Get Adobe Flash player

Современные тенденции в обучении студентов по направлению звукорежиссуры и подобных специальностей ведут к превалированию практических навыков в освоении специальностей, что, несомненно, является необходимым и, пожалуй, единственно верным, особенно в такой сугубо практической области. Однако теоретические знания (преобразование Фурье, теория синтеза звука, физическое моделирование и т. д.) также необходимы, однако либо их суть так и не раскрывается в должной мере либо, наоборот, даётся сложный математический аппарат без практической реализации. У автора нет задачи заставлять студентов самим создавать программные процессоры обработки звука. Напротив, с помощью средств визуального программирования объяснять суть явлений намного проще и нагляднее. Обучающиеся гораздо лучше воспринимают такую подачу материала, и это их побуждает к более глубокому изучению, например, процессов звукообразования у различных музыкальных инструментов.

Существует несколько сред визуального музыкального программирования — Csound, SuperCollider, ChucK, Pure Data, Max. C точки зрения простоты изучения (для преподавателя и студента), последние две, созданные Миллером Пакеттом, представляют наибольший интерес. Max/MSP была куплена компанией Cycling’74 и стала коммерческой программой, Pure Data распространяется свободно, но оставаясь мощным средством, с точки зрения интерфейса и освоения, она более сложна, чем Max/MSP, которую автор использует для обучения уже несколько лет (в дальнейшем в статье все примеры будут приведены только на Max/MSP).*

* C 7-й версии Max/MSP называется просто Max. Его проекты ("патчи") могут открываться и в бесплатной версии а редактироваться — только в платной. Также их можно трансформировать в приложения для MacOS и Windows. C 2017 года Cycling’74 объединились с компанией Ableton, теперь среда под названием Max for Live полностью интегрирована в цифровую рабочую станцию (Digital Audio Workstation, DAW) Ableton Live. На данный момент существует восьмая версия программы Max, все примеры, используемые в данной статье, функционируют и в ней.

Возникает вопрос о преимуществах Mах, например, в подаче лекционного материала. Возможно ли то же самое сделать средствами стандартных DAW и не будет ли изучение интерфейса Max излишним? Max — это модульная среда, пользователь может создавать какие угодно интерфейсы, с произвольным набором параметров. Коммерческие же программные синтезаторы, как правило, имеют закрытую архитектуру, там невозможно использовать отдельный блок для изучения его характеристик (к примеру, невозможно соединить генератор низкой частоты с аудиовыходом, тем самым проанализировав его работу на разных частотах). Ниже будет приведено большое количество примеров, показывающих удобство и информативность при использовании Max в качестве обучающего инструмента.

В этой статье приведены выдержки из материалов лекций дисциплины "Цифровые аудиотехнологии" специальности "Музыкальная звукорежиссура" первого, второго и третьего курсов Санкт-Петербургского Гуманитарного университета профсоюзов (СПбГУП). На этапах начального обучения по данной специальности было принято решение использовать средства Max 8 (одновременно с традиционной работой в музыкальных редакторах) для лекционной части, посвящённой теоретическим основам цифровых аудиотехнологий. Результатом явилось то, что студенты стали лучше воспринимать материал, поданный в форме приложений. Они могут скопировать все проекты на свой компьютер и проанализировать его позднее более подробно.

В первой части ① статьи представлено краткое оформление лекций. Во второй части ② приведены примеры практической работы студентов (выборочные примеры лабораторного практикума). В третьей части ③ приведены выборочные примеры самостоятельных и курсовых работ студентов).**

** Ниже размещены ссылки на примеры готовых проектов, использующихся в статье (см. значки СКАЧАТЬ ФАЙЛ Max 8 patch). Для запуска патчей необходимо установить программу Max 8 для Windows или MacOS, которая бесплатно работает с полной функциональностью в течение 30 дней с момента установки, затем функция сохранения деактивируется (https://cycling74.com). Однако проекты можно продолжать использовать с единственным ограничением — без последующей модификации. Все примеры требуют активации аудиодрайвера компьютера. Для этого в программе Max 8 в основном меню необходимо использовать путь Options-Audio Status, затем выбрать драйвер (MacOS-Core Audio, Windows-ASIO или MME, — в зависимости от аудиоинтерфейса) и активировать, нажав на переключатель в левом верхнем углу.

Подпункты первой части взяты из свободно распространяемого приложения Electro-Acoustic Music Primer, созданного Марком Филлипсом в среде Max 7 и переведены на русский язык автором статьи.

• Аддитивный синтез

Аддитивный синтез и теорему Фурье сложно объяснить студентам, пользуясь стандартными средствами DAW. С помощью Max возможно наглядное представление теоремы Фурье. Общий вид периодической функции с периодом T по теореме Фурье [2, c. 3; 9, p. 59]:

Формула 1

где

Формула 1

n = 0, 1, 2, 3...

Функция пилообразного сигнала будет выглядеть следующим образом:

Формула 2

Согласно выражению (2), в Max можно создать набор синусоидальных генераторов с соответствующими частотами (кратными первой гармонике) и амплитудами (Рисунки 1 и 2).

Алгоритм создания функции пилообразной волны

Рисунок 1. Алгоритм создания функции пилообразной волны

Аддитивный синтез по теореме Фурье

Рисунок 2. Аддитивный синтез по теореме Фурье
(первая составляющая — синусоидальная)

СКАЧАТЬ ФАЙЛ Max 8 patch

• Маскирование

Маскирование тихого сигнала громким

Рисунок 3. Маскирование тихого сигнала громким

Эффект маскировки связан с процессом взаимодействия сигналов, благодаря которому происходит изменение слуховой чувствительности к одному сигналу (маскируемому) в присутствии другого сигнала (маскирующего) [1, c. 132; 6, p. 98]. В представленном патче проигрываются две волны — громкая пилообразная и тихая синусоидальная. Сначала тестируемый слушает обе волны, и синусоидальная не слышна на фоне пилообразной. Затем прослушивается одна синусоидальная волна. После этого опять прослушиваются обе волны, теперь тихая волна слышна на фоне пилообразной (Рисунок 3). В данном случае степень маскирования снижается. Это один из видов временной маскировки.

СКАЧАТЬ ФАЙЛ Max 8 patch

• Низкочастотные генераторы сигнала

Низкочастотный генератор сигналов (LFO)

Рисунок 4. Низкочастотный генератор сигналов (LFO)

Для автоматического управления некоторыми параметрами синтезаторов или эффектов используются низкочастотные генераторы сигналов (Low Frequency Oscillator, LFO) [4, p. 502-503; 9, p. 71-73; 10, p. 215-216], то есть их частота обычно находится в пределах 0.1 до 30 Гц. В представленном патче (Рисунок 4) можно увидеть осциллограмму этих сигналов в реальном времени и при выборе, например, прямоугольной волны услышать, что при частоте ниже порога человеческого слуха такая волна будет восприниматься как отдельные щелчки в моменты перехода от 0 к 1 и обратно. При повышении же частоты скорость воспроизведения этих щелчков увеличивается и человек начинает воспринимать это как звук с определённой высотой.

СКАЧАТЬ ФАЙЛ Max 8 patch

• Явление алиасинга при превышении аудиосигналом частоты Найквиста-Шеннона-Котельникова

Явление алиасинга

Рисунок 5. Явление алиасинга

Согласно теореме Найквиста-Шеннона-Котельникова, для того, чтобы аналоговый сигнал был восстановлен в процессе цифро-аналогового преобразования без потери информации, его частота в процессе аналого-цифрового и цифро-аналогового преобразований должна быть равна половине частоты, с которой происходит квантование сигнала [9, p. 59; 10, p. 29]. В противном случае, сигнал будет содержать совершенно другой набор гармонических составляющих. Этот эффект носит название алиасинг (англ. aliasing) — появление ложных частот [2, c. 141; 9, p. 307-308]. На Рисунке 5 красным цветом показан сигнал до квантования, синим — сигнал, получившийся в результате того, что частота квантования была ниже требуемого значения.

Алиасинг

Рисунок 6. Алиасинг

В Max услышать эффект алиасинга можно с помощью объекта degrade~ [5, p. 59]. Конструкция патча представлена на Рисунке 6.

СКАЧАТЬ ФАЙЛ Max 8 patch

Студенты, выбирающие специальность "Музыкальная звукорежиссура" чаще всего имеют либо начальное, либо среднее музыкальное образование. Им сложнее, по сравнению с выпускниками обычных школ, даются математические и физические основы звукорежиссуры. Используя аудиовизуальные средства, представленные выше, усвоение материала проходит значительно проще, происходит понимание описываемого процесса. В дальнейшем планируется количественное определение зависимости положительных ответов на промежуточных зачетах и экзаменах от использования Max 8 в процессе курса обучения, однако на данный момент об эффективности можно в некоторой степени судить по итоговым экзаменам за курс — общее количество положительных оценок повысилось.

На данном этапе можно привести следующие выводы:

✓ по итогам 2014/2015 учебного года количество экзаменационных ответов с оценкой "отлично" возросла на 8,4% по сравнению с периодом, когда новая методика не применялась (оценка "отлично" ставится, если студент показывает исключительные знания по предмету и отвечает на дополнительные вопросы). В этот период обучалось 36 студентов, из которых "отлично" получили 5 человек. В предыдущий период также обучалось 36 студентов, "отлично" получили 2 человека. Расчёт производился следующим образом (3):

Формула 3

где k — процент студентов с оценкой "отлично", ln — количество студентов с оценкой "отлично" за текущий период, mn — общее количество студентов за текущий период, ln-1 — количество студентов с оценкой "отлично" за прошедший период, mn-1 — общее количество студентов за прошедший период;

✓ по итогам 2015/2016 и 2016/2017 учебных годов наблюдалась устойчивая картина — количество оценок "отлично" и "хорошо" находилось на уровне предыдущего года, снизилось количество оценок "удовлетворительно". Студентам заочной формы обучения необходимо было выполнить контрольную работу в виде реферата на темы, предложенные преподавателем. По сравнению с теми периодами, когда новая система обучения ещё не использовалась, качество контрольных работ повысилось — у студентов появился интерес к глубокому исследованию темы, самостоятельному поиску литературы.

Часть процесса обучения студента-звукорежиссёра состоит в изучении приёмов использования тех или иных эффектов для обработки аудиосигнала (в виде готовых плагинов) на практике и теоретических аспектов их функционирования. Однако уникальная возможность самому создать работающий плагин способствует гораздо более глубокому познанию дисциплины. Преподаватель показывает студентам, как построить базовую модель плагина, а затем предоставляет возможность самостоятельно расширить функционал с учётом определённых требований.

• Поэтапное создание студентом эффекта Stereo Delay в Max for Live (лабораторная работа студента второго курса)

Расширение Max for Live для DAW Ableton Live позволяет создавать авторские аудио и MIDI-эффекты и использовать их как обычные плагины. Рассмотрим пример задания для студента.

Задание. Создать эффект временной задержки аудиосигнала.

Решение. Принцип действия эффекта задержки сигнала на определённое время (delay) основан на записи части сигнала в буфер и последующем её воспроизведении. В Max для этого используется комбинация объектов tapin~ и tapout~. tapin~ является буфером, tapout~ как бы "считывающей головкой" (по аналогии с ленточным магнитофоном). В tapin~ вводится размер буфера в миллисекундах (tapin~ 1000), а в tapout~ — время задержки [3, c. 13-16].

Для того чтобы добиться многократных затухающих повторений, необходимо ввести цепь обратной связи. Каждый следующий повтор должен иметь уровень сигнала меньший, чем предыдущий. В среде Max (да и в любой подобной программе) увеличение уровня сигнала в несколько раз производится путем умножения величины сигнала на какое-либо число. Однако необходимо помнить, что уровень выходного сигнала, то есть того, что мы слышим через громкоговорители, не должен превышать единицу. Умножаем (оператор *~) сигнал в цепи обратной связи на коэффициент меньше единицы. Создаём регулятор (Feedback) с диапазоном 0.0 — 0.99.

Создадим индивидуальную регулировку времени задержки для каждого канала, привязанную к темпу проекта. В Max для этого достаточно вместо чисел использовать сочетания символов, например, 4n — четвертые ноты, 16n — шестнадцатые, 8nd — восьмые с точкой, 8nt — восьмые триоли. Объект tapout~ "понимает" только временные данные, поэтому данные, связанные с темпом, необходимо преобразовать через объект translate в миллисекунды (notevalues ms). Для выбора времени задержки создадим live.menu.

Теперь делаем плавное изменение времени задержки. Для этого формируем с помощью объекта line~ плавные fade in. Эффект стереофонической задержки готов (Рисунок 7). В качестве самостоятельной работы студентам предлагается добавить, например, низкочастотную фильтрацию, алгоритм "пинг-понг".

Стереодилэй в Max for Live

Рисунок 7. Stereo Delay в Max for Live

СКАЧАТЬ ФАЙЛ Max 8 patch

• Протокол OSC (лабораторная работа студента третьего курса)

Протокол OSC (Open Sound Control) — пакетный протокол для коммуникации мультимедийных устройств. Этот протокол разработан в США (The Center for New Music and Audio Technologies, CNMAT) в качестве альтернативы протоколу MIDI. OSC функционирует с помощью сетевых ресурсов (Ethernet, WiFi). В отличие от MIDI, по умолчанию он имеет высокую разрешающую способность для управляющих устройств, более простую адресацию, с его помощью возможно взаимодействие между системами различной природы, например, музыкальными инструментами и робототехническими приборами. Протокол OSC внедрён во многие современные DAW (Reaper, Logic Pro), средства музыкального программирования (Max, Csound, NI Reaktor), музыкальные контроллеры (monome), мобильные системы iOS, Android.

Насколько необходимо уметь программировать, например, в Max интерфейсы на OSC современному звукорежиссёру и продюсеру? Ведь существует изрядное количество программных контроллеров (например, на iOS), которые позволяют работать с DAW, так сказать, "из коробки". Надо ли знать все подробности? Ответ — да. Так как это развивает креативность, побуждает к самосовершенствованию, к желанию узнать что-то новое, поднимает профессионализм, даёт возможность попробовать себя в смежных областях знаний.

Задание. Создать интерфейс управления параметрами Max с помощью протокола OSC.

Решение. В данном случае будет использоваться приложение TouchOSC (для iOS, Android). Для упрощения процесса подключения необходимо, чтобы и устройство с iOS, и компьютер были подключены к одной сети.

Использование OSC для управления объектом slider

Рисунок 8. Использование OSC для управления объектом slider

В Max в качестве объекта, который осуществляет приём данных по OSC, выступает объект udpreceive. В него как параметр вносим номер порта 8000. Перемещая фейдер с TouchOSC мы видим, что udpreceive транслирует данные в формате /1/fader1/ 0.002345. /1/ — это номер страницы в шаблоне (их может быть несколько с различными фейдерами, кнопками и т. д.), /fader1/ — имя контроллера (имя может быть любое) и данные (в данном случае от 0 до 1). Отделяем данные от пути с помощью route и масштабируем их с помощью scale для управления фейдером slider. Slider в свою очередь посылает данные в TouchOSC с помощью объекта udpsend с адресом и портом iOS-устройства (Рисунок 8). Обратите внимание, для изменения значения slider используется сообщение set — установка значения без его трансляции на выход. Это необходимо для того, чтобы не возникло "петли" и переполнения стека — процесса, результатом которого является фатальная ошибка приложения. Здесь в качестве самостоятельной работы студентам предлагается создать шаблоны для управления комплексом устройств обработки звука с планшета.

СКАЧАТЬ ФАЙЛ Max 8 patch

✓ По итогам проведения лабораторного практикума получены следующие результаты: студенты, как правило, не просто выполняют работу по методическим указаниям преподавателя, но и развивают её, предлагая несколько вариантов решения. Например, в работе по созданию эффекта задержки студентами второго курса набора 2016-2017 годов предложен и реализован вариант так называемой Multitap Delay — несколько линий временной задержки (в обычном устройстве задержки такая линия одна). Эти устройства, конечно, существуют, но студенты нашли это решение самостоятельно, в результате лабораторной работы, что говорит о приобретении ими исследовательских навыков.

В процессе обучения студентам предлагается делать научные работы, курсовые работы. Тема может быть любой, но обязательно связанной со звукорежиссурой, музыкальным творчеством и т. д. Ниже приведены некоторые примеры из таких работ.

• Тренировка слуха (самостоятельная работа студента третьего курса)

Определение на слух музыкальных интервалов — одна из основ обучения звукорежиссуре. Но самому чрезвычайно сложно проводить такую тренировку, для этого необходим помощник. В результате самостоятельной работы студентом создано приложение, которое будет проигрывать случайный интервал, после чего испытуемый выбирает вариант. Индикаторы показывают, верен ли выбор (Рисунок 9).

Приложение для тренировки слуха

Рисунок 9. Приложение для тренировки слуха

СКАЧАТЬ ФАЙЛ Max 8 patch

• Секвенсор с функцией вероятности возникновения событий (курсовая работа студента третьего курса)

В последнее время наблюдается буквально "взрыв" в области разработки электромузыкальных инструментов — синтезаторов, сэмплеров, секвенсоров, появляется много достаточно молодых, но уже значимых имён-производителей — Elektron, Teenage Engineering, Make Noise, Dreadbox. Устройства становятся всё более сложными, произведения, которые создаются с помощью этих инструментов, являются подчас новыми музыкальными формами [7, p. 289-291]. Компьютеры успешно интегрируются в такие процессы.

Задание. Создание электронного перкуссионного секвенсора, использующего функцию вероятности возникновения событий.

Решение. Упрощённо это можно представить следующим образом — секвенсор проигрывает последовательность нот, при этом появление каждой ноты — вероятность в диапазоне от 0 до 100 процентов (то есть 0 процентов — нота не звучит, 100 процентов — звучит на каждое проигрывание, 50 процентов — на каждое проигрывание может прозвучать, а может не прозвучать). Таким образом, можно использовать секвенсор (например, 8-ми шаговый) для получения длинной неповторяющейся секвенции. С помощью Max это можно реализовать, используя объект table (Рисунок 10). В table будет лишь два индекса — 0 и 1, у каждого по 100 значений (для удобства). Посылая на вход table объект bang, из левого выхода table будет поступать номер индекса с вероятностью, которая будет определяться значением. Например, если у индекса 0 значение 100, а у индекса 1 значение 0 — то каждый раз посылая bang, на выходе будет число — 0. Если всё наоборот — число 1. Соответственно, значение 50: в половине случаев на выходе будет число 0, в половине — 1. На основе такого алгоритма можно построить 8-ми шаговую ритм-машину, которая будет создавать достаточно интересные ритмические рисунки. Кстати, получившийся перкуссионный инструмент затем применялся студентом на практике для генерации ритмических рисунков в экзаменационной работе по дисциплине "Создание электронных композиций".

Алгоритм вероятности возникновения двух событий

Рисунок 10. Алгоритм вероятности возникновения двух событий

СКАЧАТЬ ФАЙЛ Max 8 patch

СКАЧАТЬ ФАЙЛ Max 8 patch

✓ По итогам проведения самостоятельных и курсовых работ получены следующие результаты: студентами приобретались глубокие навыки работы с музыкальными компьютерными программами и понимание алгоритмов программирования, что совершенно необходимо в настоящее время, когда возрастает влияние искусственного интеллекта буквально на все отрасли человеческой деятельности, в том числе и на музыкальные компьютерные технологии. Оба вышеприведенных примера реализованы студентами второго курса набора 2017–2018 годов и третьего курса набора 2016–2017 годов.

Заключение

Курс лекций "Цифровые аудиотехнологии" был выдвинут в качестве номинанта на конкурсе педагогического мастерства СПбГУП 2015 года. О его эффективности можно судить в частности по тому, как студенты используют полученные знания в практических целях — грамотно используют средства обработки звука, понимают внутренние процессы музыкальной звукорежиссуры и адаптируют их в реальном времени под текущие задачи. Думается, что на данный момент не существует критериев оценки качества подачи материала преподавателем, кроме как баллы, полученные студентами в результате промежуточных и итогового контроля, и как их последующая профессиональная деятельность.

Негативной стороной опыта использования Max 8 в процессе обучения является то, что будущему преподавателю необходимо учесть временные затраты (в зависимости от начальных навыков) на освоение этой программы. Однако существуют коммерческие курсы по этой программе и специализированная литература [8]. Ведь Max успешно применяется как инструмент для преподавания в музыкальных вузах всего мира, таких, как Berklee College of Music, The University of British Columbia (США), активно используется в исследовательских учреждениях, таких как IRCAM (Франция), с помощью Max создают интерактивные проекты (архитектура, визуальное искусство) — Spektrum (Германия) и др. Использование Max в процессе обучения студентов-звукорежиссёров повышает их компьютерную грамотность, открывает возможности для проведения научных исследований, позволяет использовать нестандартные приёмы и решения.

Список литературы | Works cited

  1. Алдошина И. А., Приттс Р. Музыкальная акустика: Учебник. СПб.: Композитор, 2014. 720 с. | Aldoshina I. A., Pritts R. Muzykalnaia akustika: Uchebnik. SPb.: Kompozitor, 2014. 720 s.
  2. Сергиенко А. Б. Цифровая обработка сигналов: Учебное пособие / 3-е изд. СПб.: БХВ-Петербург, 2011. 768 с. | Sergienko A. B. Tsifrovaya obrabotka signalov: Uchebnoe posobie / 3-e izd. SPb.: BKhV-Peterburg, 2011. 768 s.
  3. Смирнов Д. Н., Мазур М. М. Цифровые аудиотехнологии: Учебное пособие. СПб.: Фалкон Принт, 2018. 47 с. | Smirnov D. N., Mazur M. M. Tsifrovye audiotekhnologii: Uchebnoe posobie. SPb.: Falkon Print, 2018. 47 s.
  4. Cipriani A., Giri M. Electronic Music and Sound Design. Theory and practice with Max/MSP. Vol. 1. R.: ConTempoNet, 2010. 572 pp.
  5. Cipriani A., Giri M. Electronic Music and Sound Design. Theory and practice with Max/MSP. Vol. 2. R.: ConTempoNet, 2013. 728 pp.
  6. Farnell A. Designing Sound. Cambridge (MA): The MIT Press, 2010. 688 р.
  7. Holmes T. Electronic and Experimental Music. Technology, Music and Culture / 3rd ed. N. Y.: Taylor and Francis, 2008. 480 pp.
  8. Manzo V. J. Max/MSP/Jitter for Music. N. Y.: Oxford University Press, 2016. 360 pp.
  9. Puckette M. The Theory and Technique of Electronic Music. San Diego: World Scientific Publishing Co. Pte. Ltd., 2007. 337 pp. (URL: http://msp.ucsd.edu/techniques/v0.11/book.pdf).
  10. Roads C. The Computer Music Tutorial. Cambridge (MA): The MIT Press, 1996. 1234 pp.

УДК 004.4.27 + 37.013.75

Библиографическая ссылка:

Яндекс.Метрика

Лицензия Creative Commons