Стивен Уитт - Как музыка стала свободной

Этот метод, получивший название «кодировка Хаффмана», в 50-е разработал учёный-компьютерщик Дэвид Хаффман в институте MIT. Работая на заре информационной эпохи, Хаффман заметил, что желая сэкономить биты, надо искать паттерны, образцы, потому что они по определению повторяются. То есть не надо записывать все паттерны битами, можно сделать это один раз и потом, когда необходимо, возвращаться к этой записи. С точки зрения теории информации, это — прямо как скрипичное соло: вибрирующая струна, извлекающая предсказуемые повторяющиеся звуковые паттерны в воздухе.

Эти два метода дополнили друг друга идеально: алгоритм Бранденбурга хорош для сложных, накладывающихся друг на друга шумов, кодировка Хаффмана — для чистых простых тонов. Так объединились десятки лет исследований в области акустики и анатомии с базовыми принципами теории информации и высшей математикой.

К середине 1986 года Бранденбург даже написал простенькую компьютерную программу, демонстрировавшую его метод в работе. Это знаковое достижение в его карьере: проверенный метод сохранения аудиоданных даже при самом скудном «бюджете» битов. Бранденбургу был 31 год. Первый патент он получил ещё до защиты диссертации. Бранденбург (что довольно необычно для выпускника) очень интересовался актуальным потенциалом рынка. С такими мозгами ему было обеспечено место преподавателя на испытательном сроке, но научная деятельность его не интересовала. Он ещё в детстве зачитывался биографиями великих изобретателей и усвоил, что уметь самому что-то делать руками очень важно.

Бранденбург был изобретателем, как Белл и Эдисон, и эти его амбиции поощрялись. Дитер Зайтцер, сбежав от Цвикера, большую часть карьеры сделал в IBM, собирая патенты и развивая коммерческое чутьё. Своих выпускников он тоже направлял по этому пути. Как только он увидел прогресс Бранденбурга в исследованиях психоакустики, он выгнал его из университета в Институт интегральных схем общества Фраунгофера — недавно открытый баварский технологический инкубатор, где сам был наблюдателем.

Этот институт — подразделение Общества Фраунгофера, мощной, финансируемой государством организации с десятками кампусов по всей стране — немецкий ответ Лабораториям Белла. «Фраунгофер» распределял деньги налогоплательщиков по перспективным направлениям исследований в широком спектре академических дисциплин, а когда эти исследования давали какие-то конкретные результаты, он устанавливал коммерческие отношения с крупными компаниями-производителями. За долю от будущих доходов от идей Бранденбурга, Фраунгофер предлагал современные суперкомпьютеры, высококачественное акустическое оборудование, профессиональную экспертизу в области интеллектуальной собственности и квалифицированную рабочую силу.

Последнее было важно. Метод Бранденбурга был сложным и требовал одновременно проводить несколько математических операций. Вычислительные технологии 1980-х годов с подобными задачами едва справлялись, и алгоритмическая эффективность играла ключевую роль. Бранденбургу требовался виртуоз, эдакая суперзвезда под кофеином, которая переведёт математический аппарат уровня выпускника вуза в безупречный компьютерный код. Такой нашелся во Фраунгофере: 26-летнии программист по имени Бернхард Грилл.

Грилл был ростом ниже Бранденбурга и вел себя спокойнее. Лицо — широкое, приветливое, волосы — рыжеватые и длинные. Голос — громче, чем у Бранденбурга, и более страстный, но беседы с ним протекают естественнее. Ну, и шутки он тоже шутил, да. Несмешные, конечно, но уж всяко лучше бранден-бурговских.

Нетипичный инженер, в мире аудио Грилл выделялся. Его легко вообразить представителем другой профессии. У него в натуре было что-то расслабленное, шаткое — живи он в Америке, наверняка носил бы гавайские рубашки и сандалии. Может бьггь, дело в воспитании и среде.

У Бранденбурга отец тоже был профессором, да и почти все исследователи во Фраунгофере происходили из верхушки среднего класса, а отец Грилла работал на заводе. Для Бранденбурга университетское образование — это некая данность, нечто само собой разумеющееся, просто по праву рождения, но для Грилла это было очень серьёзным достижением.

Он по-своему бунтовал против этого типично немецкого положения дел. Он страстно любил музыку, в детстве начал учиться играть на трубе, а к подростковому возрасту занимался по шесть часов в день. В двадцать с небольшим он немного поиграл в профессиональном коллективе: свинговом бэнде из 9 человек. Когда стало ясно, какие финансовые перспективы у такой карьеры, он вернулся к инженерной профессии и, в конце концов, стал изучать компьютеры. Но музыка жила в его сердце — за годы он собрал гигантскую эклектичную коллекцию записей всяких мутных, неизвестных стилей. Ещё у него было хобби: паять колонки.

К Бранденбургу и Гриллу присоединились ещё четверо исследователей из Фраунгофера. Это Хайнц Герхойзер, руководивший институтской группой изучения аудио; Харальд Попп, специалист по «железу»; Эрнст Эберляйн, эксперт в обработке сигнала; Юрген Херре, выпускник, чьи математические таланты почти равнялись талантам Бранденбурга. Впоследствии они назвали себя «первой шестёркой».

Они начали работать в 1987 году, занявшись созданием коммерческого продукта на основе патента Бранденбурга. Группа определила два направления разработок. Первый: алгоритм сжатия Бранденбурга можно использовать для «потока» (стриминга) музыки — доставки её слушателю с сервера, что предвидел Зайтцер. Второй: алгоритм Бранденбурга для «хранения» музыки, то есть создания музыкальных файлов, которые хранятся на персональном компьютере пользователя. В любом случае размер имел значение, и ключевым тут было создание коэффициента сжатия 12 к 1.

Создавалось это очень долго. Компьютерная техника ещё пребывала в ясельном возрасте, большую часть аппаратуры команде приходилось создавать собственными руками. Лаборатория представляла собой море проводов, низкочастотных динамиков, устройств обработки сигнала, проигрывателей компакт-дисков, конвертеров. Алгоритм Бранденбурга надо было внедрять в программу чипа, а процесс этот занимал несколько дней. Как только чип был готов, с его помощью сжимали десятисекундный фрагмент с компакт-диска, потом команда сравнивала звучание. Когда разница была слышна (а поначалу её вообще было невозможно не услышать), они уточняли алгоритм и сжимали заново.

Начинали с верхов, с малой флейты, потом шли вниз, прорабатывая всю гамму. Грилл, с детства одержимый акустикой, сразу понял, что эта технология сжатия очень далека от того качества, которое можно продавать. Алгоритм Бранденбурга создавал целый ряд непредсказуемых помех. Иногда звук получался «мутным», как из-под воды, иногда шипел, как статические помехи в средневолновом радио.

Иногда запись «удваивалась», как будто её наложили дважды. Хуже всего было «пре-эхо» — странный феномен, когда призрак музыкальной фразы появляется за несколько миллисекунд до самой фразы. Математический расчёт Бранденбурга был элегантен и даже очень красив, но он не вполне соответствовал «неправильному» восприятию органов слуха. Чтобы смоделировать человеческое слуховое восприятие, команде учёных требовались люди для тестов, и эти подопытные кролики должны быть обучены различать все ошибки на уровне Грилла. Как только будет создана такая экспертиза, можно проводить тысячи тысяч испытаний: контролируемых, случайных, на «двойном слепом» методе.

В это требующее огромного количества времени дело Грилл погрузился с энтузиазмом. Он обладал, что называется, золотыми ушами: различал микротоны и такие высокие частоты, которые слышат только маленькие дети и собаки. У него был слух, как нюх у парфюмера, и это обострённое чувство позволяло ему выявлять и оценивать определённые чувственные феномены — на самом деле, реалии, другим просто недоступные.

Перед Гриллом стояла задача подобрать материал для теста, и он прочесал всю свою колоссальную коллекцию, отобрав все мыслимые стили музыки: фанк, джаз, рок, ритм-н-блюз, метал, классику, вообще всё, кроме рэпа. Рэп он не любил. Грилл хотел обработать всё алгоритмом Бранденбурга, дабы быть уверенным в том, что он работает в любом случае.

Используя щедрый исследовательский бюджет Фраун гофера, Грилл принялся собирать всякие необычные шумы. Он нашел записи голосов, быстро болтающих, с тяжелым акцентом. Нашел птичьи крики и шум толпы, клацанье кастаньет и расстроенные клавесины. Свой излюбленный экземпляр коллекции он добыт во время поездки в головной офис компании Boeing в Сиэтле — там, в сувенирном магазинчике он нашел сборник аудиосэмплов рёва реактивных двигателей. Также по просьбе Грилла Фраунгофер закупил несколько пар наушников Stax, по тысяче долларов за каждую. Это японского производства «электроакустические ушные динамики» размером с кирпич, которым ещё требовался отдельный усилитель. Штука очень дорогая и крайне непрактичная, но Грилл считал, что она — самое тонкое устройство в истории аудиотехники. Любое звуковое несовершенство в этих наушниках обнаруживалось с предельной ясностью, так что можно было выявлять проблемы и решать их.