Что такое звук? Это колебания, которые уловило наше ухо. Источником звука может быть любой «дрожащий» предмет: струна, мембрана барабана, ветер, сквозящий в приоткрытом окне. Им может быть и корпус трансформаторной будки, в которой проходит переменный ток. Магнитное поле трансформатора вибрирует с определенной частотой, заставляя дрожать и сам его корпус, а он, в свою очередь, узнаваемо гудит. Этот гул ― пение переменного тока. И с него начинается вековая история электронных музыкальных инструментов.
Аудион
В самом начале XX в. американский инженер-электрик Ли де Форест создал аудион для нужд военной промышленности. Что представляло собой это устройство? Представьте себе обыкновенную стеклянную лампу накаливания. Нить, которая светится в этой лампе, в процессе нагрева выпускает электроны. Теперь добавьте в лампу еще два элемента: анод с положительным потенциалом, к которому будут притягиваться электроны, и сетку, экран, который будет находится на пути этого движения. Мы получили систему, в которой можем контролировать поток электронов, изменяя потенциал сетки.
Аудион использовался как усилитель звука. К его выходу подключались наушники, ко входу ― любой датчик, улавливавший радиоволны, и аудион делал громкость выше. А еще, если вход аудиона подключался к выходу, в наушниках сам по себе возникал резкий звук, взявшийся, казалось бы, просто ниоткуда. Виновником был переменный ток в аудионе, который с определенной частотой меняет свою полярность. Это «волнообразное» движение тока, передаваясь на наушник, создает звук. И сейчас, много лет спустя, того же самого эффекта можно добиться, если неправильно подключить колонки сами к себе, ― появится гул.
Комната с клавиатурой телармониума, 1906 г.
Подобное устройство, генерирующее переменный ток определенной частоты, в наше время называется «осциллятор». Чем выше частота колебаний в осцилляторе, тем выше звук, который он будет создавать. А теперь вопрос: что будет, если собрать множество осцилляторов с разной частотой, сделать специальную клавиатуру, которая будет включать звук на том или ином устройстве, а потом все это подключить к какому-нибудь выходу, воспроизводящему звук? Получится телармониум ― монструозная машина весом в десятки тонн, построенная в 1906 г. американским изобретателем Тадеушем Кэхиллом. Этот прообраз синтезатора передавал звуки осцилляторов по телефонным линиям того времени, чем изрядно портил качество связи по всей сети.
Хотя телармониум действительно мог играть музыку, сложность конструкции и дороговизна производства не сделали из него настоящего музыкального инструмента, доступного людям. Таким стало другое изобретение, именуемое терменвоксом в честь его создателя, советского инженера Льва Сергеевича Термена. В 1920 г. Л.С. Термен обнаружил интересный эффект во время одного из своих физических экспериментов с осцилляторами, генерирующими электромагнитные волны. Помещая между осцилляторами конденсаторы с разной емкостью, он менял в одном из них частоту колебаний. Будучи музыкантом, ученый быстро сообразил, что этот эффект можно использовать не только для научной работы.
Терменвокс издает звуки разной высоты в зависимости от того, как близко музыкант подносит руку к антенне инструмента. Физика процесса такова, что тело человека изменяет емкость поля вокруг устройства, а значит и частоту колебаний в осцилляторе, сигнал которого подается на усилитель и ― вуаля! ― мы слышим чистый электронный гул. Впоследствии Л.С. Термен добавил вторую антенну, которая контролирует громкость звучания, создав музыкальный инструмент, чем-то напоминающий скрипку. Он тоже издает строго один звук и требует от музыканта идеального слуха и контроля над движениями, ведь положение нот на терменвоксе никак не отметить.
Довольно быстро инженеры со всего мира сообразили, как, используя все тот же принцип генерации звука осциллятором, присоединить к инструменту фортепианную клавиатуру. Среди множества экспериментов, так и не дошедших до полноценного производства, здесь выделяется электрофон французского виолончелиста Мориса Мартено, созданный в 1920-х гг. Кроме клавиатуры у «Волн Мартено» была специальная нить с кольцом и кнопка-«смычок». Извлекать звуки из электрофона можно было как нажимая на клавиши, так и натягивая нить, а кнопка отвечала за «включение» сигнала.
Что дальше? Ответ прост. Все это время мы слушали «чистый» осцилляторный звук. Но что если мы попытаемся контролировать не только высоту и громкость звука, но и форму волны? В 1930 г. немецкий инженер Фридрих Тротвейн изобретает траутониум. В основе инструмента лежал все тот же терменовский принцип, хотя теперь замыкание цепи происходило путем нажатия на металлическую пластину. Но важен этот инструмент по совсем иной причине: у него появляются модули для изменения тембра звука.
Следующий шаг ― полифония, когда несколько нот звучат одновременно. То, что 30 лет назад не удалось телармониуму, получилось у Hammond Novachord, по сути заменяющего собой целое пианино. А еще через десять лет, в СССР, инженер Евгений Александрович Мурзин добавляет к полифонии принцип музыкальной шкатулки. На созданном им инструменте АНС (расшифровывается как «Александр Николаевич Скрябин») музыка проигрывалась, когда устройство считывало ее со специальной ленты.
Впрочем, большинство описанных выше инструментов продолжали быть громоздкими и неудобными... Пока не были изобретены транзисторы, заменившие собой ламповые осцилляторы. Теперь инструменты могли быть компактнее, надежнее, звучать чище, и этим воспользовался американский инженер Роберт Муг. В 1964 г. он создал первый модульный синтезатор Moog Modular, который наконец стал инструментом, вошедшим в обиход многих музыкантов.
The Beatles, The Doors, Yes, Tangerine Dream, Emerson, Lake and Palmer… Отныне и навсегда синтезаторы вошли в массовую музыку и дальше развивались вместе с технологиями. Появлялись микрочипы ― синтезаторы начинали работать на микрочипах. Персональные компьютеры захватывали рынок ― появлялись цифровые вариации электронных инструментов. Сейчас без них уже невозможен музыкальный мир. А ведь начиналось все с самой обыкновенной лампочки.
