Музичні технології охоплюють усі технологічні засоби, пристрої та програмне забезпечення, що використовуються для створення, виконання, запису та розповсюдження музики. Він значно еволюціонував, від стародавніх інструментів до сучасних цифрових платформ, змінивши те, як ми створюємо та споживаємо музику.
Еволюцію музичних технологій можна простежити до ранніх інструментів, таких як флейти, зроблені з пташиних кісток, і барабани зі шкур тварин. У 18 і 19 століттях були представлені механічні винаходи, такі як метроном, які допомагали музикантам підтримувати стабільний темп. У 20 столітті відбулася революція з винаходом фонографа, радіо, електрогітари, синтезаторів і розвитком комп’ютерного виробництва музики.
Розуміння музичних технологій потребує базових знань про звук. Звук — це хвиля, яка поширюється крізь повітря, воду або тверді тіла, і її можна охарактеризувати довжиною хвилі ( \(\lambda\) ), частотою ( \(f\) ), амплітудою та швидкістю ( \(v\) ). Висота звуку визначається його частотою, виміряною в герцах (Гц), а його гучність пов’язана з амплітудою. Швидкість звуку в повітрі при кімнатній температурі становить приблизно 343 метри на секунду (м/с).
Рівняння для швидкості звуку таке: \(v = \lambda \times f\) , де \(v\) — швидкість, \(\lambda\) — довжина хвилі, а \(f\) — частота.
В електронній музиці використовуються електронні музичні інструменти та технології виробництва музики. Синтезатори є важливими в електронній музиці, оскільки вони здатні генерувати широкий діапазон звуків, маніпулюючи формами хвиль, частотою, амплітудою та тембром.
Простим прикладом є синусоїда, представлена \(y(t) = A \sin(2\pi ft + \phi)\) , де \(A\) — амплітуда, \(f\) — частота, \(t\) — час, а \(\phi\) — фазовий кут. Змінюючи ці параметри, синтезатор може створювати різні звуки.
Процес запису передбачає захоплення звукових хвиль через мікрофон, перетворення їх на електричний сигнал і подальше збереження цього сигналу в носії. Сучасне музичне виробництво використовує цифрові аудіоробочі станції (DAW), які є програмними платформами для запису, редагування, мікшування та мастерингу треків.
DAW використовують алгоритми цифрової обробки сигналу (DSP) для керування звуком. Наприклад, еквалайзер регулює баланс частот, компресор контролює динамічний діапазон, а реверберація імітує акустичне середовище.
Цифровий інтерфейс музичних інструментів (MIDI) — це технічний стандарт, який описує протокол, цифровий інтерфейс і роз’єми для підключення електронних музичних інструментів, комп’ютерів та інших аудіопристроїв для відтворення, редагування та запису музики. MIDI-повідомлення містить інформацію про ноту (наприклад, її висоту та тривалість), але не сам звук, що дозволяє гнучко керувати цифровими інструментами.
Приклад структури MIDI-повідомлення для події ввімкнення ноти (яка сигналізує про початок відтворення ноти) може бути представлений як \[[Статус, Нота\ Номер, Швидкість] \], де байт Статусу визначає тип повідомлення , Номер ноти визначає висоту ноти, а швидкість – інтенсивність ноти.
Інтернет кардинально змінив спосіб доступу до музики та її поширення. Сервіси потокового передавання музики, як-от Spotify, Apple Music і SoundCloud, використовують алгоритми стиснення, щоб зменшити розмір цифрових аудіофайлів, що робить ефективним потокове передавання високоякісної музики через Інтернет. Найпоширенішим форматом стиснення аудіо є MP3, який використовує перцептивне кодування та психоакустичні моделі для видалення нечутних компонентів звуку, значно зменшуючи розмір файлу без помітного впливу на якість сприйняття.
Алгоритм стиснення MP3 наближає перетворення Фур’є для перетворення звукових хвиль із часової області в частотну область, де потім вибірково видаляє частоти на основі звукового маскування. Основним виразом для перетворення Фур’є є \(X(\omega) = \int_{-\infty}^{\infty} x(t)e^{-j\omega t} dt\) , де \(x(t)\) є сигналом у часовій області, а \(X(\omega)\) є представленням у частотній області.
Удосконалення штучного інтелекту (ШІ) і машинного навчання формують майбутнє музичних технологій. Алгоритми ШІ тепер можуть складати музику, генерувати реалістичні звуки інструментів і навіть виконувати музику в стилях певних композиторів або жанрах. Віртуальна реальність (VR) і доповнена реальність (AR) також представляють нові способи відчути музику та взаємодіяти з нею.
Вплив технологій на музику глибокий і постійно розвивається, формуючи не лише те, як створюється та споживається музика, але й впливає на музичну творчість та інновації.
