Музыкальные технологии включают в себя все технологические инструменты, устройства и программное обеспечение, используемые при создании, исполнении, записи и распространении музыки. Он значительно изменился: от древних инструментов до современных цифровых платформ, изменив то, как мы создаем и потребляем музыку.
Эволюцию музыкальных технологий можно проследить до ранних инструментов, таких как флейты, сделанные из костей птиц, и барабаны из шкур животных. В XVIII и XIX веках появились механические изобретения, такие как метроном, которые помогали музыкантам поддерживать постоянный темп. В 20 веке произошла революция с изобретением фонографа, радио, электрогитары, синтезаторов и развитием компьютерного производства музыки.
Понимание музыкальных технологий требует базовых знаний о звуке. Звук — это волна, которая распространяется через воздух, воду или твердые тела и может характеризоваться длиной волны ( \(\lambda\) ), частотой ( \(f\) ), амплитудой и скоростью ( \(v\) ). Высота звука определяется его частотой, измеряемой в герцах (Гц), а его громкость связана с амплитудой. Скорость звука в воздухе при комнатной температуре составляет примерно 343 метра в секунду (м/с).
Уравнение скорости звука имеет следующий вид: \(v = \lambda \times f\) , где \(v\) — скорость, \(\lambda\) — длина волны, а \(f\) — частота.
В электронной музыке используются электронные музыкальные инструменты и технологические методы производства музыки. Синтезаторы необходимы в электронной музыке, поскольку они способны генерировать широкий спектр звуков путем манипулирования формой волны, частотой, амплитудой и тембром.
Простым примером является синусоидальная волна, представленная \(y(t) = A \sin(2\pi ft + \phi)\) , где \(A\) — амплитуда, \(f\) — частота, \(t\) — время, а \(\phi\) — фазовый угол. Изменяя эти параметры, синтезатор может воспроизводить разные тона.
Процесс записи включает захват звуковых волн через микрофон, преобразование их в электрический сигнал и последующее сохранение этого сигнала на носителе. В современном производстве музыки используются цифровые звуковые рабочие станции (DAW), которые представляют собой программные платформы для записи, редактирования, микширования и мастеринга треков.
DAW используют алгоритмы цифровой обработки сигналов (DSP) для управления звуком. Например, эквалайзер регулирует баланс частот, компрессор управляет динамическим диапазоном, а реверберация имитирует акустическую среду.
Цифровой интерфейс музыкальных инструментов (MIDI) — это технический стандарт, описывающий протокол, цифровой интерфейс и разъемы для подключения электронных музыкальных инструментов, компьютеров и других аудиоустройств для воспроизведения, редактирования и записи музыки. MIDI-сообщение содержит информацию о ноте (например, ее высоту и продолжительность), но не о самом звуке, что позволяет гибко управлять цифровыми инструментами.
Пример структуры MIDI-сообщения для события включения ноты (который сигнализирует о начале проигрываемой ноты) может быть представлен как \[ [Status, Note\ Number, Velocity] \], где байт состояния определяет тип сообщения. , Номер ноты определяет высоту ноты, а Скорость — интенсивность ноты.
Интернет кардинально изменил то, как мы получаем доступ к музыке и распространяем ее. Сервисы потоковой передачи музыки, такие как Spotify, Apple Music и SoundCloud, используют алгоритмы сжатия для уменьшения размера цифровых аудиофайлов, что делает потоковую передачу высококачественной музыки через Интернет более эффективной. Наиболее распространенным форматом сжатия звука является MP3, который использует перцепционное кодирование и психоакустические модели для удаления неслышимых компонентов звука, значительно уменьшая размер файла без заметного влияния на воспринимаемое качество.
Алгоритм сжатия MP3 аппроксимирует преобразование Фурье для преобразования звуковых волн из временной области в частотную область, где затем выборочно удаляет частоты на основе слуховой маскировки. Основное выражение преобразования Фурье: \(X(\omega) = \int_{-\infty}^{\infty} x(t)e^{-j\omega t} dt\) , где \(x(t)\) — сигнал во временной области, а \(X(\omega)\) — представление в частотной области.
Достижения в области искусственного интеллекта (ИИ) и машинного обучения формируют будущее музыкальных технологий. Алгоритмы искусственного интеллекта теперь могут сочинять музыку, генерировать реалистичные звуки инструментов и даже исполнять музыку в стилях определенных композиторов или жанров. Виртуальная реальность (VR) и дополненная реальность (AR) также открывают новые способы восприятия музыки и взаимодействия с ней.
Влияние технологий на музыку глубоко и постоянно развивается, определяя не только способы производства и потребления музыки, но также влияя на музыкальное творчество и инновации.
