XIV Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Синтезатор на платформе EV3
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Музыка – это вид искусства, с помощью которого мы можем передавать свои настроения и чувства, побуждающий к сопереживанию, формирующий стремление к преобразованию окружающего мира. Музыка – это чудесный дар, данный человечеству. Музыка звучала, когда люди ещё не знали нот. Кто-то пел мелодию, а другие пытались её повторить. Так порой, народные напевы и мелодии передавались из поколения в поколение, в те самые удивительные минуты перед сном, когда мать нежно напевала своему малышу ту же песню, что когда-то пели ей.
Актуальность темы:
В музыке отражаются настроения и переживания человека, его эмоциональный мир. Тонкость и сила, разнообразие душевных состояний, раскрываемых в музыке, составляют основное содержание музыкального искусства. Важно отметить, что музыка отражает эмоциональный мир социально конкретного человека, систему психологической жизни человека определенного времени, определенной национальной принадлежности, определенного социального слоя.
На сегодняшний день популярность музыки лишь продолжает расти, каждый человек может слушать музыку, которая ему нравится. Кроме того, появляется всё больше исполнителей в различных жанрах, а научиться играть на каком-либо инструменте могут как взрослые, так и дети, даже за короткое время. Приобрести хороший инструмент тоже не составит особого труда, однако, многофункциональность инструмента становится наиболее востребованным критерием при его выборе. Именно поэтому нас заинтересовала идея воплощения одного из существующих музыкальных инструментов на платформе Lego, которое так интересно детям сегодня. А значит, таким образом, возможно пробудить их интерес и к музыке посредством Lego.
Цель исследования: Развитие у детей интереса к музыке посредством воплощения синтезатора на платформе Lego Mindstorms EV3.
Задачи исследования:
Изучить факторы влияния музыки на разные аспекты жизни человека;
Познакомиться с историей появления нот и фортепиано;
На основе изученной информации сконструировать Синтезатор на базе конструктора Lego Mindstorms EV3.
Глава 1. Музыка как часть нашей души.
Значение музыки в жизни человека
Музыка является неотъемлемой частью жизни человека, она и есть часть человеческой души. Музыка имеет сильное воздействие на эмоциональную сферу и нравственный мир человека.
Что для человека есть музыка? Она как воздух и тепло солнечных лучей для нашего слуха и души. Она делает нас лучше, вдохновляет и воодушевляет, дарит незабываемые чувства. Именно благодаря музыке человек способен расслабиться, отдохнуть, получить определенную пищу для ума. Этот вид искусства способен в корне поменять настроение человека – развеселить его, опечалить, почувствовать тоску [1].
Под музыкальным искусством следует понимать, во-первых, деятельность, направленную на создание специфических художественных ценностей - музыкальных произведений, то есть композиторское и исполнительское творчество, и, во-вторых, продукт этой деятельности - совокупность музыкальных произведений, принадлежащих различным авторам и различным историческим эпохам. Под музыкальной культурой понимается особая форма духовной жизни людей, призванная культивировать общественно необходимые переживания, обогащать содержание духовной, прежде всего эмоциональной жизни человека [2].
Кроме того, мы узнали, что музыка положительно влияет на развитие детей, причем это воздействие начинается еще до рождения. Об этом свидетельствует обширное исследование коллектива французских ученых под руководством Эмманюэля Бигана, директора Лаборатории по изучению проблем развития, действующей при Университете Бургундии.
История 7 нот
Давным-давно в Италии, в городе Ареццо жил музыкант – монах по имени Гвидо. Он очень хорошо пел и преподавал музыку. В Ареццо был монастырь, где Гвидо занимался с хором мальчиков и учил их церковному пению. Занятия проходили каждый день и начинались с распевки. Распевкой служил "гимн святому Иоанну". Теперь его можно назвать самой важной песней в истории музыки, потому что именно этот гимн положил начало нотам. А дело было так...
Каждую следующую строчку гимна мальчики должны были петь немного выше предыдущей. Мальчики забывали текст, иногда фальшивили, и Гвидо сам пропевал первый слог каждой строчки на нужной высоте. Для того, чтобы помочь своим ученикам запоминать мелодию и ускорить процесс обучения, Гвидо решил записать высоту звуков на бумаге, дав каждому звуку название, чтобы мальчики могли «читать» музыку с листа.
Он разместил первые слоги каждой строчки первого куплета гимна на четырех линеечках, в виде квадратных значков. Четыре линейки использовались как ступеньки, а на них, как на лесенке, располагались квадратные значки-ноты, каждая из которых соответствовала звуку. Вначале, Гвидо использовал красные, черные и желтые линеечки для размещения нот. Он создал для детей понятный и наглядный музыкальный алфавит. Позже линеечки перестали рисовать цветными, все они стали черными, а ноты из квадратных превратились в круглые. Скорее всего, когда начали писать ноты вручную быстрее и удобнее было нарисовать кружочки, чем квадратики.
Названия нот сохранились до наших дней. Перед вами текст латинского "гимна святому Иоанну". Прочитайте первые слоги каждой строчки гимна:
"Ut queant laxis -первая строчка дала название ноте Ут (позже До)
Resonare fibris - вторая строчка - ноте РЕ
Mira gestorum - третья -ноте МИ
Famuli tuorum -четвертая - ноте ФА
Solve poluti -пятая- ноте СОЛЬ
Labrii reatum -шестая- ноте ЛЯ
Sancte Johanes"
Этот гимн-молитва о том, чтобы Святой Иоанн (покровитель пения) помог звучать голосам певчих, которые будут восхвалять Господа, без хрипоты.
Дословный перевод:
«Чтобы могли воспеть на расслабленных струнах твои чудные деяния, разреши грех оскверненных уст, Святой Иоанне»
Гвидо совершил революционный переворот в музыке. Он придумал ноты, изобрел современную систему записи нот и создал сольфеджио. Он придумал методику преподавания музыки для своих учеников по руке. Термин "Гвидонова рука" используется до сих пор.
Каждая фаланга пальцев соответствовала звуку определенной высоты, поэтому работая с хором, Гвидо мог по своей руке показывать ученикам, какой звук петь. Почти как Гвидо 1000 лет назад, профессор Уильям Март показывает технику преподавания высоты звуков по руке.
С помощью новшеств, введенных Гвидо, певческая подготовка монахов сократилась с десяти лет до двух. Люди смогли «читать» мелодию с листа. Единственным недостатком оставалось невозможность передать ритм мелодии и длительность звуков. Почти через пятьсот лет, как Гвидо придумал ноты, ноту Ут заменили на ноту До (Do), потому что ее легче пропевать, она более благозвучна. Ученые считают, что нота Do появилась от слова "Dominis" - Господь, а другая версия говорит что do - "даю" в переводе с латыни. Некоторые считают, что ноту До ввел музыкант Дж. Дони, взяв первые буквы своей фамилии (около1540 года). А еще добавили ноту си (Si или Ti). Считается, что нота СИ получила свое название от инициалов Святого Иоанна (Sancte Ioanes) Х. Вальрантом в 1574 году.
Затем к четырем линеечкам, придуманным Гвидо, добавили пятую и перестали их рисовать цветными. Добавили ключи. И такая система нот, которая называется нотация, дошла и до наших дней [3].
Фортепиано и синтезатор
Пианино – это ударный инструмент. У него есть струны, но струны натянуты очень туго и функционируют так же, как стержни на ксилофоне. Эти струны/стержни ударяются войлочными молотками для создания звука, который является определением ударного инструмента. Пианино очень хорошо маскируется под инструмент легато, но на самом деле это просто молотки, стучащие по тактам: ударный инструмент.
Идея синтеза звука, — то есть получение сложного звука, состоящего из основного (тона) и дополнительных к нему (обертонов), — зародилась задолго до открытия электричества. Уже в регистрах обычного орга́на использовался так называемый «микстурный регистр», в котором одна труба давала основной тон, а несколько дополнительных трубочек добавляли к нему обертоны. Это и был синтез, — составление звука из нескольких компонентов, — но ещё не электрический.
Синтезатор – это электронный музыкальный инструмент, создающий различные звуковые волны при помощи нескольких встроенных генераторов.
Синтезаторы используются для воспроизводства звуков, которые нельзя получить с помощью традиционных музыкальных инструментов. С появлением этих инструментов была разработана совершенно отдельная ветвь музыки, а устоявшиеся жанры получили возможность разнообразить свое звучание. К тому же синтезатор может эмулировать несколько инструментов (струнных, клавишных, ударных и т. д.). Благодаря этому свойству, музыкантам, играющем только на одном музыкальном инструменте, стали способны записывать все необходимые в аранжировке партии в одиночку. Именно поэтому синтезатор считается одним из самых популярных музыкальных инструментов на сегодняшний день. Но как и когда появился этот удивительный инструмент?
Его богатая история началась в конце девятнадцатого века, с прибора, созданного в 1876 году американцем Э. Грейем.
Его «Музыкальный телеграф» имел рояльную клавиатуру и динамик. Практического значения это изобретение не нашло и в серию запущенно не было.
Время шло и технический прогресс не обошел стороной и музыкальные инструменты. Американец Рей Курцвейл – знаменитый деятель компьютерного бизнеса в 1982 году создал компанию Kurzweil Music Systems и за два года разработал первый в мире цифровой сэмпл-синтезатор - уникальный для своего времени музыкальный инструмент Kurzweil 250. Прибор представлял собой полноценный компьютер с собственным программным обеспечением. Занятный факт в том, что обновления для нее выходят до сих пор.
Большой вклад в развитие цифрового звука внёс Джон Чоунинг. Его по праву считают основателем цифрового звука. Чоунинг стал изобретателем возможности самостоятельного цифрового синтеза. Принципы цифрового синтеза звука были придуманном Чоунингом ещё в далеком семьдесят четвертом. В том же году японская компания Yamaha создает первый прототип синтезатора, который синтезировал звуки с помощью технологии Чоунинга, а не использовал записанные семплы, как модель Курцвейла. Но, лишь спустя девять лет, Yamaha смогла создать цифровой музыкальный инструмент, который можно было запустить в массовое производство – Yamaha DX-7.
Но, рассвет цифровых синтезаторов не значит, что музыканты отказались от работы с аналоговыми музыкальными инструментами. Многие используют их в своей деятельности и сегодня, так как они имеют более теплое и «живое» звучание. Популярность синтезаторов настолько высока, а выбор моделей столь огромен, что их можно наблюдать не только в работах музыкантов-профи, но и среди новичков.
Рок, поп, джаз, панк, электронную и даже классическую музыку сегодня сложно представить без этого инструмента. На самом деле, огромный спектр жанров музыки, удобные габариты и сравнительно не высокая цена – те факторы, которые позволили инструменту занять значимое место в музыкальной культуре.
Глава 2. Музыка в робототехнике
2.1 Синтезатор на платформе EV3
Наш роботизированный синтезатор (Рисунок 2.1.1 Приложения) способен воспроизвести 7 музыкальных нот первой октавы с помощью 7 датчиков касания [4], но пока без диезов и бимолей. Ноты можно нажимать в любом порядке и даже одновременно, играя небольшую композицию в основном одной рукой (Рисунок 2.1.2 Приложения). Кроме того, используя кнопки модуля EV3 [5], можно запустить до 5 треков, а их запись обновлять по желанию в любое время (Рисунок 2.1.3 Приложения). В нашей модели мы сделали запись 3 треков, которые отлично звучат. В дальнейшем планируем добавить возможность подыгрывания под записанные треки для разучивания данных мелодий, а также функцию смены октав (Рисунок 2.1.4 Приложения).
Мы сконструировали модель роботизированного синтезатора на базе конструктора Lego Mindstorms EV3, где установлены (Рисунок 2.1.5 Приложения):
1 модуль EV3 в качестве центра управления моделью, запуска программы и треков (Рисунок 2.1.6 Приложения);
7 датчиков касания, на которых закреплены белые клавиши 7 нот, что издают соответствующие тона при нажатии (Рисунок 2.1.7 Приложения).
Полное видео работы нашего проекта по программе в среде EV3 можно посмотреть по ссылке: https://drive.google.com/file/d/1jEUVuKlQDWLR8vkWRRBxgE2OS7m17HlQ/view
Заключение
Изучив факторы влияния музыки на разные аспекты жизни человека, мы узнали, что музыка имеет сильное воздействие на эмоциональную сферу и нравственный мир человека. А это означает, что её влияние на формирование личности человека намного сильнее, чем мы даже можем себе представить.
Познакомившись с историей появления нот и фортепиано, мы подчеркнули важность абсолютно каждой из 7 нот в строении музыки и реализовали их в нашем проекте.
В итоге, на основе изученной информации мы сконструировали роботизированный Синтезатор на базе конструктора Lego Mindstorms EV3, который может поспособствовать развитию у детей интереса к изучению музыки.
Список литературы и интернет-источники:
https://pavldshi.krd.muzkult.ru/
http://art.vlsu.ru/index.php?id=235
https://marena99.livejournal.com/8365380.html
LEGO Книга идей: новая жизнь старых деталей: 181 удивительный механизм и устройство; [пер. с англ. А. Аревшатян]. – Москва, Издательство «Эсмо», 2015. - 200 с.;
Курс «Машины и механизмы», курс «Основы робототехники», Школа интеллектуального развития «Мистер Брейн», - Режим доступа - https://vk.com/mrbrain_tmn
Приложение
Рисунок 2.1.1 – Синтезатор на платформе EV3
Рисунок 2.1.2 – 7 датчиков касания
Рисунок 2.1.3 – Сборка
Рисунок 2.1.4 – Изучаем ноты и программируем
Рисунок 2.1.5 – Наша программа часть 1
Рисунок 2.1.6 – Наша программа часть 2