Наука и технологии 31 Января 2020

От Пифагора до iTunes Store

Оцифровка музыки, начавшись в теории столетия назад, после изобретения компьютера превратилась в зрелую технологию. Сегодня она развивается в соответствии с эргономикой и запросами пользователей смартфонов
От Пифагора до iTunes Store
Менеджер RCA визуализирует музыкальные звуки, создаваемые электронным синтезатором
Фотография: gettyimages.com

Исполнительские искусства (музыка, пение, танцы, актерская игра) относятся к числу наиболее древних развлечений человечества. Первые достоверно известные музыкальные инструменты существовали уже в неолите. На древнеегипетских изображениях появляются ударные, струнные и духовые инструменты, по виду не сильно отличающиеся от современных: например, на щипковых инструментах есть корпус-резонатор. У человечества было несколько тысячелетий, чтоб осмыслить музыку не только эмоционально, но и формально.

Пифагору, греческому философу раннеклассического периода, приписывается не только формализация математики, но и первая теория музыкальной гармонии (причем принято считать, что Пифагор обучался в Египте и в существенной мере донес до нас знания, созданные до него). На рубеже поздней Античности и раннего Средневековья возникло представление о «семи свободных искусствах». В продвинутый курс средневековых точных наук «квадривиум» входили арифметика, геометрия, музыка и астрономия. Энциклопедия Hortes Delicarium толковала предметы наук как «чистые числа», «числа в пространстве», «числа во времени» и «числа в пространстве и времени». Отсюда же происходит и термин «музыка сфер» — движение планет уподоблялось музыкальной гармонии.

Выдающийся философ-естествоиспытатель Герман Гельмгольц, заложивший физиологические основы теории музыки

Выдающийся философ-естествоиспытатель Герман Гельмгольц, заложивший физиологические основы теории музыки

Фотография: gettyimages.com

В XIX веке математика и физика разработали научные основы современной акустики. Ключевая роль здесь принадлежала философу-естествоиспытателю Герману Гельмгольцу («Восприятие звука: физиологические основы теории музыки») и английскому физику Джону Стретту, лорду Рэйли («Теория звука», 1877).

К моменту создания компьютеров теоретические возможности музыковедения уже позволяли оцифровать и расцифровать звук. Что же до технологических возможностей, то они давались сложнее.

Первая компьютерная музыка: «не играй на расческе»

Пальма первенства в исполнении первой мелодии посредством компьютера отодвигалась историками науки в прошлое несколько раз, и с 2005 года считается, что первым программистом, создавшим цифровую мелодию, был австралийский программист Джефф Хилл. Хилл был штатным программистом первого австралийского компьютера первого поколения CSIRAC (произносится как «Сирак»). Компьютер обладал тактовой частотой 1000 Гц и имел встроенный динамик, задачей которого было подавать оповещения о ходе выполнения программ.

Хилл происходил из музыкальной семьи: его мать была учительницей музыки, сестра — певицей, а него самого был абсолютный слух. Изучив схему компьютера, Хилл обнаружил, что динамик каждый раз активируется разовым электрическим импульсом. Если создать непрерывный поток импульсов, предположил Хилл, то можно добиться подобия звука определенной частоты.

В течение 1950 года Хилл экспериментировал с программами для CSIRAC, которые содержали бы подпрограммы, способные и исполняться без ошибок, и подавать на спикер сигналы с заданной частотой. Задача была достаточно нетривиальной даже для человека с техническим и музыкальным образованием. В какой-то момент Хилл позвонил матери и попросил послушать компьютерную мелодию. Первая слушательница не оценила революционности момента и предложила сыну заняться делом, а не играть на расческе с бумажкой.

magnifier.png К моменту создания компьютеров теоретические возможности музыковедения уже позволяли оцифровать и расцифровать звук. Что же до технологических возможностей, то они давались сложнее

В апреле 1951 года CSIRAC и Хилл уже давали публичные выступления перед сотрудниками государственного исследовательского института Австралии (CSIRO), которому принадлежал CSIRAC. 7–9 августа 1951 года в CSIRO прошла компьютерная конференция, на которой компьютерная музыка исполнялась публично1.

Уже в 1957 году в Центре электронной музыки Колумбийского и Принстонского университетов появился первый компьютер — синтезатор музыки Mark II Sound Synthesizer «Victor», изготовленный фирмой RCA. Электронные инструменты появились намного раньше, в начале XX века, а электронные синтезаторы — в конце 1940-х годов. Значение Victor в том, что в нем впервые появились отдельные цифровые компоненты — остальные инструменты были аналоговыми и до этого, и много десятилетий спустя. Массовым цифровой звук сделало только появление недорогих персональных компьютеров.

Как зазвучал персональный компьютер: беспроводной звук

16 апреля 1975 года в Сан-Франциско несколько десятков любителей компьютеров («хакеров») собрались на третье заседание Homebrew Computer Club. Один из «хакеров», Стивен Домпье, счастливый обладатель одного из первых экземпляров только что анонсированного новейшего компьютера Altair 8800, поставил на стол свою машину, а рядом с ней домашний AM-радиоприемник. Пообещав присутствующим небывалое зрелище, он начал вводить тумблерами с триггерной панели в компьютер шестнадцатеричный код, сверяясь с бумажкой. Незадолго до окончания кто-то задел ногой провод питания, компьютер был обесточен, и процедуру пришлось начинать заново. Наконец Домпье закончил и щелкнул главным переключателем «исполнить». Компьютер замигал, а радиоприемник запищал мелодию «Fool on the Hill» The Beatles, затем старинную песенку Daisy Bell.

В 1975 году с помощью компьютера Altair 8800 Стивен Домпье публично воспроизвел мелодию «Fool on the Hill» The Beatles

В 1975 году с помощью компьютера Altair 8800 Стивен Домпье публично воспроизвел мелодию «Fool on the Hill» The Beatles

Фотография: gettyimages.com

Звук создавали радиочастотные наводки в динамике, которые Домпье обнаружил, случайно оставив включенным радио рядом с компьютером. Манипулируя командами, он обнаружил способы контролировать смену частоты. В результате на выходе получился звук, очень напоминающий работу позднейших встроенных спикеров.

С этого события принято отсчитывать историю компьютерного звука для массового рынка. В первую очередь звук повлиял на раннюю индустрию компьютерных игр. Домпье также можно считать первым, кто смог реализовать беспроводной цифровой звук — основу будущей технологии беспроводных наушников и гарнитур.

Но встроенные звуковые возможности в персональных компьютерах стали появляться только после 1986 года. В течение десяти лет от Домпье до Apple IIGS игроделы и энтузиасты играли музыку все еще методом Хилла — активируя встроенную спикер-пищалку циклами разной частоты. Проблема была в дороговизне компьютерной памяти — более сложный звук было просто некуда записывать.

Форматы цифровой записи звука

Созданную музыку надо зафиксировать. Форматы фиксации звука в течение 1950–1990 годов развивались параллельно. У индустрии звукозаписи были свои потребности, у композиторов и музыкантов — свои, у программистов — свои. В результате запись звука в цифре развивалась параллельными маршрутами и появилась целая библиотека звуковых форматов разного назначения.

Коммерческая музыка стала оцифровываться как следствие развития технологий лазерной записи (открытия Дэвида Пола Грегга в 1958 году, Джеймса Рассела в 1966-м и Питера Крамера в 1969-м). Philips, где работал Крамер, в сотрудничестве с Sony разработал оптический диск с отражающей поверхностью, и эта технология стала основой для создания целого семейства аудио- и видеоносителей на оптических дисках, создание которых было совместным проектом Philips и Sony.

magnifier.png Philips, где работал Крамер, в сотрудничестве с Sony разработал оптический диск с отражающей поверхностью, и эта технология стала основой для создания целого семейства аудио- и видеоносителей на оптических дисках    

Первым из этих носителей был видеоноситель смешанного аналогового и цифрового типа LaserDisc (LD), доступный коммерчески с 1978 года. За ним последовал цифровой аудионоситель CompactDisk (CD). Первая из многих «радужных книг» (стандартов записи на CD), «Красная книга», вышла в 1980 году. В 1995 году в результате совместной разработки Philips, Sony, Panasonic и Toshiba появился цифровой носитель Digital VideoDisk (DVD), постепенно вытеснивший LD.

Производители музыки сначала освоили запись не финальных композиций, а инструментальных фонограмм для аранжировки и монтажа. В начале 1980-х был создан стандарт Musical Instrument Digital Interface (MIDI) для электронных музыкальных инструментов. Этот очень компактный формат, пригодный для воспроизведения музыки на ранних ПК с их крайне ограниченной памятью, содержит только электронную нотную запись — он кодирует символы для нот и инструментов. Звучание MIDI-записи может быть очень разным в зависимости от того, какая библиотека звуков входит в память управляемого MIDI-партитурой синтезатора. Голос, как и вообще звук любой частоты, MIDI не кодирует.

Первой песней, записанной в формате MP3, стала композиция Tom's Diner в исполнении Сюзанны Вега

Первой песней, записанной в формате MP3, стала композиция Tom's Diner в исполнении Сюзанны Вега

Фотография: gettyimages.com

Спрос на цифровой звук на компьютере как набор закодированных в «цифре» акустических гармоник возник лишь в конце 1980-х годов, когда постоянная память стала дешеветь с каждым годом. Из множества цифровых форматов звука, существовавших и существующих сейчас, самым популярным стал MPEG 1/2 Audio Layer III (MP3). MP3 разработал молодой ученый из германского Института Фраунгофера Карлхайнц Бранденбург к 1993 году в рамках межнациональной рабочей группы Moving Picture Experts Group (MPEG) под руководством Леонардо Чарильоне. Точная дата начала работы над форматом неизвестна, но уже в 1989 году Бранденбург защитил докторскую диссертацию, где сформулировал теоретические основы формата. Первой песней, записанной в формате MP3, стала композиция Tom's Diner в исполнении Сюзанны Вега, которую Бранденбург выбрал в качестве тестовой за акустические особенности, позволявшие хорошо улавливать на слух ошибки при сжатии аудиопотока2.

В начале 1990-х возникли и популярные современные форматы видео — Audio Video Interleave (AVI) от Microsoft в 1992 году, QuickTime от Apple в 1991-м и вышедший из него формат MPEG-4 Layer 14, более известный как MP4.

Но главным толчком к распространению цифровой музыки стало не распространение ПК, а использование цифровой музыки в портативных плеерах.

Музыка в дорогу: портативные музыкальные приборы

Портативные цифровые плееры возникли не на пустом месте – они развивали традицию, которая насчитывала не менее полувека.

«Взять музыку в дорогу» изначально было возможно только в виде радиоприемника. Портативные радиостанции Первой мировой войны, как мы знаем, перевозились на специальных тележках. Один из первых известных переносных приемников создал изобретатель супергетеродинного приемника и частотной модуляции (FM-радио) Эдвин Армстронг. На фотографии, сделанной незадолго до наступления 1924 года, он позирует с ним вместе с молодой женой Марион, в подарок которой это устройство было сделано. Приемник Армстронга помещался в боксе с ручкой размером с чемодан3.

Эдвин Армстронг со своим переносным приемником на пляже (1923 г.)

Эдвин Армстронг со своим переносным приемником на пляже (1923 г.)

Фотография: gettyimages.com

Подлинно переносными радиоприемники стали только после изобретения полупроводникового транзистора в 1947 году. Честь создания переносного радиоприемника, ставшего символом 1960-х годов, часто приписывается корпорации Sony, которая приняла это имя в 1955 году вместо Tokyo Telecommunications Engineering Corporation, готовясь к выпуску первого переносного транзисторного приемника TR-52. Однако это была не единственная и даже не первая модель транзисторного радиоприемника. Честь изобретения первого транзисторного приемника принадлежит Европе.

Европа некоторое время развивала свою полупроводниковую электронику отдельно от Америки и Азии, имея собственную школу электроники, которая сложилась еще перед началом Второй мировой войны. Немецкий инженер Герберт Матаре независимо от Браттейна, Бардина и Шокли обнаружил в 1948 году полупроводниковый эффект в кристалле германия, и в 1953-м его компания Intermetall представила на выставке в Дюссельдорфе первый прототип портативного транзисторного приемника4. Азиатские фирмы не имели своей технологии производства полупроводников и лицензировали патенты AT&T, которая по антимонопольному закону была обязана давать лицензии на свои разработки всем желающим. Патент на транзистор стал доступен с 1952 года.

А вот на следующем этапе развития портативной музыки Sony сыграла решающую роль, выведя на рынок карманный аудиоплеер Walkman. Walkman был рассчитан на одну компакт-кассету с магнитной лентой на две дорожки. Кассету можно было воспроизводить с двух сторон, на каждую помещался примерно один альбом. По размеру устройство было примерно в две пачки сигарет и по умолчанию крепилось на пояс или носилось в сумке. Walkman можно было класть и в карман, хотя для среднего кармана он был великоват.

Авторство аудиоплеера тем не менее тоже европейское — его создателем стал бразильско-германский инноватор Андреас Павел. После создания компакт-кассет для них стали разрабатываться портативные магнитофоны (первопроходцем этого сегмента был тот же Philips). В 1972 году Павел разработал прототип устройства Stereobelt. Stereobelt был ремнем, на котором размещались проигрыватель, компакт-кассеты и батарейные отсеки.

Бразильско-германский инноватор Андреас Павел разработал Stereobelt — ремень, на котором размещались проигрыватель, компакт-кассет и батарейные отсеки

Бразильско-германский инноватор Андреас Павел разработал Stereobelt — ремень, на котором размещались проигрыватель, компакт-кассет и батарейные отсеки

Фотография: gettyimages.com

Как впоследствии рассказывал Павел, ни одна европейская фирма, которой он предлагал разработку, коммерциализировать ее не взялась: наушники считались устройством для дома, которое только сумасшедший захочет надеть на публике5. В 1977 году Павел оформил патенты на свое устройство, а в 1978-м почти такое же устройство Sony выпустила под названием Walkman. Вопреки ожиданиям европейских «экспертов», потребители всех стран мира стали охотно ходить в наушниках.

В дальнейшем, с распространением CD, Sony добавила к линейке Walkman модель Diskman для проигрывания компакт-дисков на ходу. Патентный спор между Павелом и Sony длился очень долго и был разрешен в 2005 году в пользу Павела. Павелу также принадлежит патент 1989 года на совмещение функций аудиоплеера и мобильного телефона.

Цифровая музыка в кармане: эра мобильных плееров

Встреча всех этих процессов привела к появлению цифрового плеера. Первая концепция цифрового плеера была создана тоже не в США и не в Азии, а в Европе. В 1981 году британский изобретатель Кейн Крамер подал патентую заявку на цифровой плеер IXI с LCD-экраном и 8 Мб магнитоэлектронной памяти. IXI никогда не производился, но, как показали патентные споры конца 2000-х годов, повлиял на последующие разработки. Прототипы коммерческих цифровых музыкальных плееров выпускались начиная с 1990-х (наиболее известен FlashPAC от Bell Labs). За несколько лет массового распространения интернета аудиофилы успели оцифровать и накопить библиотеки музыки MP3, и условия для смены портативных кассетников на портативные MP3-плееры созрели.

В 1998 году рынок цифровых плееров испытал настоящий взрыв: вышли сразу несколько моделей MP3Man (SaeHan-Eiger), Audible (Audible.com), Personal Jukebox (Compaq-HanGo Electronics) Rio PMP300 (Diamond). Дополнительную рекламу плеерам сделала Recording Industry Association of America (RIAA), руководство которой через суд потребовало запрета Rio PMP300 за поддержку пиратского распространения музыки. Иск был отклонен через десять дней, но это событие показало, что индустрия звукозаписи серьезно воспринимает новый формат MP3 и его возможности и обратило на MP3-плееры внимание массового потребителя. С этого момента личное потребление музыки стало необратимо перетекать в «цифру».

magnifier.png В 1998 году рынок цифровых плееров испытал настоящий взрыв: вышли сразу несколько моделей MP3Man (SaeHan-Eiger), Audible (Audible.com), Personal Jukebox (Compaq-HanGo Electronics) Rio PMP300 (Diamond)

Через два года, в 2000-м, Samsung выпустил телефон SPH-M100 Uproar, который впервые получил встроенный программный MP3-плеер. Цифровые плееры стали постепенно превращаться из самостоятельных устройств в программы для смартфонов. Сотовые телефоны позиционировались производителями как телефоны для музыки, фото и развлечений — такова была, например, выходившая с апреля 2005 года Nokia N Series на платформе Symbian. Цифровые плееры следующих поколений, такие как вышедший в 2007-м iPod Touch, изначально были задуманы как смартфоны без сотовых модемов. За первое десятилетие XXI века смартфоны почти полностью вытеснили с рынка цифровые плееры большого размера. Еще одним признаком интеграции мобильной музыки со смартфонами стало то, что автопроизводители стали все чаще оснащать автомобили штатными устройствами трансляции музыки со смартфона в бортовую аудиосистему по кабелю или Bluetooth.

Портативный MP3-плеер Rio в 1998 году стоил около двухсот долларов

Портативный MP3-плеер Rio в 1998 году стоил около двухсот долларов

Фотография: gettyimages.com

Как цифровая музыка подорвала музыкальный бизнес

Для музыкальной индустрии появление цифровой музыки привело не только к смене инструментов и видов звукозаписи. Революционные сдвиги произошли в творческом процессе: возникли библиотеки сэмплов (музыкальных фрагментов), появились средства трансформации мелодии и голоса, возможность гибкого сведения композиции из множества дублей. Процесс профессиональной звукозаписи в результате стал намного доступнее: обычный компьютер после 2000 года обеспечивал возможности, сопоставимые с дорогостоящей студией аранжировки 1970-х годов. С другой стороны, требования к музыкантам и вокалистам стали ниже: если раньше мастер-композицию нужно было исполнить на отлично целиком или как минимум близко к идеалу, то в цифровую эру даже кое-какого музыканта и заурядного вокалиста стало возможно обработать до ангельского звучания склейкой удачных фрагментов и цифровой коррекцией.

Еще серьезнее были изменения в бизнес-модели индустрии звукозаписи. Долгоиграющие виниловые пластинки (LP) на 45 оборотов стимулировали выпуск альбомов, где присутствовали две-три ударные песни (часто раскрученные через радио и ТВ до хитов) и около десятка в лучшем случае крепких, а нередко заурядных или даже плохих песен. Альбомы обеспечивали музыкальной индустрии основной объем продаж. Альтернативой для потребителя были только синглы, небольшие пластинки-миньоны на две песни. Распространение музыки позволило не только платить за песни, но и создавать пользовательские фонотеки, не нагруженные слабыми композициями, — последнее, возможно, для любителей музыки и стало критическим фактором перехода на цифровые плееры. На смену альбомам пришли плейлисты, до того существовавшие только в радиотрансляциях и у диджеев, где они создавались прямо в процессе слушания. К началу XXI века музыка в MP3 позволила всем владельцам цифровых плееров иметь собственные плейлисты, а объем доступной памяти — слушать музыку уже не в течение 45–50 минут, а часами. Фактически музыка все меньше стала распространяться альбомами и все больше — синглами.

Все это означало серьезные риски (если не медленную смерть) и для альбомного формата, и для индустрии звукозаписи. Доходы мейджоров оказались под реальной угрозой, но и артисты не выиграли: продвигаться независимо крайне сложно, а делать это в среде, которая не платит за музыку, бессмысленно. Музыка оказалась перед угрозой отката во времена живого звука, когда артисты и продюсеры могли зарабатывать лишь на концертах. Концерты были основным доходом артистов на слаборазвитых рынках, где не существовало эффективной защиты прав на распространение звукозаписей, но на развитых рынках они дают лишь от ¹⁄₁₀ до ¹⁄₁₂ общих доходов индустрии музыки. Масштаб регресса угрожал стать колоссальным.

magnifier.png Распространение музыки позволило не только платить за песни, но и создавать пользовательские фонотеки, не нагруженные слабыми композициями, — последнее, возможно, для любителей музыки и стало критическим фактором перехода на цифровые плееры. 

Apple Store против стриминга: кто победит?

Распад индустрии звукозаписи не наступил по двум причинам. Во-первых, в 2003 году Apple запустила интегрированный в цифровой плеер iPod сервис iTunes Store. Он позволял покупать музыку за небольшие деньги с оплатой по подключенной к сервису кредитной карте и с доставкой прямо на устройство. Консервативное руководство всех лидеров индустрии звукозаписи (мейджоров) впервые согласилось сотрудничать с подобным проектом, благодаря чему фонотека iTunes сразу стала самой обширной и легальной (в 2016 году две трети оборота всей музыкальной индустрии мира пришлись на трех мейджоров — Sony Music Entertainment, Warner Music Group, и Universal Music Group6.

До этого мейджоры постоянно отказывались от сотрудничества с цифровыми магазинами, и почему Apple в 2003 году удалось получить то, чего не получила ни одна компания, остается предметом спекуляций. Возможно, позиция мейджоров смягчилась оттого, что традиционные методы борьбы с цифровым пиратством показали свою неэффективность; возможно, дело в связях Стива Джобса, который был хорошо знаком с руководством всех ведущих лейблов по опыту руководства Pixar; возможно, наконец, мейджоры сочли, что в закрытой экосистеме Apple нелегальное копирование будет минимальным и их риски малы. Как бы ни принималось решение, оно оказалось правильным: доходы от цифровой музыки стали расти с каждым годом и сейчас составляют 46% от общего оборота индустрии. С 2004 по 2014 год объем продаж цифровой музыки вырос в 17 раз, а долю продаж через Apple в этом объеме разные аналитики оценивают в пределах от 63 до 66%7.

С 2004 по 2014 год долю продаж цифровой музыки через Apple разные аналитики оценивают в пределах от 63 до 66%
С 2004 по 2014 год долю продаж цифровой музыки через Apple разные аналитики оценивают в пределах от 63 до 66%
Фотография: gettyimages.com

А вторая причина стала технологической: массовое распространение беспроводного интернета, особенно от мобильных операторов (сети третьего и четвертого поколения), во втором десятилетии XXI века привели к тому, что потребители стали все охотнее пользоваться стриминговыми сервисами (услугой «музыка по запросу», когда композиции слушают в реальном времени с удаленного сервера, не сохраняя копии). Стриминг заметно дешевле закачек, и когда его доступность и качество стали адекватными, потребители стали интересоваться им всерьез. Лейблы тоже оценили стриминг, потому что стимулы для пиратства с ним упали до минимума.

В скандинавских странах и в Южной Корее (там, где мобильные сети имеют максимальную пропускную способность) стриминг музыки почти полностью вытеснил закачки, но и в традиционно «качающих» странах (США, Великобритания) доля доходов от стриминга уже перевалила за двузначную величину, а доходы от закачек стали сокращаться8.

Стриминговые сервисы, прозябавшие не одно десятилетие (Spotify, Pandora, Rhapsody и др.), стали быстро превращаться в ключевых дистрибуторов музыки. Весной 2016 года по рынку ходили сплетни о скором закрытии iTunes Store, которые Apple, вопреки правилу не комментировать слухи, опровергла9.

Куда в итоге придет музыка в этом десятилетии, сказать нельзя, но можно уверенно утверждать, что для нашего современника главная возможность развлечь себя музыкой — это iPhone или Android с наушниками. Цифровая музыка будет развиваться в соответствии с эргономикой и запросами пользователей смартфонов, пока какая-то новая форма развлечений — возможно, очки виртуальной реальности, возможно, какие-то другие устройства — не подкосит эту доминирующую платформу для музыкального досуга.

Еще по теме:
29.06.2020
Академик Валерий Рубаков, получивший одну из высших наград в мире физики — Гамбургскую премию по теоретической физике, р...
25.06.2020
Государственную премию в области науки и техники получили ученые, основавшие компанию — национального чемпиона и компани...
23.06.2020
Директор Музея антропологии и этнографии имени Петра Великого Андрей Головнёв накануне вручения ему Государственной прем...
17.06.2020
Без применения биотехнологий, работающих с микробами-аборигенами, ликвидация катастрофических последствий разлива дизель...
Наверх