Физика и музыка

В течение нескольких лет работает в Москве научный штаб искателей электронного голоса — лаборатория студийной радиовещательной техники Всесоюзного института звукозаписи. Из стен этой маленькой лаборатории вышли каждому знакомые и всеми любимые «колокольчики», распевающие на весь свет «Песню о Родине» — аппарат радиовещательных позывных сигналов. Он надежен и прост: медленно вращается диск, замыкаются контакты, включаются ламповые генераторы.

В лаборатории родились сложные клавишные инструменты-— «электронный гармониум», «камертонное пианино». Стоит отметить компактные «электроколокола», отлично заменяющие громоздкие театральные и оркестровые звонницы из металла. Электроколокола, детище изобретателя Василия Трифоновича Мальцева, — пример удачной электрической имитации давно известного тембра. По звуку их почти невозможно отличить от настоящих. Кстати сказать, был случай, когда к одному из энтузиастов электромузыкальной техники обращались, прослышав об электроколоколах, церковные власти; правда, безуспешно — изобретатель отказался от приглашения поставить электронику на службу религии, в чем, как видите, она явно нуждается.

Другому сотруднику этой лаборатории, кандидату искусствоведения Саулу Григорьевичу Корсунскому, принадлежит еще одна новая разработка — электроорган на полупроводниках, названный кристадином. Легкий, прочный, надежный, он занимает совсем немного места, создает мягкие, нежные созвучия, -чуть-чуть напоминающие звук фисгармонии, а энергии расходует, если не считать динамиков. .. три ватта. Всего-навсего! Столько же, сколько лампочка карманного фонарика.

Полупроводники, эти чудесные кристаллы, изгоняющие стеклянные пузыри радиоламп, обещают сыграть революционную роль в электромузыкальной технике. Они подводят твердый фундамент под мечту о миниатюрности, надежности, экономичности инструментов. Быть может, настанет день, когда какая-нибудь электроскрипка станет довольствоваться энергией от батарейки величиной с пуговицу или даже кормиться светом — тем самым, что ее освещает. На очереди освоение микромодулей — еще одной волшебной новинки бурно развивающейся радиоэлектроники. Усилитель величиной со спичечную головку, сложнейшие схемы, упрятанные в объем наперстка! Есть где развернуться изобретательской мысли! Ведь чем дальше, тем запутаннее, богаче деталями будут конструкции новых инструментов. Как вы сейчас увидите, это абсолютно неизбежно.

ЛЕПКА ТЕМБРА

Иному простодушному человеку кажется: ну что тут мудреного — выдумывать электрические голоса. Нынче не то, что в 20-е годы: есть генераторы, реостаты, усилители, радиофильтры, — так группируй их по-разному, пробуй всевозможные варианты и дело с концом. В действительности все обстоит куда хитрее.

Читатель помнит: в красивом тембре важную роль играют призвуки естественных гармонических обертонов. Таково первое требование, предъявляемое нашим ухом к благозвучности тембра.

И в обычных инструментах это требование выполняется сравнительно легко. Струны или столбы воздуха колеблются так, что делятся на целое число частей, возбуждая вдвое, втрое, вчетверо и т. д. более частые колебания — натуральные обертоны. А в электрических системах? Там законы колебаний, вообще говоря, иные. Простейший ламповый генератор совсем не дает гармонических обертонов. Чтобы получить их, приходится идти на усложнение схем, применять разнообразные ухищрения. Если этого не делать, тембр оказывается, увы, гораздо более оригинальным, чем красивым.

А как это делать?

Известны два способа. Первый называют импульсным формированием тембра. Он основан на математической теореме, которую доказал в свое время французский ученый Фурье. Теорема гласит: если сложить какое-то число простейших синусоидальных (идеально волнообразных) колебаний, то в сумме получится одно колебание, размахи которого имеют более сложную форму. Это уже не волны, а, скажем, хребет зазубренных гор. И, наоборот, согласно теореме Фурье колебание любой формы можно разложить на совокупность простейших, синусоидальных. Всякая гряда зазубренных гор равнозначна сумме некоторого количества гряд обыкновенных волн.

Отличную иллюстрацию к теореме Фурье вы видите на звуковой дорожке киноленты (системы Шорина). Звуковые колебания там превращены в «чертеж»-диаграмму, на которой хорошо видна их форма. И если там запечатлены звуки скрипки, то форма зубчиков дорожки напоминает зубцы пилы, а, например, кларнет дает колебания, похожие своими очертаниями на строчку из букв «п». Скрипка заиграла вместе с кларнетом— форма колебаний изменилась, стала более сложной.

Мы еще вернемся к картине на звуковой дорожке киноленты. Сейчас заметим лишь, что она (а вернее, теорема Фурье) подсказывает заманчивый метод формирования тембров в электромузыкальных инструментах.