オーストラリアがいかにして世界初のコンピュータ音楽を奏でたか

オーストラリアがいかにして世界初のコンピュータ音楽を奏でたか

2016年6月27日 | 著者: Paul Doornbusch | コンピューティングの歴史

コンピュータで音楽を再生することは、今では当たり前になっています。ポケットの中にも、家庭やオフィスにもコンピュータがあり、音楽はいつでも聴けます。しかし、コンピュータで音楽を奏でることは、かつては想像を絶する飛躍であり、極めて困難なプログラミングの挑戦でした。

世界で4番目に開発されたデジタルコンピュータは、オーストラリアの科学産業研究機構（CSIR、後のCSIRO）によって設計・製造されました。1947年に構想が生まれ、1949年に最初のテストプログラムが実行され、1950年または1951年に音楽を奏でました。

当初はCSIR Mark 1と呼ばれていましたが、後にCSIRAC（CSIR Automatic Computer）と改名されました。これはシドニーのCSIRの無線物理部門で製造されました。

CSIRACは今日の基準では非常に原始的なコンピュータでした。非常に遅く（毎秒1,000サイクル）、メモリも少なく（RAM約2KB、ディスクメモリ約3KB）、部屋を埋め尽くす大きさで、現代のコンピュータのようなディスプレイもありませんでした。

ホーダーからの脱却

［画像: CSIRACがビクトリア博物館に展示される前の様子］

CSIRACからのほとんどの出力はパンチされた紙テープで行われ、後で別の機械でテキストに変換されていました。唯一馴染みのある出力デバイスはスピーカー（「ホーダー」と呼ばれた）で、プログラムの進行状況を追跡するために使用されていました。

プログラマーは、プログラムの終了を知るために音（「ブラート」と呼ばれた）を鳴らしたり、プログラムの進行状況を示すブラートを仕込んだりしていました。

原始的ではありましたが、CSIRACは画期的な作業を行い、1953年には銀河系の中心を見つけるための計算を実行したり、最初の超高層ビルの設計にも貢献しました。

［画像: CSIRAC before it was put on display at Museum Victoria］CSIRACは、ビクトリア博物館に展示される前に、シリアルコンピュータでした。現代のコンピュータが一度に32または64ビットを並列で処理するのに対し、CSIRACは一度に1ビットずつデジタルビットを伝送していました。

CSIRACのメモリは水銀音響遅延線でした。これは、パルスをメモリチューブに入れ、チューブの反対端まで伝わり、再び前面に戻されるという仕組みです。これにより、1本の水銀チューブに多くのビットやデジタルワードを格納できました。常に約20本のメモリチューブが機能していました。

水銀音響遅延線メモリを使用していた結果、各メモリへのアクセスには異なる時間がかかりました。これは、リアルタイムでの音楽再生のような時間的制約のあるアプリケーションにとっては問題となることが判明しました。

音楽メーカー

最初のソフトウェアエンジニアまたはプログラマーは、オーストラリアのコンピューティングにおけるあまり知られていない英雄である数学者のGeoff Hillでした。

ヒルは非常に音楽的な家庭の出身でした。母親は音楽教師、姉は演奏家であり、彼自身も絶対音感を持っていました。これは非常に重要です。なぜなら、CSIRACが音を作成する方法は、コンピュータのデータバスからスピーカーに生のパルスを送信することだったからです。

もし無造作にプログラムされた場合、これらのパルスはスピーカーにランダムなタイミングで到達し、プログラマーがプログラムの実行ポイントを示すために使用するブラートのような音を生成しました。

ヒルは、パルスが規則的なタイミングで到達するようにプログラムできれば、安定したピッチが得られることにすぐに気づいたでしょう。そして、おそらく音楽のスケールをプログラムできると考えました。

各メモリへのアクセス時間が異なり、全体のクロック周波数が毎秒1,000サイクルしかなかったため、これは非常に困難な作業でした。

しかし、ヒルはこれを成し遂げ、彼の音楽的知識は非常に役立ちました。少なくとも一度は、夜遅くに母親に電話をかけ、コンピュータのスピーカーに電話の受話器を当てながら、いくつかの音が調和しているか尋ねたそうです。

最初の時、母親はヒルに、口でくしと紙でくだらないことをして、夕食がオーブンに入っているのに夜遅くに迷惑をかけたと叱りました！母親は何が起こっているのか理解していませんでした。

シンプルなメロディー

ヒルはCSIRACに、当時の人気曲である「Colonel Bogey」、「Girl with Flaxen Hair」などを演奏するようにプログラムしました。プログラマーは音楽の専門家ではなく、コンピュータの使用が作曲や音楽演奏の可能性にどう影響するかに関心がなかったため、これは自然なことでした。

この音楽はCSIRACの「お座敷芸」の一つでした。Dick McGeeは、1951年4月にCSIROに入社したとき、CSIRACが音楽を演奏していたのを覚えています。1951年8月7日から9日にかけて開催されたオーストラリア初のコンピューティング会議では、会議後、誰もがその話題で持ちきりになり、大きな反響を呼びました。

CSIRACを開発したチームを率いた故Trevor Pearceyは、亡くなる数年前の1996年のビデオインタビューで、その音楽演奏をよく覚えていたと語っています。

こうしてCSIRACは、世界で初めて音楽を演奏したコンピュータとなりました。残念ながら、演奏された音楽は一度も録音されませんでした。

CSIROでの計画変更

［画像: 正確なパルス形状を生成するために、元のCSIRAC設計に基づいて構築された再構築されたバルブアンプ］

CSIRO内部では方針転換があり、計算よりも気象科学と一次産業に注力することが決定され、計算は他者と商業部門に委ねられることになりました。

［画像: A reconstructed valve amplifier built to the original CSIRAC design］

そのため、CSIROが当時音楽の録音に抵抗したのも不思議ではありません。しかし、現在では忠実に再構築され、再び聴くことができるようになりました。

私（著者）が率いるメルボルン大学のチームは、CSIRACのパルス形状を忠実に再現するための（バルブ）ハードウェアと、古いプログラムを実行するためのソフトウェアを構築しました。

古いパンチテープのプログラムデータを手作業で読み込み、入力した後、プログラムは再構築されたパルスで実行され、音楽は正確に再生されました。

チームは、可能な限り本物らしくするために、オリジナルの数週間以内に製造された新しいスピーカーを調達する手間までかけました。ビクトリア博物館のご厚意により、スピーカーを古いキャビネットに入れ、再生される音楽を録音することができました。

• CSIRACが音階を演奏 (MP3, 116 KB) (0:07)
• CSIRACが「Colonel Bogey」を演奏 (MP3, 270 KB) (00:17)
• CSIRACが「The Bonnie Banks o' Loch Lomond」を演奏 (MP3, 289 KB) (0:18)
• CSIRACが「Auld Lang Syne」を演奏 (MP3, 287 KB) (0:18)

［画像］Photo: CSIRAC music instructions

CSIRACが初めて音楽を演奏した直後の1951年、BBCはイングランドのマンチェスターにあるFerranti Mark 1コンピュータが音楽を演奏する様子を録音しました。これがコンピュータが音楽を演奏する最も古い録音です。

1956年にCSIRACがメルボルン大学に移された後も、音楽演奏は続けられました。大学の数学教授であったTom Cherryは、ホーダーのプログラミングの複雑さを知らなくても、誰でも「楽譜」または「ピアノーラ」テープをパンチしてコンピュータに演奏させることができるプログラムを作成しました。

チェリー教授による音楽プログラムの使用方法に関する指示書は、現在も存在しています。

失われた機会

コンピュータ音楽とデジタルオーディオにおける最も重要な初期の開発は、1950年代後半からベル研究所で米国で行われました。

1957年、音響研究者であるMax Mathewsは、この技術の可能性を見抜く先見の明を持っていました。彼は、IBM 704メインフレームコンピュータで17秒の楽曲を演奏できるプログラムを作成しました。

シドニーでのCSIRACによる初期の音楽作業にもかかわらず、しばしば「コンピュータ音楽の父」と呼ばれるのはMatthewsです。Max Mathews, father of computer music, dies at 84。

しかし、1950年代に始まった開発は、私たちがこれまでに経験した中で最もエキサイティングな音楽の冒険へとつながりました。それは、デジタル技術を音楽の創造、制作、聴取、配信に応用することです。

CSIRACの音楽再構築プロジェクトについて、かつてCSIRACで働いていたオリジナルのエンジニアたちと話していたとき、私は、当時メルボルンに住んでいた作曲家Percy GraingerがCSIRACに出会わなかったことを残念に思いました。

元CSIRACコンピュータ技術者のPeter Thorneはこう語りました。

「私たちは彼が計算機実験室の前を歩いていくのを見て、『あれはパーシー・グレンジャーだ』と言っていました。」

私はため息をつきました。当時のオーストラリアで最も冒険的な作曲家であったグレンジャーは、彼の音楽的夢の一部を実現できたかもしれない機械からわずか数メートルのところにいました。もし彼がCSIRACに出会っていたら、コンピュータと音楽を組み合わせた驚くべき発展のいくつかは、オーストラリア初の別のものになっていたかもしれません。

この記事は2016年6月27日にThe Conversationに初掲載されました

著者: Paul Doornbusch メルボルン大学コンピュータサイエンス客員教授、メルボルン大学オーストラリア芸術大学副学部長

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