные системы в музыке могут формировать «сенсорные эталоны», т. е. устойчивые представления о соотношениях между звуками, а также навыки мыслительных действий со звуковыми понятиями;

- компьютер-учитель: развивающие системы совершенствуют способности учащегося к произвольному запоминанию информации, комбинированию образов, творческому мышлению, сюда следует отнести и программы стимулирования художественного творчества.

Большинство выпускаемых персональных компьютеров предлагают пользователю определенные возможности музыкального программирования. Наличие звукогенерирующего устройства в системе ПЭВМ или возможность ее соединения с электронным синтезатором позволяют не только решить какую-то формальную задачу построения музыкального текста, но и реализовать результат в живом звучании. Кроме того, в настоящее время создаются специальные музыкально-ориентированные компьютеры, являющиеся своего рода музыкальными инструментами с электронным синтезатором звука и электронной памятью, позволяющими запоминать и воспроизводить импровизации композитора, печатать их в нотном виде, «играть» по введенным в него нотам и многое другое.

Существуют специальные музыкальные компьютеры, к которым, кроме обычного дисплея, подключается также музыкальная клавиатура, аналогичная фортепианной. Так, например, музыкальный синтезатор представляет собой процессор, вмонтированный в музыкальную клавиатуру. С его помощью можно имитировать рояль, хор, различные духовые, струнные и ударные инструменты. В настоящее время применяются и специализированные музыкальные приставки, которые с помощью соответствующего математического обеспечения позволяют выполнять те же функции на обычном компьютере, обладающем достаточной мощностью. Такой компьютер должен быть оснащен специальной звуковой системой. Компьютеры такого типа можно использовать как специализированное рабочее место музыканта при аранжировке и сочинении музыки, а также в музыкальном обучении.

Компьютерное моделирование музыкальных явлений, не сводящееся к простому «переводу» на язык математики уже существующих в музыковедении правил, а основанное на системном анализе восприятия музыкальных структур, имеет своим базовым понятием тяготение, формально проявляющееся в повышенной вероятности появления тех или иных комплексов музыкальных элементов. Такой подход закладывает основу применения статистических методов для изучения связей и отношений между разнообразными элементами музыкальных явлений. Однако этого недостаточно даже для очень простых по своей звуковой и ритмической организации музыкальных композиций, ибо всякая композиция обладает определенным, понятным слушателю содержанием. В ходе присвоения этого содержания формируются соответствующие психологические механизмы, позволяющие субъекту производить отбор, комбинирование, сопоставление и классификацию музыкальных структур на основе системы музыкально - слуховых образов. Тем самым статистический подход к моделированию музыкальных явлений должен быть дополнен моделированием соответствующих когнитивных процессов.

Была разработана методика построения компьютерных моделей когнитивных процессов, протекающих при распознавании метрической и тональной структур музыкального произведения. На первом этапе анкетированием специалистов-музыковедов выявляются образующие факторы для указанных структур. Затем каждый из этих факторов описывается набором статистически вычисляемых параметров, выступающих в дальнейшем в качестве аргументов распознающей функции. Так, при построении компьютерной модели распознавания метрической структуры было выделено три фактора метрообразования. Первый из них описывается двумя параметрами, второй и третий - тремя параметрами каждый, т. е. распознающая функция имеет восемь аргументов. Для простоты последующей интерпретации результатов нами была выбрана линейная распознающая функция. В этом случае, как известно, коэффициенты при переменных показывают значимость соответствующего параметра для распознавания структуры. Значения коэффициентов находились экспериментально на специально подобранных группах однородного по стилевым характеристикам материала. Аналогично строилась функция, распознающая тональную структуру. Отметим, что на самом деле строится не одна распознающая функция, а некоторый класс таких функций, и каждая из них выступает некоторой математической моделью распознаваемой структуры.

Хорошо известно, что распознавание слушателем метрико - ритмической и тональной структур обычно происходит задолго до окончания прослушивания музыкального материала полностью. Будем говорить, что функция моделирует распознавание, если для нее близки друг к другу моменты распознавания структуры человеком и ЭВМ. Из класса функций, распознающих тональность, удалось выбрать такую, которая удовлетворяет указанному требованию для 88% музыкальных фрагментов, предъявленных ЭВМ и группе экспертов. Это свидетельствует об адекватности построенной модели распознавания. В оставшихся 12% произведений человек распознавал тональную структуру значительно раньше, чем компьютер, что говорит о наличии дополнительных психологических механизмов распознавания, не учитываемых данной моделью. Можно сказать, что нами было выявлено формализуемое ядро когнитивных процессов формирования метрической и тональной структур, определяющее нормативный уровень освоения этих структур обучаемыми.

Модели когнитивных процессов являются базой для создания эффективных обучающих программ, позволяющих учащимся осваивать музыкальные понятия не в тренажерном, а поисковом режиме, обеспечивая правильное формирование стратегий поиска. Поэтому построенные нами распознающие функции являются модельным ядром создаваемых в Уральской консерватории обучающих программ, связанных с освоением понятий метра и тональности.

Главной особенностью любого художественного материала (и музыкального в том числе) является тонкое сочетание соблюдения нормативности и ее нарушений при его создании. Этим, по-видимому, объясняются неудачи многочисленных попыток разработки компьютерных программ как для моделирования музыкальных объектов, так и для музыкального образования - в них либо закладываются сугубо нормативные решения, либо чисто вероятностные процессы, не учитывающие этих тонких взаимосвязей. Поэтому был разработан следующий подход к созданию обучающих программ музыкального образования. Все ограничения разбиваются на четыре класса:

- структурные ограничения, абсолютные в рамках принятой музыкальной системы;

- императивные ограничения, нарушение которых считается ошибкой;

- оптативные ограничения, нарушение которых нежелательно, но не является грубой ошибкой;

- субъективные ограничения, представляющие собой совокупность индивидуальных предпочтений, благодаря которым из нескольких равноправных вариантов выбирается наиболее приемлемый.

Обучающая компьютерная программа предлагает студенту задания, выполняемые им в соответствии с указанными ему ограничениями. Если заданы все четыре группы ограничений, то, как правило, задача имеет единственное (нормативное) решение, если она вообще разрешима. В этом случае преследуются исключительно дидактические цели, а творческие возможности обучаемого нивелированы. В другом предельном случае, когда фиксированы лишь ограничения первой группы, число возможных вариантов решения задачи очень велико, что создает предпосылки для введения оценки нестандартности решения. Различные промежуточные варианты позволяют вводить системы штрафов за нарушения ограничений второй и третьей групп (решения с нарушениями ограничений первой группы не считаются решениями!). Игровая ситуация в обучении создается тем, что обучаемому предлагается найти решение с минимальной суммой штрафов. Параллельно этому оценивается нестандартность получившегося решения (степень отклонения от нормативности). Это позволяет, гибко реагировать на складывающуюся учебную ситуацию, то стимулируя учащегося к освоению необходимых понятий, то побуждая его к проявлению своего творческого потенциала. ПК - основа для создания небольшой личной «звукозаписывающей студии». Применение компьютеров в музыке насчитывает восемь основных областей, каждая из которых частично пересекается с другой. Компьютеры могут быть использованы как МИДИ - секвенсеры, для редактирования и печати нотных партитур, для записи, воспроизведения и редактирования цифрового аудиосигнала, редактирования и сохранения синтезаторных «патчей» (наборов тембров), для «продвинутой» работы с МИДИ (сочинение экспериментальной компьютерной музыки), создания МИДИ-аккомпанемента, синтеза музыки и музыкального самообразования.

Понятие и использование секвенсеров - наиболее широкая область применения компьютеров в музыке. Компьютер, оборудованный звуковой картой, МИДИ-интерфейсом и программой-секвенсером, может записывать и воспроизводить полную оркестровку, управляя несколькими синтезаторами и звуковыми модулями одновременно. При записи песни в компьютер можно слой за слоем создавать аранжировку, изменять партитуру по ходу работы. Процесс редактирования отображается на экране монитора, что позволяет достаточно легко освоить программу и в дальнейшем работать с ней. Когда МИДИ-треки полностью готовы, песню переводят в формат аудио (записывают на ленту или на жесткий диск), после чего в нее добавляют акустические инструменты и вокал. Существуют мощные программы- секвенсеры, позволяющие работать как с МИДИ-дорожками, так и с аудиотреками. Компьютер также может управлять внешним магнитофоном и воспроизводить МИДИтреки синхронно с аудиотреками, записанными на магнитофон.

Использование цифровой записи позволило значительно расширить возможности КМОС.

Цифровые магнитофоны бывают нескольких видов: DAT- магнитофоны (цифровой «мастер-магнитофон», на который записывают сведенную стереофоническую фонограмму), многоканальные цифровые магнитофоны, пишущие на магнитную ленту (ADAT), хард-диск рекордеры, рабочие станции на основе компьютера. Компьютер должен быть оснащен преобразователями для воспроизведения звука: аналого-цифровыми на входе (АЦП) и цифроаналоговыми на выходе (ЦАП). Для IBM-совместимых компьютеров такие конвертеры выпускают в виде дополнительных звуковых карт, оснащенных также функциями МИДИ. В компьютерах Power Macintosh 16-битные конвертеры интегрированы в материнскую плату. Стандартом считают 16-битный формат (формат компакт-диска). В настоящее время появились и широко применяются 20 - и 24-битные цифровые преобразователи. Наиболее качественные - конвертеры фирмы Digidesign. Продукция фирм Digital Audio Labs и Turtle Beach очень популярна. Ее стоимость невысока, а качество звучания вполне достаточно для любительской звукозаписи. Записанные аудиотреки хранят на жестком диске (винчестере) компьютера, который может быть как внутренним (IDE или SCSI), так и внешним (SCSI) диском. Аудиоинформация занимает много места на винчестере, но работа с этим форматом дает значительные преимущества. Это и высокое качество звука, и возможность делать резервные копии и менять местами треки, производить другие операции без какого-либо ухудшения качества сигнала. Возможности редактирования включают в себя не только монтаж (вырезание части фонограммы, копирование и т.д.), но и обработку сигнала с помощью эквалайзера и многих иных сложных алгоритмов, таких как компрессия, реверберация и т. д. Функции работы с цифровым аудио имеют многие программы-секвенсеры. Они позволяют записывать, редактировать и воспроизводить как аудио -, так и МИДИ-треки. Перечислим только некоторые из них. Это - Studio Vision фирмы Opcode, Digital Performer фирмы Mark of the Unicorn, Cubase Audio и Cubase VST фирмы Steinberg, Logic Audio фирмы Emagic. В отдельные треки можно записывать акустические инструменты и вокал, а потом обрабатывать сигнал и сводить многоканальную фонограмму в стерео. Простейшие аудиосеквенсеры позволяют записывать и воспроизводить один аудиотрек (стерео или моно). Профессиональные секвенсеры работают с 16 и более треками аудио. Для таких программ необходим компьютер с высоким быстродействием.

Программы редактирования синтезаторных патчеЙ называют «редактор/библиотекарь» (editor/librarian). К ним относятся, например, программы Sound Diver фирмы Emagic, Galaxy фирмы Opcode и многие другие. Они позволяют сохранить на жестком диске компьютера банк патчей (звуковых программ) из внутренней памяти синтезатора. Можно комбинировать патчи из разных банков и сохранять набор тембров в новом банке, а также редактировать сами патчи. Делать это в компьютере гораздо проще, чем в самом синтезаторе, так как удобный графический интерфейс облегчает общение с библиотекой звуков. Дисплей синтезатора - жидкокристаллический и имеет меньший размер, чем экран компьютерного монитора. С развитием сети Интернет стало возможно переписывать банки звуков с серверов фирм-производителей (нередко это - бесплатное удовольствие). Записанные банки данных можно потом редактировать в компьютере. Программа редактор/библиотекарь имеет базу данных, позволяющую осуществлять поиск нужного патча по категории или по ключевому слову. Например, можно дать задание программе найти все патчи бас-барабана, которые имеют в своем названии слово «techno» («технобочка»).

Многие программы-секвенсеры предоставляют возможность редактировать партитуру в традиционном виде, т. е. в виде нот. Можно перемещать ноты с помощью мыши, вводить или отменять знаки, менять размеры, ключи и т. п. Окончательный результат распечатывают на принтере.

Специализированные программы-нотаторы (Finale фирмы Coda Music Technology, Encore и др.) предлагают дополнительные возможности по редактированию. Они имеют больший набор специальных символов, весьма удобные функции и более точный контроль за тем, как будет выглядеть страница нотного текста при печати. Такие программы также позволяют вводить ноты с МИДИ-клавиатуры.

Существует программное обеспечение с возможностью сканировать нотные листы и переводить партитуру в формат МИДИ. Программа работает по тому же принципу, что и программа распознавания текста. Вначале с помощью сканера создается графический файл, после чего его содержимое интерпретируется в формат МИДИ и/или формат, с которым работает программа-нотатор. Эта технология пока не вполне совершенна, но тем не менее помогает аранжировщику значительно экономить время. К числу таких программ относится Nightingale фирмы AMNS, NoteScan и др.

Программы миди - аккомпанемента.

Имеется несколько программ, с помощью которых можно создавать полную аранжировку для инструментальной группы. Эта аранжировка воспроизводится на любой мультитембральной аудиокарте, синтезаторе или звуковом модуле. Среди таких программ - Band-In-ABox фирмы PG Music, SuperJam фирмы Blue Ribbon Soundworks и Jammer фирмы Soundtrek. Программы имеют клише (templates) всех распространенных стилей музыки. С их помощью пользователь может задавать последовательность аккордов в песне, повторы отдельных частей, барабанные брейки и т. д. Некоторые программы позволяют также создавать свои собственные стили, изменять готовые (запрограммированные) стили и добавлять секвестрованные треки (например, мелодию) поверх автоматического аккомпанемента. Программы имеют много общего с авто аккомпанементом, имеющимся в недорогих домашних клавишных инструментах марок Yamaha, Casio и т. д. Однако они работают в компьютере, а не во встроенном секвенсоре, и обладают дополнительными возможностями.

Виртуальные синтезаторы.

К этой категории программ относятся как «чистые» синтезаторы, так и виртуальные ритм-боксы. Первые - MetaSynth, TurboSynth, GrainWave и другие для Macintosh, Generator и Reality для Windows - имитируют работу аналоговых синтезаторов (FM-синтез, гранулярный синтез и т. д.), позволяя получить из простой синусоиды замысловатые звуки, шумы, а также производить морфинг (плавное преобразование одного звука в другой) и другие операции. В настоящее время существует около 30 программсинтезаторов звука. Возможности простираются от синтеза моносигнала в программе Audio Architect до 16-тембральной рабочей станции-синтезатора Reality фирмы Seer Systems.

Виртуальные ритм-боксы программируют секвенции из нескольких барабанных и мелодических паттернов и имеют функции обработки звука (цифровая задержка, эффект «дисторшн», фильтры и т.д.). К ним относятся программы ReBirth, GrooveMaker и др.

Улучшенная работа с миди.

Здесь речь идет о программе Мах фирмы Opcode Systems. Она представляет собой специализированное программное обеспечение, ориентированное на экспериментальные цели (что-то типа набора «сделай сам» для программирования МИДИ). Эта программа работает на платформе Macintosh. Она преобразует один вид МИДИ-информации в другой. Например, на вход поступило сообщение о движении колеса модуляции на клавиатуре. Мах может сделать из этого целый поток новых нот. Принцип работы этой и подобных программ известен как «алгоритмическая композиция».

Существуют программы для развития слуха, навыков чтения нот в разных ключах и для изучения основ популярных стилей. Программа Vivace фирмы Coda Music Software применяется в качестве аккомпаниатора для сольных инструменталистов. Она может играть синхронно, изменяя темп в соответствии с игрой музыканта. Это делается с помощью конвертера «pitch- to-MIDI» («высота тона - МИДИ»).

Изобретение МИДИ в 1983 г. впервые сделало возможным соединить в одну цепочку недорогие ПК и синтезаторы. Это многое изменило в жизни музыкантов и аранжировщиков, внесло в процесс создания музыки новые возможности, позволило автоматизировать операции, которые раньше приходилось выполнять вручную, и вооружило пользователя графическим интерфейсом, т. е. возможностью видеть то, над чем он работает.

Итак, вы решили попробовать запрограммировать песню. У вас есть ПК с аудиокартой, пара секвенсорых программ и МИДИ - клавиатура. Как собрать из этого рабочую станцию? Что поможет соединить все эти части в единое целое и заставить их обмениваться данными?

Чтобы МИДИ-информация могла восприниматься и обрабатываться компьютером, необходимо специальное устройство - МИДИ-интерфейс. Это отдельное устройство, подключаемое к компьютеру. Только компьютеры Atari серии ST имеют встроенные МИДИ-входы и выходы. К компьютеру Macintosh МИДИ-интерфейс подключают через принтерный или модемный порт. Для IBM-совместимых компьютеров существуют МИДИ-интерфейсы, которые включают в последовательный или параллельный порт, но чаще входят в состав звуковой карты. МИДИ-шнуры подключают к внешнему переходнику, соединенному с аудиокартой.

МИДИ-разъемы выполнены в стандарте DIN (пятиштырьковые разъемы «европа»). Они слишком широкие, чтобы включаться в саму карту на задней панели компьютера, поэтому нужен переходник, который представляет собой пластмассовую коробку с двумя или более МИДИ - разъемами. Нередко он поставляется в комплекте со звуковой картой.

Помимо МИДИ-интерфейса, компьютер нуждается в установке операционной системы, работающей с МИДИ и позволяющей производить обмен информацией между программным обеспечением и интерфейсом. В случае с IBM-совместимыми компьютерами (PC) необходимо инсталлировать МИДИ-драйверы либо с установочного диска Windows, либо с дискеты, которая прилагается к интерфейсу.

На компьютерах Macintosh может работать несколько операционных систем МИДИ: во-первых, MIDI Manager, который устанавливается вместе с операционной системой MacOs; во-вторых, Open Music System (OMS) фирмы Opcode; в-третьих, система FreeMIDI фирмы Mark Of The Unicom. Все три системы могут быть инсталлированы на один и тот же компьютер. Музыкальные программы при запуске будут вызывать ту из них, которая им необходима для работы. Система OMS входит в состав программ QuickTime для Macintosh и Microsoft Windows 95 для PC.

OMS и FreeMIDI поставляются с музыкальным программным обеспечением Opcode и Mark Of The Unicorn. Помимо обмена МИДИ- параметрами между компьютером и интерфейсом, они позволяют производить МИДИ-обработку в реальном времени, включая разделение клавиатуры, и делают информацию (например, названия патчей, которые загружены в этот момент в конкретном синтезаторе) доступной для работы других МИДИ-устройств.

 

АВТОР: Марков А.И.