Введение.

Компьютерная техника развивается очень стремительно и проникает в разные области жизни человека. Поскольку с самого начального момента появления компьютеров программисты активно осваивали компьютерными упражнения со звуком, этот прогресс затронул и различные области музыки – создание, хранение и воспроизведение музыкальной информации. За последние 10 лет профессиональные звукооператорские студии как бы переместились в наш дом и дают безграничные возможности для человека, увлекающегося музыкой. Компьютер сейчас – это хранилище музыкальных произведений, проигрыватель, нотатор, синтезатор звука и аранжировщик. Теперь домашний компьютер, в котором имеется звуковая карта и простая программа – музыкальный редактор, предоставляет Вам возможность управления оркестром в составе до 128 инструментов. Компьютер очень быстро вошел в концертную практику.

В разделе  "Основы музыкальной информатики" вы познакомитесь с  разделом информатики, связанным с компьютерными технологиями синтеза, обработки, записи, передачи, тиражирования, исполнения, использования, изучения звука как такового. 

Природа звука.

В природе существует много волновых процессов. Волны окружают нас всюду: мы видим их на поверхности воды, земля колеблется под ногами, солнечные лучи (они тоже волны) согревают землю. Волновые процессы интересны тем, что они могут передавать энергию и информацию на очень большие расстояния без переноса вещества. Например, огромные волны цунами вызывают разрушения за тысячи километров от очага землетрясения. А для некоторых волн вообще не нужно никакой физической среды (например, электромагнитные волны).

Звук — это механические колебания, при которых происходят периодические изменения давления воздушной среды в данной точке (так наз. «звуковое давление»). Так же, как и в случае морской волны, среда остается на месте, а распространяется только звуковая волна. Скорость распространения звуковой волны в воздухе — ок. 330 м/с. Как и любая волна, звуковая имеет следующие характеристики: - частота f (измеряется числом колебаний в секунду, измеряется в Герцах). - периодом T (время одного колебания). - амплитудой A (размах колебания) — это наибольшее давление, возникающее в максимуме волны. Частота и период связаны обратной зависимостью T=1/f и «на слух» воспринимаются как высота тона. Амплитуда колебаний воспринимается нами как «сила звука», как «громкость». Громкость звуков уменьшается с расстоянием пропорционально квадрату расстояния (то есть если расстояние увеличить в десять раз, например с 1 метра до десяти, то сила звука снизится в сто раз).

Как правило, звук состоит из многих частот (гармоник). Каждая имеет свою частоту и амплитуду. Все они вместе составляют спектр сигнала. Сложный звуковой сигнал, преобразованный в аналоговую форму, можно разложить на составляющие его гармоники с помощью спектрального анализа. Музыкальный звук — это «наименьший структурный элемент музыки» (муз. энциклопедия). Характеристики музыкального звука – частота (16-4500Гц), громкость, длительность и тембр. Частоты свыше 4500 до 30000 Гц составляют тембральную окраску музыкального звука и входят в него в качестве обертонов. Считают, что среднее человеческое ухо воспринимает частоты до 20 кГц, а особо изощренные «слухачи» чувствуют звук и до 40 кГц. У человека с возрастом верхняя граница воспринимаемых частот снижается.

В обработке звука на компьютере есть две задачи:

1. Оцифровка звука (превращение аналогового звукового сигнала в цифровой код).

2. Искусственный синтез звука.

Как происходит оцифровка звука? Компьютер «слушает» музыку, разбивает звуковой поток на мельчайшие временные фрагменты и каждому из них присваивает число, характеризующее интенсивность сигнала. При этом значения интенсивности могут быть не любыми, а принимают только определенные значения.

Высокое качество звука достигается за счет того, что и его синтез, и обработка в реальном масштабе времени реализуются аппаратно с помощью следующих систем:

1. Аналого-цифровой и цифро-аналоговый преобразователи.

2. Музыкальный синтезатор.

3. Разъемы для подключения микрофона и головных телефонов (или внешнего усилителя).

4. Сигнальный процессор для сжатия звуковой информации и реализации различных эффектов.

5. Постоянное запоминающее устройство, содержащее образцы синтезируемых звуков.

6. Оперативное запоминающее устройство для временного хранения образцов звучания инструментов.

7. Встроенный стереофонический усилитель мощности звука. 8. Разъемы для подключения привода CD-ROM (проигрывателя лазерных дисков).

9. Интерфейс MIDI (Musical Instrument Digital Interface).

Программное обеспечение.

Звуковой карте для работы требуется программное обеспечение. В нем реализованы функции, относящиеся к нескольким различным уровням работы системы, начиная с уровня управления аппаратными компонентами звуковой карты, организации ее взаимодействия с внешними устройствами, другими составными частями компьютера (процессором, памятью, видеосистемой), вплоть до уровня, на котором реализованы такие прикладные программы, как, например, секвенсоры.

Различные программы-секвенсоры обладают разными возможностями, прежде всего, с точки зрения удобства работы с ними. Для музыкантов, вероятно, наименее удобны те из программ, в которых музыка отображается на экране монитора в виде условных кодов, удобнее — в виде буквенных названий нот и уж совсем привычна традиционная запись нот на нотном стане.  Хочется заметить, что компьютерная музыка — область столь новая и бурно развивающаяся, что терминология окончательно еще не сложилась. В частности, это относится к соотношению между понятиями «секвенсор» и «музыкальный редактор». Музыкальный редактор — это такой секвенсор, в котором в распоряжении пользователя имеются развитые и удобные средства для редактирования музыкальной композиции.

​