«Музыкальная информатика»

Появление музыкального компьютера позволяет решать многие задачи, возникающие как следствие информатизации учебного и творческого процесса. Анализ опыта преподавания курса информатики, новое понимание целей обучения в учебном заведении, связанное с углублением представлений о предмете, мировоззренческом потенциале музыкального образования, показывают необходимость выделения некоторых узких областей, касающихся основ информатики и формирования информационной культуры. В связи с огромным интересом к музыкальным компьютерным технологиям у студенчества и творческой молодёжи, интенсивным развитием средств масс-медиа, возникла потребность подготовки специалистов по новым специальностям, связанных с профессиональной музыкальной деятельностью. В данном учебном пособии особое внимание уделяется проблемам, пока ещё мало разработанным в музыкальной педагогике.

Общие темы учебного плана представляют собой повторение курса «Основы информатики» и затрагиваются в виде краткого обзора в контексте национально-регионального компонента. Основной материал начинается с тем, необходимых для понимания свойств музыкального звука и места электронной музыки в международном стандарте музыкальных инструментов.

Представленное пособие не претендует на решение всех вопросов музыкального компьютерного образования. Для этого в работе представлены темы, часть из которых предполагается разрабатывать и закреплять самостоятельно.

Для удобства в конце тем предлагаются вопросы для самоконтроля, в некоторых случаях – тезаурус для обязательного запоминания. Основные положения тем 8, 9 и 10 должны закрепляться практической работой на персональном компьютере PC).

Минимальные требования к РС:

- Жесткий диск объемом не менее 250 Гб,

- ОЗУ – не менее 4,0 Гб,

- Звуковая карта, внешний звуковой модуль, наушники (телефоны), микрофон.

- CD-привод (CD-RW и DVD),

Третья революция (конец XIX в) обусловлена изобретением электричества. Появились телеграф, телефон, радио, позволяющие оперативно передавать информацию.

Четвертая революция (70–е годы XX в) связана с изобретением персонального компьютера.

Создание РС было предопределено нараставшими объемами информации, с которыми сложно справиться с помощью традиционных технологий (бумаги и ручки). В качестве средства для хранения, обработки и передачи информации научно–технический прогресс предложил обществу компьютер.

Тезаурус по теме 1:

Информатизация – активное внедрение компьютерной техники и новых информационных технологий в различные сферы производства, общественной и личной жизни людей.

Информационное общество – общество, в котором большинство работоспособных личностей занято производством, хранением, переработкой, продажей и обменом информацией.

Информационная культура – умение целенаправленно работать с информацией и использовать для ее получения, обработки и передачи компьютерную информационную технологию, современные технические средства и методы.

Вопросы для проверки знаний:

1. Расскажите о ступенях развития человеческого общества с позиции анализа факторов выживания и прогресса.

2. Расскажите об информационных революциях в истории развития цивилизации. Неизбежны ли они?

3. Как вы представляете себе информационное общество?

Тема 2. Современная технологическая база для профессиональной музыкальной деятельности

Требования к знаниям: Иметь представление об информационной системе.

Содержание учебного материала: Информация и управление. Разомкнутые и замкнутые системы управления. Назначение обратной связи.

Информационный процесс, как производное от информационной системы.

Понятие "информация", как наличие двух объектов – источника информации и приемника информации.

Составляющие информационной системы: источник информации, канал связи, по которому информация в форме материально-энергетического сигнала может поступить к потребителю, а также некоторое соглашение (код), которое позволит потребителю установить смысл воспринятого сигнала.

Значение информационной системы:

– Освобождение работников от рутинной работы за счет ее автоматизации;

– Обеспечение достоверность информации;

– Обеспечение рациональной организации переработки информации на компьютере.

Любая информационная система действует по правилам разомкнутой или замкнутой схемы управления.

Управление, как целенаправленное взаимодействие объектов, одни из которых являются управляющими, другие – управляемыми.

Разомкнутая система, где управляющее воздействие происходит в одну сторону.

Обратная связь, как процесс передачи информации о состоянии объекта управления к управляющему.

В замкнутых системах управления алгоритм управления может оказаться ветвящимся или циклическим.

Для успешности функционирования такой системы управления важна степень интеллектуальности управляющей системы (если управляющий – человек, то важна степень его ответственности).

Вопросы для проверки знаний:

1. Что такое информационная система?

2. Что такое управление?

3. Почему управление связано с информацией?

4. Объясните различие между замкнутой и разомкнутой системой управления?

Тема 3. Виды информации

Требования к знаниям: Информация и знания.

Содержание учебного материала:

Вещество, энергия, информация, как три составляющих окружающего нас мира.

Декларативные знания, как знания о явлениях, событиях, свойствах объектов и зависимостях.

Технология, как реализация этих знаний в процессе создания и использования материальных и духовных ценностей. Любая технология опирается на фундаментальную или прикладную науку.

Наука, как приобретение новых знаний об окружающем мире, ранее не известных человечеству.

Информация – сведения об окружающем мире, которые повышают уровень осведомленности человека. Четыре свойства информации: возможность создавать, передавать, хранить и обрабатывать.

Информатика, как наука, изучающая все аспекты получения, хранения, преобразования, передачи и использования информации, возникшая в 60 гг. ХХ века. Деление современной информатики на теоретическую и прикладную.

Теоретическая информатика – множество научных дисциплин, для которых общим предметом изучения является информация. Среди них: история информации, теория алгоритмов и др.

Прикладная информатика – практическая кибернетика.

Вопросы для проверки знаний:

1. Что такое информация?

2. Что изучают теоретическая и прикладная информатика?

3. Чем отличается наука от технологии?

Тема 4. Изучение основ MIDI-технологий как общепринятого стандарта и формата музыкальных данных

Требования к знаниям: Персональный компьютер (РС) как разновидность электронной машины.

Содержание учебного материала: Внешние и внутренние устройства РС. Четыре основных внешних устройств: системный блок, монитор, клавиатура и мышь. Понятие MIDI и MIDI-секвенций. Типы MIDI-сообщений. Недостатки и преимущества «компьютерного звука».

Системный блок – центр РС. В нём собраны устройства для хранения и обработки информации. На стенке блока имеются разъемы для подключения внешних устройств. Также на ней расположены дисководы, в которые вставляются съёмные носители информации – лазерные диски (CD и DVD) и флэш-USB.

Монитор – (иногда – дисплей) служит для отображения информации: тексты, числа, картинки, видео, графическое обозначение музыкального звука, нотный текст и др.

Клавиатура – служит для ввода букв, цифр, знаков препинания и ряд компонентов видеоигр. Для работы с музыкой к системному блоку иногда присоединяется специальная MIDI-клавиатура с фортепианными (реже – баянными) клавишами.

Мышь – ручное устройство для ввода и обработки информации в компьютере.

Звуковой модуль – небольшие звуковые колонки с возможностью подсоединения головных телефонов (наушников), которых подключают к звуковой карте – внутреннему устройству компьютера.

Мультимедийный компьютер – РС, который может работать с пятью видами информации – числовой, текстовой, графической, звуковой, видео.

Понятие MIDI . Midi (англ. – Musical Instruments Digital Interface – цифровой интерфейс музыкальных инструментов). Принято ведущими фирмами-производителями ЭМИ в 1982 году, как средство стандартизации цифрового интерфейса музыкальных устройств.

Интерфейс – способ обмена информацией между программой и пользователем.

ЭМИ, снабженные интерфейсом MIDI, принято называть MIDI-инструментами: к примеру, MIDI-клавиатура, MIDI-секвенсор, MIDI-синтезатор и др.

Информация, передаваемая интерфейсом MIDI, называется MIDI-сообщениями. Файлы с MIDI-сообщениями называются MIDI-файлы. В списках файлов MIDI-сообщения отличаются от других по расширению их имени, указанному через точку – «.MID».

MIDI не имеет ничего общего со звуковыми колебаниями. С помощью MIDI передается информация о действиях между программой и пользователем. Кроме этого MIDI может запомнить последовательность нажатия клавиш на цифровом музыкальном инструменте, то есть самостоятельно воспроизвести музыкальное произведение (MIDI-секвенция).

Типы MIDI сообщений. Согласно стандарту, принятому ведущими компаниями по производству ЭМИ в 1982 году, большинство параметров MIDI могут принимать значения от 1 до 128.

Эти параметры дают возможность качественной имитации звучания электронного музыкального инструмента (ЭМИ).

1. Первое основное MIDI-сообщение – начало звучания, которое достигается нажатием на клавишу (Key on). Данное сообщение несет информацию о номере нажатой клавиши и силе удара по ней (velocity). Сила удара (velocity) в высококачественных ЭМИ также имеет 128 градаций.

Фото 1. Стандарт из 128 наименований «инструментов» – MIDI-тембров (Выделен тембр звучания органа Хаммонда).

2. Второе основное MIDI-сообщение – конец звучания (отпускание клавиши) (Key off).

3. Третий тип MIDI-сообщения относится к смене программы (Program Change) – выбирающий «музыкальный инструмент», то есть тембр (см. фото 1). В стандартной таблице MIDI-тембров приводится 128 наименований «инструментов». При необходимости использования свыше 128 тембров в ЭМИ существуют банки тембров по 128 наименований в каждом. Во многих ЭМИ содержатся от 1 до 20 банков.

4. Следующий тип MIDI-сообщений – «Изменение значения контроллера» (Control Change), которое контролирует и управляет высотой, громкостью, вибрато и/или тремолирование звука, глиссандирование, псевдопедализирование, реверберацию и пр. Номера контроллеров также имеют градации от 1 до 128 (реально от 0 до 127) и регулируются как ступенчато, так и плавно.

Все типы MIDI-сообщений можно записывать в MIDI-секвенции и удалять все недостатки, исправлять динамику, регулировать высоту звука, артикуляцию, агогику и фиксировать (запоминать) полученный результат на любом носителе.

MIDI-секвенция, записанная в файл, по сравнению с аудиозаписью занимает очень мало места (MIDI-секвенция – несколько десятков кб, аудиозапись – в мб), но своим тембром проигрывает «живому» звучанию акустическим музыкальным инструментам (АМИ).

К сожалению, большая часть ПО, связанная с записью и обработкой звука, становится доступной только после освоения РС на уровне хорошо подготовленного пользователя. Однако появились программы, где работа с музыкой становится похожа на работу композитора и/или музыковеда.

Вопросы для проверки знаний:

1. Перечислите основные и вспомогательные внешние блоки устройства РС.

2. Что такое звуковой модуль.

3. С какими видами информации работает мультимедийный компьютер.

4. Что такое MIDI.

5. Основные типы MIDI сообщений.

Тема 5. Освоение музыкально-интеллектуального инструментария

Требования к знаниям: Знать определение терминов «Операционная система» и «Пользовательский интерфейс».

Содержание учебного материала: Операционная система (OS) – как программа-переводчик между пользователем и РС. Пользовательский интерфейс (PI) – как способ обмена информацией между программой и пользователем. Два основных типа пользовательского интерфейса – консольный (DOS), используемый в настоящее время только компьютерными специалистами, и графический (Windows), являющийся основным.

OS Windows – популярная программа, созданная кампанией Microsoft. Разновидности OS Windows. Краткий обзор основных возможностей некоторых офисных, прикладных и мультимедийных программ. Музыкальные возможности РС.

Вопросы для проверки знаний:

1. Дайте определение терминам «Операционная система» и «Пользовательский интерфейс».

2. Назовите два основных типа пользовательского интерфейса.

3. Перечислите наиболее популярные мультимедийные программы.

Тема 6. Музыкальная акустика

Требования к знаниям: Определение акустики, как части науки физики.

Содержание учебного материала:

Любая музыка, с точки зрения точных наук, – состоит из звуков, возникающих при колебании упругого тела. Область науки физики, изучающая эти колебания, называется акустика.

Колыбель акустики – Древняя Эллада. Одним из первых ученых-акустиков, был Пифагор. С его именем связано исследование монохорда (акустического прибора, состоящего из одной струны, натянутой на деку, с передвижными колками), приведшего к появлению знаний о натуральном звукоряде. Один из экспериментов Пифагора: если на монохорде зажать струну точно посередине (2:1) – зазвучит октава, если струну зажать в пропорции 3:2, то зазвучит квинта. Таким образом, была создана таблица простых интервалов (см. табл. 1).

Другим ученым был Аристоксен – первый музыковед, ученик Аристотеля, написавший «Трактат о гармонии». Согласно древнему учению о музыке:

1. Звук происходит от «сотрясения» (колебания) воздуха

2. Воздух около звучащего предмета колеблется кругами.

Акустикой занимались многие знаменитые ученые, среди которых можно отметить Исаака Ньютона, разработавшего основы распространения звуковых волн в различных средах.

Таблица 1.

Простые интервалы:

Ступень Интервал Пропорция Слуховое ощущение

1 Прима 1:1 Абсолютный консонанс

2 Секунда 9:8 Диссонанс

3 Терция 5:4 Несовершенный консонанс

4 Кварта 4:3 Совершенный консонанс

5 Квинта 3:2 Совершенный консонанс

6 Секста 5:3 Несовершенный консонанс

7 Септима 15:8 Диссонанс

8 Октава 2:1 Абсолютный консонанс

Другим известным Российским ученым 18 в. был Л.Эйлер (1707-1783) из Петербургской академии наук. Он объяснил происхождение обертонов, исследовал колебания струн, мембран, пластин, то есть занимался основами органологии (науки, изучающей музыкальные инструменты). Так в начале 19 в. была определена верхняя граница слышимости звука человеческим ухом 22 000 гц (1 герц – 1 колебание в секунду).

Из музыкальных изобретений середины 18 в. можно отметить равномерно темперированный строй, предложенный органистом А.Веркмейстером (1645-1706), который предложил укорачивать квинты. В данном строе звучит большинство современных музыкальных инструментов с фиксированным строем (фортепиано, баян, домра и др.). Хотя множество музыкальных инструментов (скрипка, кыл-кубыз, курай и др.) звучат и в натуральном строе.

В последнее время в музыке стал цениться комфорт. Так, для нормального восприятия музыки в исполнении на акустических инструментах, для концертного зала появилось требования хорошей акустики, то есть ту или иную степень реверберации, которая рассчитывается математически и может быть даже отрегулирована.

Музыкой занимаются не только музыканты, но и представители самых различных специальностей. Музыка может выступать не только как носитель невербальной информации, но и при реабилитациях . Механизмы воздействия звуков на человека изучаются психологами как средство управления его поведением.

В зависимости от ситуации звук может рассматриваться как музыкальный, так и немузыкальный – шумовой.

Музыкальный звук отличается от немузыкального четырьмя свойствами – высотой, громкостью, длительностью и тембром.

1. Высота звука в акустике определяется частотой колебания упругого тела и измеряется в герцах (гц), а в музыке – специфическими слогами (до, ре, ми…) или латинскими буквами (c, d, e…).

Несколько цифр для запоминания:

- Мужской разговорный голос «работает» в диапазоне 80 – 150 гц, женские и детские – 400 – 500 гц.

- Отправная точка соприкосновения точных наук с музыкой является колебание в 440 гц – звук ля первой октавы (а1). Звуки, с которыми «работают» музыканты-инструменталисты располагаются в диапазоне ~ 16 – 8300 гц.

- Самый высокий звук, воспринимаемый ухом – 22 000 гц (22 кгц). Более высокие звуки входят в состав обертонов, шумов и ультразвуков. Более низкие – в состав инфразвуков.

Расстояние между звуками измеряется в центах (1/100 полутона). Тренированный слух различает разницу в высоте звука, начиная с 5 центов и выше.

Далее приводятся две таблицы, в которых сопоставляются физические и музыкальные высотные свойства звука. В таблице 2 приводится частотная характеристика октав, в таблице 3 – частотная характеристика звуков в пределах малой октавы.

2. Громкость звука в акустике – восприятие амплитуды колебаний упругого тела. Рассматривается как давление звуковой волны на объект. В акустике измеряется в децибелах (дб), а в музыке – итальянскими словами. 1 децибел – на слух трудно различимая единица. Самым тихим звуком можно считать 20 дб – шелест листвы в тихую погоду, 90 дб и выше – болевой порог для слухового аппарата человека.

Таблица 2.

Частотная характеристика октав:

Октавы Диапазон в гц

1. Субконтроктава 16,35 – 32,7

2. Контроктава 32,7 – 65,4

3. Большая октава 65,4 – 130,8

4. Малая октава 130,8 – 261,6

5. Первая октава 261,6 – 523,2

6. Вторая октава 523,2 – 1046,5

7. Третья октава 1046,5 – 2094

8. Четвертая октава 2094 – 4186

9. Пятая октава 4186 - 8372

Таблица 3.

Частотная характеристика звуков малой октавы:

Название нот До Ре Ми Фа Соль Ля Си До

Частота в гц 130,8 147,1 163,5 174,4 196,2 218 245,2 261,6

Тренированное ухо слышит разницу в громкости звука, от 10 дб и выше. Абсолютного физического значения громкости музыкального звука нет, но есть приблизительная таблица, в основе которой положена динамика звучания инструментов большого симфонического оркестра (см. табл. 4).

Таблица 4.

Физическое значение динамического диапазона звука

1 40 – 50 дб ррр 5 80 – 90 дб mf

2 50 – 60 дб рр 6 90 – 100 дб f

3 60 – 70 дб р 7 100 – 110 дб ff

4 70 – 80 дб mp 8 110 – 120 дб fff

Несколько цифр для запоминания:

• Баян звучит в динамическом диапазоне 40-75 дб,

• Фортепиано – 50-85 дб.

3. Длительность звука – расстояние между началом и окончанием звучания источника звука. В музыке обозначается различным начертанием нот и пауз. Реальное значение длительности зависит от темпа и зависит от характера исполняемого произведения. Темп музыкальных произведений обозначается указанием на итальянском языке и/или цифрой метронома. Метроном Менцеля (М.М.) – прибор для определения темпа музыкального произведения.

Одним из первых композиторов, применивших цифру метронома в качестве указателя темпа произведения, был Л.-В. Бетховен.

4. Тембр звука в музыке – его окраска, зависящая от числа обертонов. Тембр звука может быть натуральный – «живой» и синтезированный (искусственный).

Таблица 5.

Спектрограммы звука е1 у различных инструментов (6):

Звук е1 у валторны

Звук е1 у гобоя

Звук е1 у флейты

Музыканты предпочитают живой звук. Тембр звука, как богатство обертонов, зависит от материала вибрирующего тела, его формы, условий колебания, резонатора и акустики помещения. Музыкальная акустика занимается изучением обертонов. Каждый музыкальный инструмент имеет свой состав обертонов. Составлена таблица обертонового звукоряда, ниже приводятся её фрагменты (см. табл. 5).

Тезаурус по теме 6:

1. Акустика - часть науки физики, изучающая звук.

2. Герц (гц) - мера измерения колебания звука.

3. Децибел (дб) – мера измерения громкости (давления) звука

4. М.М. – метроном Менцеля.

5. Медиатехнологии – технологии средств массовой информации (радио, телевидение, пресса, кино).

6. Натуральный звукоряд – обертоновый ряд, состоящий из основного тона и его призвуков.

7. Невербальная информация – информация, передаваемая не в словесной форме.

8. Обертоны – гармонические составляющие основного тона.

9. Органология – часть музыковедения, изучающая музыкальный инструмент. Этноорганологии – наука, изучающая народный музыкальный инструмент.

10. Реверберация (лат. – Reverberatio – отражение) – остаточное звучание, распространяющееся в помещении после прекращения колебаний источника звука.

11. Синтезатор или цифровой музыкальный инструмент – ЭМИ.

12. Шоу-бизнес (англ. – show – зрелище, business – коммерческая деятельность, приносящая прибыль) – прибыльная развлекательность.

Вопросы для проверки знаний:

1. Чем занимается наука акустика.

2. Перечислите четыре свойства музыкального звука.

3. Простучите метроритм по М.М.: