О новых технических результатах в области музыки
Сегодняшний новогодний выпуск радиожурнала состоит из трёх репортажей, так или иначе связанных с музыкой. Разговор пойдёт об усовершенствовании конструкции гитары, о реставрации аутентичного звучания старинных органов и о необычных акустических колонках узконаправленного действия.
Начнём с гитары. Желающих научиться играть на этом инструменте немало, но многие вскоре бросают учёбу. Не в последнюю очередь это связано с тем, что они либо не в силах справиться с настройкой гитары, либо это непростое и муторное занятие им страшно надоедает. А играть на расстроенной гитаре – это значит, мучиться самому и мучить других. Да если бы всё это касалось только начинающих! Процедуру настройки проклинают и опытные гитаристы:
Я сам вот уже почти двадцать лет играю на гитаре, и эта вечная настройка инструмента меня в конце концов так достала, что я решил: нужно что-то придумать, –
вспоминает гамбургский инженер Крис Адамс (Chris Adams). С тех пор, как у гитариста-любителя лопнуло терпение, минуло десять лет. Нельзя сказать, что путь изобретателя был усыпан розами: несмотря на отчаянные усилия, долгое время ему не удавалось увлечь своей идеей самонастраивающейся гитары ни одну из известных фирм-производителей. Многие ответственные менеджеры выражали сомнение в практической осуществимости этой идеи, а то и просто крутили пальцем у виска. Но Крис Адамс не сдавался и в конце концов нашёл партнёра, о котором можно было только мечтать, – американскую компанию «Gibson», одного из самых знаменитых в мире производителей электрогитар. Сотрудничество оказалось весьма успешным, и вот в начале декабря в Берлине состоялась презентация нового инструмента под названием «Robot Guitar», то есть «гитара-робот». Взяв за основу свою самую популярную модель – «Les Paul», – компания «Gibson» оборудовала её устройством, которое разработала основанная Крисом Адамсом фирма «Tronical». В основе этого устройства, получившего название «PowerTune», лежат пьезоэлементы – сенсоры, преобразующие механическую деформацию в электрический сигнал. Под каждой струной расположено по одному такому сенсору. Крис Адамс поясняет:
Когда я ударяю по струне, она начинает вибрировать, и в результате давление на пьезоэлемент изменяется. Соответствующая электроника анализирует это изменение давления и определяет частоту колебания струны.
Эта информация поступает в микропроцессор, интегрированный в корпус инструмента. Мини-компьютер сравнивает высоту тона каждой струны с заложенными в его памяти нормативными показателями. Если при этом обнаруживается несовпадение значений, микропроцессор посылает по струнам корректирующие электрические сигналы в головку грифа. Здесь расположен ещё один микропроцессор, задача которого состоит в управлении колковым механизмом. Каждый колок «гитары-робота» оборудован компактным, но достаточно мощным сервомоторчиком. Эти моторчики и вращают колки, обеспечивая идеальную настройку инструмента. Масса каждого такого моторизированного колка – всего 46 граммов. Вся настройка занимает не более 5-ти секунд, хотя этот процесс вовсе не так прост, как может показаться неспециалисту, – говорит Крис Адамс:
Каждая струна связана со всеми остальными. То есть если у меня имеется сильно расстроенная гитара и я начинаю её настраивать – сначала первую струну, потом вторую и так далее, – то когда я доберусь до последней, мне придётся снова начинать с первой, потому что другие струны тем временем опять расстроились. А система «PowerTune» выбирает стратегию, ведущую к оптимальному результату, и следует этой стратегии.
Это в теории. А как самонастройка функционирует на практике? Крис Адамс берёт в руки гитару и демонстрирует, насколько она расстроена:
Лажа!
Чтобы включить режим автоматической настройки, Адамс вытягивает регулятор громкости на полсантиметра из корпуса. Собственно, это раньше здесь был регулятор громкости, а теперь здесь «Master Control Knob», то есть главная ручка управления системой:
Теперь мне нужно только ударить по струнам, желательно одновременно по всем, и гитара сама перестроится.
Встроенные в ручку управления светодиоды вспыхивают зелёным цветом, раздаётся едва слышное жужжание, и колки, словно повинуясь невидимой руке, начинают вращаться. Но спустя несколько секунд жужжание прекращается, светодиоды загораются ровным синим светом, и это означает, что настройка закончена.
Компания «Gibson» выбрала нескольких известных гитаристов из числа своих старых заслуженных клиентов и предоставила им возможность на протяжении двух месяцев испытать самонастраивающийся инструмент. Ули Джон Рот (Uli Jon Roth), в середине 70-х годов игравший в самой известной немецкой хард-рок-группе «Scorpions», а сегодня выступающий соло, говорит:
Впервые в жизни у меня теперь правильно настроенные гитары. Если, скажем, одна струна рвётся, натяжение на грифе меняется, и весь строй гитары резко нарушается, почти на полтона. Раньше выступление приходилось прерывать, а теперь достаточно паузы в 2-3 секунды, чтобы гитара самонастроилась. Я не сомневаюсь, что через 10 лет таким устройством будет серийно оборудована каждая гитара.
Ему вторит Борд Торстенсен (Baard Torstensen), ритм-гитарист норвежско-шведской рок-группы «Clawfinger»:
Для меня это настоящая революция. Мне не нужно заботиться о настройке инструмента, я могу полностью сосредоточиться на игре. Кроме того, на концерте я использую для разных песен разные варианты строя. Если раньше мне для каждого строя требовалась отдельная гитара, то теперь я могу весь концерт отыграть на одной гитаре.
Это весьма важное обстоятельство. Сегодня мало кто из известных гитаристов часто пользуется так называемым стандартным строем 6-струнной гитары – ми, си, соль, ре, ля, ми. У каждого музыканта имеются свои излюбленные варианты строя, наиболее подходящие для того или иного жанра, той или иной техники исполнения, того или иного конкретного произведения. Так вот, гитара-робот удобна ещё и тем, что в её память изначально заложены 11 различных вариантов строя из тех, что наиболее часто применяются современными музыкантами, а ещё 6 вариантов пользователь может запрограммировать сам. Кроме того, гитара оборудована специальным устройством – оно называется «Tune Control Bridge», – которое следит за тем, чтобы настройка не сбилась. То есть этот инструмент, единожды настроившись, никогда больше не расстраивается – до тех пор, пока исполнитель сам не захочет изменить вариант строя.
Первая партия чудо-гитар выпущена в цветовом исполнении «Blue Silverburst» ограниченным тиражом в 4 тысячи штук. Она поступила в продажу 7-го декабря по относительно скромной цене в 1895 евро. Впрочем, выражение «поступила в продажу» не вполне соответствует действительности, потому что на прилавках музыкальных магазинов гитара так и не появилась: весь тираж был распродан заранее по предварительным заявкам. Правда, компания «Gibson» планирует выпустить вскоре и другие модели, тем более что устройство «PowerTune» в принципе может быть установлено практически на любой гитаре, включая 12-струнные и акустические, да и не только на гитаре. Со временем оно должно продаваться и отдельно по цене в 900 евро – не то чтобы безумно много, но и немало. Впрочем, Крис Адамс надеется, что по мере роста объёмов производства устройства «PowerTune» цена на него будет снижаться и вскоре достигнет того уровня, когда эта инновация станет доступной любому ученику музыкальной школы.
А теперь давайте отложим гитару и обратимся к самому масштабному и сложному из всех музыкальных инструментов – органу. До сих пор при реставрации старинных органов мастерам часто приходилось мириться с некоторым, порой весьма существенным, изменением окраски их звучания. Однако вскоре с этим будет покончено. Финансируемая Евросоюзом исследовательская программа «TrueSound» открывает перед реставраторами новые возможности, которые позволят им восстанавливать аутентичное звучание органа.
Так сегодня звучит орган в доминиканском костёле Святого Духа в Вильнюсе. Точно так же этот орган работы известного немецкого мастера 18-го века Адама Готтлоба Каспарини (Adam Gottlob Casparini) звучал и в 1776-м году, когда был построен. Однако ещё недавно этот регистр, именуемый «vox humana», то есть «человеческий голос», вызывал недовольную гримасу на лицах экспертов. Дело в том, что звуки в этом регистре производятся тонкими гибкими латунными язычками, вибрирующими под давлением воздушной струи: чем длиннее язычок, тем ниже звук. В вильнюсском органе эти язычки за 200 с лишним лет утратили упругость и требовали замены. Конечно, современная промышленность производит такие запчасти для органов серийно, однако в данном случае это был бы не лучший выход из сложившейся ситуации, – говорит литовский органный мастер, член международной ассоциации органостроителей Римантас Гучас (Rimantas Gucas):
Имеющиеся в продаже язычки всегда хорошие. Можно сказать, очень хорошие, до того хорошие, что навевают скуку. С их помощью практически невозможно получить подлинный живой звук старинного инструмента. Они звучат слишком чисто, слишком стерильно. Поэтому нынешние эксперименты с историческими язычками я считаю очень важными.
В этом и состояла задача проекта «TrueSound» – выяснить, почему старинные язычки звучат не так, как современные. Помимо органостроителей, в работе активно участвовали и материаловеды. Координатор проекта – Бригитте Баретцки (Brigitte Baretzky), сотрудница Института металловедения Общества Макса Планка в Штутгарте, – лично изучала несколько исторических язычков, которые ей прислал Римантас Гучас:
Сложность – по сравнению с обычным анализом – состояла в том, что мы ни в коем случае не должны были повредить эти драгоценные исторические язычки, демонтированные из старинных инструментов. Им предстояло после анализа снова занять своё прежнее место в трубах органов. Наши обычные металловедческие методы – изготовление шлифов, травление кислотами и так далее – здесь не годились. Мы могли использовать только неразрушающие методы экспертизы. То есть, прежде всего, рентгеновские исследования.
Чтобы получить информацию о химическом составе сплава, учёным необходимо разрешение в нанометровом диапазоне. Для этого нужна высокая интенсивность излучения, реализовать которую исследователям удалось на одном из линейных ускорителей частиц в Будапеште. Оказалось, что сплав, из которого изготовлены старинные язычки, наряду с медью и цинком содержит и значительную примесь свинца. Это немало удивило учёных, поскольку свинец придаёт латуни хрупкость. Да и распределение свинца в сплаве наводило на мысль, что его присутствие не отвечало намерениям древних металлургов. Изучение литературы подтвердило эту гипотезу, – говорит Бригитте Баретцки:
Примерно в то же время, когда свинец исчез из пушечных сплавов, от пропал и из металла этих язычков. То есть просто к середине 18-го века металлурги научились выплавлять медь без примеси свинца.
Впрочем, звучание язычка зависит не только от его химического состава, но и от особенностей его кристаллической и атомарной микроструктуры. Специальные исследования с помощью электронного микроскопа позволили получить весьма подробную информацию и на этот счёт. В конечном итоге учёные разработали два латунных сплава, из которых можно изготовлять точные аналоги старинных язычков. Такими аналогами Римантас Гучас и заменил утратившие упругость оригиналы в вильнюсском органе работы Каспарини. И остался вполне доволен:
Меня эта история очень порадовала. Это открывает совершенно новые перспективы в реставрации старинных инструментов.
И в заключение передачи – о новой разработке южнокорейских инженеров. Прибегнув к относительно простым техническим решениям, они сконструировали акустические колонки узконаправленного действия. Это позволяет доносить аудиоинформацию до слушателей, сидящих перед колонкой, не обременяя акустическими сигналами тех, кто расположился слева или справа от динамиков. Чжань-хуэй Ли (Chan-Hui Lee), инженер Корейского научно-технологического института перспективных исследований в Тэчжоне, говорит:
Если в гостиной включён телевизор, это вовсе не значит, что вся семья хочет его смотреть. Отец, скажем, увлечён трансляцией футбольного матча, а сын хотел бы книгу почитать, и вопли комментатора ему мешают.
Коллега Чжань-хуэя Ли – Цзихо Чжан (Jiho Chang) – решил заняться решением этой проблемы из других соображений:
В Корее много залов игровых автоматов, но долго находиться в таких залах невозможно: каждый автомат издаёт громкие звуки, поэтому там страшно шумно.
Всё это и побудило корейских инженеров взяться за разработку акустических колонок, которые распространяли бы звук примерно так же, как карманный фонарик распространяет свет: узкий луч освещает не всё помещение, а лишь угол, в который он направлен. Идея хороша, но как реализовать её на практике? Мы решили использовать явление интерференции, – говорит Ли:
Интерференция применительно к акустическим волнам означает вот что: их можно наложить друг на друга так, что в одном случае они взаимно усилятся, а в другом – взаимно погасятся.
Чтобы убедиться в осуществимости своей идеи, Ли и его коллеги смонтировали прототип колонки размером с компьютерный монитор, разместив в нём сразу 9 динамиков в шахматном порядке. Хотя на все динамики подаётся один и то же сигнал, он поступает не одновременно: центральный процессор распределяет его так, что на один динамик он попадает чуть раньше, на другой – чуть позже. Это и позволяет усилить фронтальный сигнал и ослабить боковые. Правда, на рынке уже имеются динамики направленного действия, но они функционируют иначе: излучают две ультразвуковые волны, которые, накладываясь, формируют сигнал в слышимом диапазоне. Но Ли это не смущает:
Эта ультразвуковая система – весьма дорогое удовольствие. Там необходимы дорогие компоненты и большая мощность. Наша система гораздо дешевле. Мы обходимся самыми простыми динамиками по 30 центов за штуку.
Правда, до стадии выхода на рынок система ещё не дозрела, – говорит Чжан:
Должен признать, что в очень гулких помещениях звук пока оставляет желать лучшего. Над этим нам ещё предстоит поработать. Кроме того, мы хотим сделать систему более компактной, чтобы её можно было интегрировать в портативные устройства – мобильные телефоны, компьютеры-наладонники и т.д. Ну и, наконец, система должна работать не только в моно-, но и в стерео-режиме.