Разработка автоматической системы беспроводного управления светового шоу на базе контроллера

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Аннотация

В дипломном проекте рассматривается разработка автоматической системы беспроводного управления светового шоу на базе контроллера

В первой части дипломного проекта ведется анализ эстетических и психофизиологических основ светомузыки. В работе на основе понятий света и музыки формируется понятие светомузыки и ее описание на техническом уровне. Рассмотрены примеры применения автоматики в светомузыкальных искусствах.

Во второй части работы рассматривается реализация системы на техническом и на программном уровне.

В третьей и четвертой части работы проводится анализ условий труда, расчет защитного освещения и расчет затрат на покупку необходимого оборудования.

Введение

Прогресс технологии уже давно коснулась домов и автоматизирование квартир , частных домов и офисов. На данный момент в зарубежных странах активно развивается проекты «Умных домов» и на рынке уже дали о себе знать такие гиганты как Самсунг, Сони. Пусть на сегодня не все еще убедились до конца в дискуссиях о нужности умного дома , в данной работе будет проводится ознакомление с историей систем для «умных домов» и ее появлением и развитием. Под «умным» домом следует понимать систему , которая обеспечивает безопасность, комфорт и ресурсосбережение для всех пользователей дома .

В данной работе рассматривается разработка автоматической системы «Умного дома». Рассматривается удаленное управление светом или светильниками включая в себе розетка при этом и безопасность пожара при утечке газа. Данное сочетание реализуется при помощи средств автоматики и кибернетики с целью обезопасить управление домом и в целом систему.

Пусть современные инструменты светового шоу являются достаточно развитыми и оптимальными, в данной работе разрабатывается доступное в то же время не уступающие своим конкурентам на рынке.

1. Анализ эстетических и психофизиологических основ светомузыки

1.1 Пути развития светомузыки

Не случайно и не на пустом месте возникает новое искусство, хотя само его появление и выглядит зачастую сенсационным и неожиданным. Объективная необходимость, оказывается, исподволь и стихийно проявляет себя уже во многих художественных поисках традиционного искусства, поначалу разрозненных и непонятных, но в которых по сути дела и происходит постепенное оформление новой эстетической потребности в конкретные задачи [1]. Еще 100 лет назад Р. Вагнер пришел к убеждению, что «каждое искусство стремится к бесконечному развитию своей области, что такое стремление приводит нас, наконец, к пределу искусства, которого оно перейти не может под страхом сделаться непонятным, странным и нелепым». «От этого убеждения, - пишет композитор, - я перешел к другому, а именно, что всякое искусство, достигшее своих пределов должно подать руку другому - сродному».

Так в неотвратимом стремлении выявить до конка свои предельные возможности не раз переступали сложившиеся границы музыка, живопись, кинематограф и хореография, самостоятельно предпринимая попытки совместить музыкальное мышление с областью видимого. Специфические особенности каждого из отмеченных искусств рождают различие эстетических концепций этого синтеза, с чем, естественно, связано и своеобразие его художественных результатов и - что для нас особенно важно - многообразие способов его технической реализации.

Что отличает эти искусства от светомузыки или, иными словами, какие трансформации должны испытать они, чтобы «превратиться» (перейти, последовательно развиваясь) в искусство видимой музыки?

Отвечая на данные вопросы, приходится установить присутствие 4 главных влеяний, беспристрастно представляющих штурм для достижение одной единой цели. Их разрешено вкороткомоблике обрисовать последующими относительными, графическими определениями: живопись-светомузыка, музыка-светомузыка, хореография-светомузыка, кинематограф-светомузыка.

1.1.1 Музыка-светомузыка

Светомузыка, как разрешено представлять даже по ее поэтическому описанию, в качестве материальных средств использует абстрактные звучания музыки, взаимодействующие конкретным образом с отвлеченными красочными формами. Если взглянуть на классические классификации, светомузыка относится к ряду живых, процессуальных, слухозрительных искусств. Согласно А. Молю, это художество владеет размерностью

[2].

где L-размерность длины; Т-время.

Обычная музыка, как известно, является живое, процессуальное искусство, воспринимаемое слухом и использующее отвлеченные звучания (его размерность -- Т). Единственное свойство, которого в ряду подчеркнутых никак не хватает, чтоб классической музыке «перевоплотиться» в светомузыку, -- визуальное ().

Просто объяснимо природное человечное желание свершить это «перевоплощение» путем однозначной модифиции в свет тех звуков, из каких состоит музыка. К во что писал, еще в XVII в. ученый А. Кирхер в собственном известном труде «Musurgi universal»: «Если бы во время выступления нам была бы дана способность ощущать воздух, который в этот момент колеблется единовременно с действием разных голосов и приборов, мы тогда бы с изумлением узрели в нем все живые и прекрасно сгруппиро-ванные цвета».

Вслед за Кирхером иной ученый Л.Б. Кастель (1687- 1758 гг.) решил воплотить в реальность мечту Кирхера о «визуализации музыки», делая упор на неправильную аналогию между семи тонами музыкальной политры и семи расцветками спектра, отмеченную его современником известным ученным И. Ньютоном. У Кастеля данный «метод» перевода музыки в цвет смторится так: голубой - до, зеленый - ре, желтый - ми, абрикосовый - фа, красный - соль, фиолетовый - ля, синий - си.

Ньютон пришел к схожему сопоставлению звукоряда и видимого диапазона под воздействием античного и древнего учения о «гармонии сфер», утверждавшего космическую, внечеловеческую устроенность законов музыки. Как разумно думающий ученый, Ньютон впоследствии сказал, что данная связь «лишь потворствует пустому любопытству», но однако ученный поплатился за интерес к этой случайной «закономерности», придяк неверному выводу о невозможности отличия дисперсиив разных средах: приобретенные им отношения цветов были правдивы только для представленного вида стекла.

Не смотря на все вышесказанное в области светомузыкальных исследований по XX в. длились попытки «визуализации музыки» на базе определенной физической «трансформации» звука в свет. Вера в вероятность этого звукосветового перевода музыки была так велика, что Кастель, к примеру, думал вероятным сменить глухим музыку подходящим рядом цвета для правильного восприятия ее при помощи зрения. Более того, он был уверен в возможности самосуществования беззвучной «музыки цвета», воспроизведенной на буквальном применение законов слышимой музыки. Данная мысль очень привлекательна по своей легкости, и ее воздействие сначала испытывают все, кто расскрывает для себя идею видимой музыки [3].

Техническое решение первых «цветоных клавесин» и «светоорганов» (см. рисунок 1.1) было настолько наивным, как и абстрактное обоснование той самой идеи «цветомузыки». Опыты с данными инструментами позволили воочию удостовериться в нереальности кастелевского принципа «цветомузыки».

Рисунок 1.1 - Световой орган А.В. Риминтона (1896 г.)

Предположения Ньютона оказались ложными. Однако любопытно, что ученые-эксперты отыскали потом и настоящие методы визуализации звука, определяемые полностью объективными, свойственными природе звука законами. «Я первым заметил звук»- так сказано на могиле немецкого ученого А. Тепплера, сумевшего, применяя явление интерференции света, представить заметным незаметные неоднородности воздуха, возбужденного звуком. Еще большей знаменитостью пользовались этак называемые фигуры Хладни. Наполеон постоянно просил еще раз повторить эксперимент с данными необычными звуковыми арабесками, и научная Европа долго повторяла афоризм французского императора: «Хладни позволил нам видеть звуки». На языке физика это значит что: в фигурах Хладни происходит визуализация узлов и пучностей стоячей волны, вызванной в плоской мембране.

В конце XIX в. была популярна книга француза Г.Ф. Кастнера о «поющем пламени». Было замечено, что горящие газы, вытекающие из сопла, могут создавать при соответствующей скорости звуки определенной высоты.

В свою очередь воздействие внешнего звука на безмолвное пламя может заставить его пульсировать, принимать причудливые формы.

В этих опытах с «поющим пламенем» происходит визуализация турбулентного распада струи газа при резонансном воздействии звука. Используя этот эффект, Кастнер и создал необычный инструмент «пирофон», представляющий собой управляемый с помощью клавишей набор трубок с «поющим пламенем» (водородом): световой эффект здесь был побочным, сопутствующим. Вслед за этим Кастнер построил «люстру», в которой уже специально и более эффектно использовалось «чувствительное пламя», включаемое специальной клавишной системой «электрического поджига». Таким образом, в опытах Теплера и Кастнера по сути дела реализовалась мечта Кирхера- «воздух светится». Но станет ли светомузыкой наблюдаемая визуализация звука у Теплера, Хладни или Кастнера, если звуки эти будут организованы в музыку (см. рисунок 1.2)?

Рисунок 1.2 - Фигуры Хладчи

Нет, поскольку в мире видимого психологически и эстетически значимыми для человека являются сигналы, организованные по своим отличным от организации звука законам. Ограничимся в объяснении образными сравнениями. Как вы отнеслись бы к предложению создавать песню или романс по такому принципу: положим, каждой гласной «а» в стихах должна всегда и обязательно соответствовать нота «до» в музыке, а букве «у» -- нота «ре» и т. д.? Или другой пример. Будет ли иметь для англичанина смысл такой перевод русского слова «свет»--«svet» (а не «light») - Конечно, нет! Именно с такими ситуациями «буквального» перевода мы сталкиваемся при всех попытках однозначного трансформирования музыки в свет. И если в речи, языке перевод все же возможен (пословно, пофразно, по смыслу), то в искусстве проблема взаимоперевода, оказывается, вообще неразрешима. Определенней всего об этом сказано в теории информации: эстетическая информация -- это «непереводимая, персональная информация» (А. Моль). Если при передаче научно-деловой информации сообщению абсолютно безразличен способ ее воплощения в реальность, то в искусстве код и сообщение неразрывны.

Перекодирование сообщения связанно в этом случае с неотъемлемым его искажением или изменением («Война и мир» С.С. Прокофьева, «Война и мир» С.Ф. Бондарчука -- не являются «переводами» на язык музыки и кино романа Л.Н. Толстого).

Так и светомузыка обязана базироваться не на недосягаемом стремлении изменения непереводимого, а на намеренном и преднамеренном синтезе звука и света в рамках единичной музыкальной формы согласно законам музыкальной логики. В таком случае, как и в остальных синтети-ческих искусствах, «образный строй творения... не так использует имеющиеся или несуществующие взаимные соответствия, как сам образно устанавливает для указанного произведения те соотношения, которые предписывают образному строю идеология и тематика данного произведения» (С.М. Эйзештейн). Это сказано о связях между музыки и изображения в кинематографе, однако в равной мере относится и к светомузыке.



Рисунок 1.3 - Световой инструмент А.Н. Скрябина для исполнения «Прометея»

Павда, что имеющейся музыке светомузыка должна почти всем. Она хоть и пользуется красочными формами, свойственные прежде всего лишь живописным искусствам, однако по строению художественного образа ближе относится к музыке, и практически все опыты, идущие к светомузыкальному искусству от музыки (и эксперты, и в том числе артисты), проходят чрез эту «ребяческую болезнь» -- желание увидеть в светомузыке неотъемлемую «визуализацию» слышимой музыки.

Владея так называемым «цветным слухом», гениальный русский автор А.Н. Скрябин отважился на «визуализацию» собственных цветотональностных ассоциаций. Исходя из данного решения им и была создана световая строчка «Luce» в партитуре «Прометея», одного из первых в мире светосимфонического творения (см. рисунок 1.3) [7]. В первоначальных планахСкрябина основой синтеза по сущности та же, что и у Кастеля (пускай уж хоть и не машинно, а эстетически понятая); «музыка - неизвестная х, цвет-его функция». Дже современники Скрябина указывали, что смысл строчки «Luce» в «Прометее» сведено к обычному «повышению представления гармонии» и что «Luce» играет роль как бы «большого психофизиологического резонатора к впечатлению замены гармоний».

Светомузыкальные композиции, несущие на себе отпечаток всех похожих устремлений к «визуализации музыки» (в независимости от того, как и кем они формировались), можно сразу выявить--в них налицо главенствующее положение играющей музыки. Свет постоянно лишь сопровождает ее, он возникает на экране только при наличии звука, непрерывно подражая ему во всех изменений, и пропадает совместно с ним (что практически постоянно раздражает зрение, так как глаз не приспособлен к та-ким ритмо-динамическим переходам, обыденным для слуха).

Светомузыка сулит стать полностью самостоятельным художеством в искусстве: ее невозможно считать конкретной «визуализацией» имеющейся музыки, так же как кинематограф -- «визуализацией литературы».

Естественно, лишь только при последовательном отказе от мысли «визуализации музыки» окажется вероятной возможность осуществления самых высокохудожественных способов синтеза -- слухозрительной полифонии, слухозрительного контрапункта. В наиболее полноценных, уникальных, в подлинных светомузыкальных произведениях свет и звук имеют все шансы выступать и солирующими партиями, и вместе, в параллель и в противозвучии, проще говоря, «переплетаться» таким же не простым образом, как голоса инструментов в классическом оркестре.

1.1.2 Живопись - светомузыка

Живопись - искусство изобразительное, красочное, статическое, воздействующее на зрение человека (размерность ее -- L²).

Сопоставляя ее с понятиями светомузыки, различия огромные. Из подчеркнутых свойств совпадение в одном -- визуальном. Однако за прошедшее столетье в последовательной эволюции опытов, практически на наших глазах, живопись в неких собственных «пограничных» областях трансформировалась так, что сомкнулась, в конце концов, со светомузыкой.

Вот рубежи данной эволюции: живопись - светоживопись или динамическая светоживопись, которая уже имела возможность сочетаться в собственном развитии с музыкой.

Во влечении приблизиться к музыке, абсолютизируя выразительные характеристики красок и форм, живопись прошла чрез импрессионизм, кубизм, а в творчестве живописцев-абстракционистов (Р. Делоне, В. Кандинского и др.) в конце концов достигла, совершенной «раскрепощенности» от предмета. Очевидно, что беспредметная живопись не случайное явление, она появилась в результате вполне определенной тенденции. Однако не все живописцы смогли осознать значение и смысл приближающихся преобразований. Некие из них, раскрыв для себя беспредметную живопись, приняли ее эстетическую самоценность, занимаясь созданием цветовых взаимоотношений на полотне, во вред главным задачам, решаемым живописью как изобразительным художеством, как формой отображения реальности.

В то же время еще в самом начале века в этих экспериментах некоторые ученные смогли увидеть и рациональное зерно. К например вот что писал, А.В. Луначарский в собственном обзоре о выставке художников-орфистов (так именовали себя живописцы тех времен, вслед за Кандинским имевшие желание подчинить живопись «музыкальной» организации): «Музыка колорита, гармония красок и линейные мелодии полностью мыслимы, в индивидуальности, в сочетании с музыкою звуков. Однако динамика есть база музыки. Чтоб сочетаться с нею, тонкий художественный калейдоскоп наилучших орфистов обязан еще стать динамичным. Пускай новаторы живописи выдадут нам находиться при прелестной игре линий и цветов, ведущих меж собою ту борьбу танцующих звуков, тот теоретический хоровод, который мы обретаем в музыке».

Это было сказано в те годы, когда Скрябин создал «Прометей» Луначарский предвосхитил будущее. Уже в 20-е годы стартовали опыты с переходом от классической пигментной живописи к художеству цветного света -- «светоживописи», использующей перехода цвета с помощью проекционной техники (подобной той, что предназнача обычно для показов диапозитивов).

В чем же превосходство и индиведуальность «светоживописи»? Отве-тить на данный вопрос можно, уяснив для себя, отчего увлекательнее и приятнее смотреть на диапозитив с пейзажем, чем на его отпечаток на фотобумаге.

При восприятии настоящего пейзажа ширина, т. е. интервал вероятных яркостей, распознаваемых глазом, предположительно одинакова 1 : 1000. Ширина же яркости хоть какого изображения (картина, фотография) в лучшем случае 1 : 100, так кА наиболее черные места его не полностью черны, а самые светлые -- несравнимо менее ярки, чем наиболее яркие природные объекты (в особенности самосветящиеся). Фотолюбители понимают, как тяжело «вместить» все цвета снимаемого пейзажа в широту фотобумаги. У диапозитива же (если смотреть его «на свет» либо проецировать на экран) ширина гораздо больше -- приближается к 1 : 1000, следовательно он принимается как наиболее естественный, цвета у него глубже, сочнее, насыщеннее.

Проекционные аппараты сделали возможным получить динамику красочных форм--так возникла «динамическая светоживопись» (В.Д. Баранов-Росинэ и Г. И. Гидон в СССР, Л. Хиршфльд-Мак и К. Шферфегер в Германии, Т. Улфред в США и др.). На экранах созданных ими светоинструментов создается игра цветных теней, получаемых при прохождении света чрез пространственные формообразующие составляющие (трафареты). Процесс творчества светохудожников сводится к созданию трафаретов и составлению программы их поочередного движения, чаще всего обеспечивающей повторяющееся возобновление своеобразных «вариантов на тему возможных теней» через установленный промежуток времени (см. рисунок 1.4).

Решая специальные задачи, почти все современные светохудожники-Н .Шефер во Франции, Д. Хилли в Великобритании, Ф. Малинна в США, 3. Пашанек в Чехословакии, С. Дарье на Кубе -- относят собственные опыты к области так называемого «кинетического художества» (и термин, и само явление утверждаются только в последние годы). В самом коротком виде это художественное явление можно найти как новый жанр декоративно-прикладного художества, рожденный научно-технической революцией.

Согласно самому названию, особенность данного явления состоит в том, что его художественным предметом считается действие конкретного кинетического объекта (движущаяся скульптура из пластических частей абстрактной формы или светоживописная композиция), находящегося в динамике, запрограммированной художником. Уникальной и рациональной у «художников-кинетистов» считается также идея «искусственной среды» (представьте себе, будто вы находитесь в закрытом помещении, в котором непрерывно меняются звуки, освещение окружающих стен, потолка и т. д.). Главная особенность данной «среды» состоит в том, будто в ней предусмотрено сознательное введение элемента «игры»: либо сам зритель, либо любое другое внешнее воздействие, например фактор окружающей среды и т. п., может повлиять средством электроники на процесс управления данной «искусственной, средой», этим кинетическим объектом.

Рисунок 1.4 - Дисковый трафарет свет «оптофона» русского художника В.Д. Баранова-Росинэ

Функцию такового внешнего воздействия имеет возможность выполнять и звук. Ежели и ранее светохудожники нередко сопровождали собственные динамические композиции хоть какой подходящей музыкой, стараясь наполнить непривычный (при восприятии подвижного изображения) слуховой вакуум, то с развитием средств автоматики направленность их интересов сместилось к тому, чтоб доверить управление «динамической светоживописью» звучащей музыке. В в итоге были созданы такие установки, в каких формирование световых эффектов автоматически синхронизировано с изменением какого-либо из главных параметров музыки (к примеру, ритма, громкости, высоты).

При схожем автоматическом сочетание с музыкой, да и при обыкновенном сопровождении ею итоги синтезирования только по внешним признакам прилеженны к светомузыке, создаваемой и исполняемой музыкан-том, но только по внешним.

Если в настоящем, специально прописанном светомузыкальном творении, в каждом его такте формирование звука и света подчиняется единому художественному плану, то предназначение и способности автоматических установок другие с поддержкою элементарных способов синхронизации достигнуть чувства взаимосвязи меж заданной циклически повторяющейся композицией «динамической свето-живописи» и звуками хоть какой воспроизводимой совместно с ней музыки.

Не претендуя на замену настоящего искусства светомузыки, такие автоматические установки (наверное с иного рода кинетическими объектами) имеют все шансы применяться при оформлении интерьеров и экстерьеров публичных зданий, городских площадей, выставок и т. п.

Очевидно, данный же светоживописный инструментарий имеет возможность существовать и для выполнения уникальных светомузыкальных творений в том случае, ежели динамикой светоживописи станет управлять человек и если для всех произведений будет формироваться собственный набор необходимых трафаретов и способов извлечения света. Так, на второй всесоюзной конференции в 1968 г. с огромным фурором демонстрировался схожий светоинструмент украинского художника-конструктора С.М. Зарина. По подобным принципам работает аппарат Ю.А. Правдюка, световой рояль А. Ласло и «Музископ» Н. Шеффера.

Следует ждать, что оригинальность техники и технологии получения изображения наложит установленный след на результат светомузицирования таким методом. Исполнение на схожем светоживописном, проекционном инструменте можно легкостью отличить от остальных (положим, на инструменте с растровой оптикой -- наиболее подходящем для «визуализации музыки»). Интерес слушателя-зрителя акцентируется в основном на живописных необыкновенностях композиции, у него появляется вероятность внимательно рассматривать ее, так как фигуры на экране статичнее, не так часто и резко меняют форму и цвет. В общем свет не следует, а точнее сказать, не имеет возможность следовать за звуком во всех его изменениях, и ясно, отчего художники, а не любители «визуализации музыки» первыми пришли к созданию подобных световых приборов.

Обращение к проекционной технике значительно обогатило инструментальный багаж светомузыки. Однако стремление понимать новое искусство только как синтез музыки и «динамической светоживописи» в той же мере неправомерно, как и схожие попытки одних из теоретиков 20-х годов разъяснить кино как «ожившую живопись». Приверженцев подобных концепций легко идентифицировать и в кинематографе, и в светомузыке. Они создают композицию на экране согласно законам статического искусства и поэтому замыкают перемещение изображения в рамках экрана. Однако из опыта кино ясно, что в динамических искусствах изображение в своем движении имеет возможность уходить и «за рамки» экрана, включая в сферу «домысливаемого» действия и околоэкранное пространство. Кроме того, схожая оценка светомузыки с подчеркиванием верховенства одного из компонентов (здесь уже не музыки, а наоборот - изображения), как и у Кастеля, исключает понимание светомузыки как цельного художественного организма, ликвидирует осознанное использования полифонических способов синтеза, которое гарантируется лишь при органическом единстве звука и света [4].

1.1.3 Кинематограф-светомузыка

Кинематограф -- процессуальное, слухозрительное и в основном изобразительное искусство (применяет конкретное изображение, конкретные звуки, речь и только как один из элементов -- музыку).

Рисунок 1.5 - Кадр из фильма Г. Рихттера (1928 г.)

Светомузыку от кинематографа, если продолжать сопоставлять по таким внешним показателям, различает только лишь то, что она относится к выразительным искусствам (размерности у них схожие -- L²Т), изображение на экране абстрагируется, а звуковая партия ограничивается же абстрактным звучанием.

В самом начале становления кинематографа, когда он еще не понимал себя как самостоятельное искусство, мечась меж вероятностью быть «сфотографированным театром», «видимой литературой», «ожившей живописью», полностью объяснимо и простительно было обольщение испытать, а вдруг кинематограф -- это «оптическая музыка»? Еще в 1914 г. французский художник Л. Сураж пробовал снять кинофильм с ритмической игрой абстрактных форм. Первый беспредметный кинофильм «Горизонтальная симфония» был создан в 1918 г. шведским художником В. Эгелингом. После него В. Рутман, Г. Рихтер выступают с многочисленными немыми беспредметными кинокомпозициями (см. рисунок 1.5). Ежели в обыкновенном немом кино отсутствие звука восполнялось конкретностью изображения на экране, неслышные беспредметные фильмы (чаще всего черно-белые либо просто вирированные) не смогли стать «оптической музыкой». Они оценивались как не имеющее значения комбинирование форм либо в лучшем случае при внесении логики -- как некоторая отвлеченная пантомима, в которой действие разыгрывается между «отвлеченными персонажами».

Однако как только лишь в данных фильмах появился звук и формирование изображения было поставлено в зависимость от музыки, данные фильмы стали по сути дела светомузыкальными.

Кинематограф сочетает со светомузыкой и молодость, и то, что оба они относятся к пространственно-временным искусствам. Взаимозависимость между ними оказалась такой тесной, что техника и приемы кинематографа целиком и полностью имеют возможность быть использованы для создания светомузыки [6]. Однако отличие целей, очевидно, обязует кинотехнику -- при использовании ее в светомузыке -- обнаружить в себе и другие, специфические способности.

Техника кинематографа, как известно, специализированна в основном для фиксирования и воссоздания на экране определенных предметов и явлений, уже имеющихся в природе, так сказать, имеющихся в наличии. При воспроизведении же светомузыки на экране обязано существовать сочетание форм и красок, каких недостает в самой природе, однако которые существуют в воображении человека (подобно тому, как традиционный оркестр создает замысел композитора).

Данная задача несравнимо сложнее первой. Однако решить ее оказалось все же возможно, обратившись к тому приему кинотехники, который был придуман еще до первого кинофильма Люмьера к мультипликации. Наибольшую знаменитость получили светомузыкальные мультфильмы О. Фишигера и Н. Мак-Ларна. Не исключено, конечно, внедрение и других способов воссоздания светомузыки на киноэкране -- положим, путем съемки отдельных световых фрагментов творения для последующего их монтажа по партитуре с использованием многократной экспозиции и разных других специальных способов. Таким способом, например, были сняты фильмы «Прометей» (1964 г.), «Вечное движение» (1968 г.) и «Маленький триптих» (19756г.) в Казани, «Музыка и цвет» киевской студией им. Довжинко (1967 г.) и «Космос -- Земля -- Космос» студией «Мосфильм» (1970 г.) [3, 4].

Светомузыка, воспроизводимая средствами кино, обладает ярко выраженными особенностями. В кинокадре возможно получение светокрасочной композиции практически любой сложности как по структуре изображения, так и по характеру движения, чего не могут обеспечить светоинструменты непосредственного исполнения.

Однако все данные очевидные достоинства сопряжены с потерей магического воздействия эффекта пребывания, каковым обладает музыкальное искусство как исполнительское.

1.1.4 Жест-светомузыка

При наличии естественного звукового генератора- голоса у человека отсутствует естественный генератор световых колебаний. Но человек, не излучая света сам, уже в давние времена мог управлять пространственной динамикой своего тела, освещаемого посторонним излучением (Солнца, Луны, костра). Управляя движением тела в соответствии с музыкой, человек участвовал в танце, который являлся своеобразным пластическим отображением музыки. Таким образом, древние воспринимали музыку в одинаковой мере как слухом, так и зрением -- танец и музыка были нераздельны.

Но способный управлять своим телом в танце, человек не в состоянии был подчинить себе трепещущее пламя костра, не мог получить картину «инструментальной хореографии», в которой уже не человек (с его ограниченными пластическими возможностями и «неотрывностью» от сцены), а орнаментальные красочные линии и фигуры взаимодействуют с музыкой в небывалом «танце». В «танце», который уже не подчиняется законам земного притяжения...

Однако в хореографии всегда существовало стремление к расширению диапазона жеста, проявляемое поначалу как применение различных дополнительных украшений (покрывала, веера, факелы). Затем в музыкальном театре последнего столетия движения танцора сознательно «вплетаются» в сценическое пространство, которое уже может трансформироваться или механическим перемещением декораций (В.Э. Мейерхольд), или, проще, за счет использования света (Г. Крэг, А. Аппиа).

Рисунок 1.6 - Танцующий «Кибернетическая спатодинамическая скульптура» Н. Шеффера

В истоке XX в. как очень авангардистский опыт была выдвинута мысль «безусловного балета». В нем танцор либо употреблялся в качестве «тягловой силы» для движения перед музыку частей красочной декорации (Р. Маре, В. Кандинский), либо сам преобразовывался в схожесть преспособления из-за счет «обесчеловечивающего» костюмчика (О. Шлеммер).

В крайние годы на сцену вышли самодвижущиеся машины («кибернетические боты» Н. Шеффера и О. Пине), стараясь воплотить в дословном значении «инструментальную хореографию», а поточнее, «хореографию приборов» (см. набросок 1.6).

И только при наполненном освоении способностей духовной и воздушной светопроекции оказывается вероятным сотворить данный «пляска» вольно меняющихся очень красивых образов, передвигающихся сообразно различным траекториям.

Наконец, различными способами, однако к одной цели подошли в собственных максимальных опытах музыка, живопись, синематограф и балет. Сообразно пути было беспрепятственно много новейших эстетических явлений.

Некие из их в нежели-то обогатили художество. Остальные -- израсходовали себя, подготавливая предстоящее формирование интересующей нас веяния к синтезу.

Хоть и опасно гипнотизировать в концепцию художества схему, однако из-за удобства разъяснения возведем тетраэдр, в углах которого мы зрим теснее друзья нам сочетания слов (см. набросок 1.7).

Рисунок 1.7 - Условное Динамическая изображение границ и светоживопись возможностей светомузыки

Вся область внутри тетраэдра -- наверное как бы сфера художества светомузыки (очевидно, нежели теснее к краю, тем посильнее действие пограничных воздействий, извращающих вид, смысл и значение светомузыки). Только в данный момент проистекает постепенное продвижение живописцев к центру данной области, постепенное усвоение на практике содержания, предмета, языка и средств новоиспеченого художества.

Определение светомузыки как «инструментальной хореографии» пусть наиболее содержательно, но весьма условно (в той мере, насколько традиционную музыку можно было бы считать «инструментальным пением»). Оно совсем не исключает и даже, наоборот, предполагает использование и тех возможностей, которые открываются во всех иных направлениях синтеза (см. углы нашего тетраэдра). При создании светомузыки необходимо использовать выявленные кинематографом возможности монтажа (смена планов по крупности и ракурсу), и законы живописной гармонии (все это, как известно, не присуще хореографии); при этом нужно подчинять развитие звука и света музыкальной логике и заключать его в единую музыкальную форму.

Но в определении «инструментальная хореография» раскрывается главное: каким должно быть движение живописных фигур и как оно должно соизмеряться с развитием звука.

Слышимая музыка, как известно, связана с интонациями человеческой речи и окружающего мира звучаний. И аналогично -- не любое движение красочных форм может стать светомузыкой, а только то, которое несет в себе интонацию человеческого жеста и других движущихся форм и красок окружающей нас действительности. Вместе с этим изображение должно быть интонационно согласованным и в своем взаимодействии со звуком: в каждый момент времени при восприятии звучаний и переменных световых форм должно соблюдаться условие достижения так называемого эффекта светозвука [5].

1.2 Цветной слух и эффект светозвука

Эффект светозвука заключается в том, что при данном совместном воздействии звука и света возникает или иллюзия принадлежности этих раздражителей к одному процессу, или в более общем случае иллюзия существования причинно-следственной связи между этими по существу раздельными раздражителями. В ином случае мы будем слышать и видеть два абсолютно независимых события, которые не создают целостного образа и лишь взаимно мешают восприятию каждого из них.

Эффект светозвука можно наблюдать уже при восприятии танца. И отсюда видно, что эффект светозвука невозможно свести к тривиальной ритмической синхронности движений света и музыки. Наиболее простые случаи возникновения эффекта светозвука, когда интенсивность света находится в прямой зависимости от интенсивности звука, приведены на рисунке 1.8, а и б.

a б в

Рисунок 1.8 - Возникновение эффекта светозвука

Однако при создании и исполнении светомузыки выяснилось, что эффект светозвука возникает и при таком бисенсорном воздействии, когда наблюдается явление (психологическое) «переливания энергии из области одной модальности в другую» (см рисунок 1.8, в), в предельном случае переходящее в явление «замещения раздражителей» (см рисунок 1.8, г).

В самом же общем случае, хотя бы для первой половины определения эффекта светозвука, оказывается возможным записать условие его возникновения в виде формулы

,

где -любой из параметров слухового воздействия (громкость, высота, мелодический интервал, степень вибрато и т. п.);

- любой из параметров зрительного воздействия (яркость экрана, размер пятна, цвет, радиус кривизны линии, скорость перехода одной формы в другую и т. п.); - тоже функция времени, но более монотонная, может меняться согласно творческому замыслу композитора от физиологически допустимого максимума до нуля, что приводит к исчезновению эффекта светозвука.

Опыт показывает, что существуют более или менее предпочтительные сопряжения параметров и . На основе анализа имеющихся светомузыкальных произведений (или статистических исследований так называемого «цветного слуха») возможно составление таблицы (см. таб. 1.1).

Сопряжения с максимальным значением составляют ряд наиболее общезначимых соответствий «цветного слуха». Пока еще не проведены специальные исследования, но предварительно, исходя из данных музыкознания и психологии и на основе практики исполнения светомузыки, в ряду этих сопряжений можно выделить следующие обозначаемые соответствия «цветного слуха» (см. таблицу 1.2).

Таблица 1.1 Параметры слухового воздействия

Таблица 1.2

Характеристика звука	Характеристика света
динамика звука	динамика «светового жеста»
мелодическое развитие	пространственно-графическое развитие изображения
тембровое развитие звука	цветовое и фактурное развитие этого изображения
тональностное развитие	цветовое развитие всей видимой картины, ее колорита
движение порегистрам	изменение размера и сопутствующая этому концентрация света (изменение яркости пятна)

Динамика звука, организованного в музыку, включает в себя и темп, и собственно громкостную динамику. Для каждой из этих характеристик музыки можно найти свои зрительные эквиваленты (см. таблицу 1.3).

Таблица 1.3

Характеристика звука	Зрительные характеристики
громкостная динамика	- это и изменение яркости, и движение световой формы в глубину
темп музыки	-скорость движения световых образов

И разумеется, возможность временного развития и звука и света прежде всего позволяет сопоставить: ритм в музыке- ритм «светового жеста»,развития изображения.

Таблица 1.4

Тембры
	Фагот	Гобой	Фортепьяно	Флейта	Скрипка	И т. п.
Красный
Оранжевый
Желтый
Зеленый
Синий
И т. д.

Для тех сопряжений, которые дифференцируются по качественным признакам, можно в принципе составить детализированные таблицы матричного типа, например (см. таблица 1.4) для тембров и цветов (или тональностей и колоритов), в которых также могут быть найдены максимальные значения , определяющие круг наиболее общезначимых соответствий «цветного слуха».

«Цветной слух» - это частный случай синестезии (соощущений), включает в себя в нашем определении все общезначимые слухозрительные ассоциации, притом не только цветовые, но и пространственно-графические. Общезначимыми же из огромного количества любых возможных слухозрительных ассоциаций являются лишь те, которые по физиологической природе представляют собой натуральный условный рефлекс любого порядка.

Не всегда можно объяснить природу каждого данного проявления «цветного слуха». Но для отмеченного ряда основных соответствий объяснения возможны. Например, видение «размеров» звучаний обусловливается закреплением общей в самой природе явления связью между размером тела-вибратора и высотой излучаемого им звука (поэтому высокие звуки как бы имеют малый «размер», низкие- большой).

Выводы последовательной критики идеи «перевода» и «визуализации музыки» предупреждают, что светомузыка- это не буквальная материализация на экране соответствий «цветного слуха», композитор, если в том есть необходимость, волен отходить от них.

Конечно, только статистический анализ большого количества светомузыкальных произведений позволит выявить, как может распределяться вероятность отступлений от этих соответствий - при обязательном соблюдении эффекта светозвука. Но уже сейчас с уверенностью можно предположить, что вероятнее увидеть на экране устанавливаемую связь «громкость звука - насыщенность цвета», чем ' «мелодическое развитие-изменение освещенности всего экрана...»

Разумеется, чем более оригинально светомузыкальное произведение, тем меньше встречаются банальные, ожидаемые случаи соотношений параметров и , тем свободнее меняется коэффициент и тем чаще приходится отступать вообще от этой формулы в пользу второй половины определения эффекта светозвука. Это является обязательным при стремлении от слухозрительного унисона к слухозрительной полифонии.

1.3 Пределы автоматизации светомузыкального синтеза

Среди некоторых конструкторов и ученых есть мнение, будто светомузыка -- это и есть то искусство, в котором не только могли бы быть использованы, но просто необходимо использовать принципы машинного сочинения. Ученные предполагают, что «Скрябины» -- явление временное и что в конце концов их разрешиться заменить автоматами, конечно, не такими элементарными, какие существуют на данный момент, а более сложными, совершенными.

Очевидно, что при разработке оригинальных светомузыкальных произведений данная точка зрения считается столь же проблематичной, как и в отношении остальных видов искусств. «Может быть, -- считает академик А.Н. Колмогоров, -- что автомат, способный писать стихи на уровне великих поэтов, нельзя построить легче, нежели промоделировав все развитие культурной жизни того сообщества, в котором поэты действительно развиваются».

Однако, имеет возможность существовать, при решении более скромной задачи -- разработки светового сопровождения к уже существующей музыке -- оправдывают себя намерения «машинопоклонников» (термин Н. Винера)? Делая упор на рассмотренный раньге ряд основных соответствий «цветного слуха» (см. таблица 1.1), применяя наиболее подробные статистические данные: с какими, у примеру, цветами чаще всего ассоциируются каждый тембр, тональность и т.д. (см. таблица 1.4), можно автоматически воспроизвести на экране такое световое сопровождение, которое непрерывно обеспечивало бы соблюдение эффекта светозвука и являлось бы максимальным, наиболее трудным случаем «визуализации музыки», не противоречащей представлениям «цветного слуха» большинства людей.

Однако это световое сопровождение никоим образом не может быть высокохудожественным и не только потому, что в нем все время реализуется только «слухозрительный унисон». Оно никак не сопоставимо с «чело-веческим» сочинением, так как в процессе творчества для достижения конкретного художественного эффекта автор волен отступать от более вероятных, наиболее часто встречающихся проявлений эффекта светозвука и выбирать из практически невозможных, небанальных те, которые для него неповторимы и единственно необходимы [8]. В сущности повторяется обстановка, образовавшаяся сейчас в области кибернетического «сочинения» обыкновенной музыки. «Чем полезна такая музыка? -- спрашивает российский ученый В.В. Иванов. -- Она отличный пример того, как не должен писать человек. С помощью машины имитируется человечная посредственность. Мы как бы приобретаем точную математическую формулировку того, что уже стало эталоном, по которому работают ремесленники».

Естественно, возможно и управление, управлять машиной, которая, моделируя творчество, время от времени стала бы моделировать согласно вероятностным распределениям (см. таблица 1.1 и 1.4) и изредка встречающиеся проявления эффекта светозвука, изменяла бы значение коэффициента k_ij [4]. Однако ежели у композитора данные «отступления от правил» намеренны, подчинены какому-то единому художественному плану, то у кибернетического устройства, никак не владеющего всей биологической и социальной памятью человека, они не могут быть не случайными и потому бесцельны.

Так что и реализация высокохудожественных световых сопровождений остается за человеком-творцом. Однако вместе с тем вероятна самостоятельная область автоматического синтезирования музыки и света, когда музыка сама регулирует динамику существующего набора световых эффектов, пусть не подчиненных в своем развитии единому художественному замыслу, определяемому музыкой, но создающих зрелищный эффект в рамках декоративно-прикладного искусства.

Элементы автоматики найдут использование и в инструментах непосредственного исполнения. Когда это не влияет на партитуру, музыкант-исполнитель имеет возможность с помощью коммутационного устройства КУ переходить на автоматический режим регулирования некоторыми световыми параметрами (к примеру, нередко используется в инструментах фиксируемая связь «громкость -- яркость») с возможной коррекцией и полным переходом на автономное «ручное» управление [5].

Оставим за собой право мечтать: когда-нибудь кибернетическое устройство, уже равноценное человеческому мозгу, возможно, и сумеет само сочинять и музыку, и световую партию. Однако пока, как отмечают ученные, если рассуждать о звуковой музыке, машины создают «лишь нотные тексты, однако не сам процесс композиции». Подобно и в светомузыке пока автоматы имеют возможность создовать лишь эффект светозвука в различных его видах, но никак не сам процесс светомузыкального творчества [1].

Наконец, рассуждая о светомузыкальных устройствах, следует точно оговаривать, к какому типу они относятся.

Светомузыкальные приборы имеют пульт управления и клавиатуру для артиста, исполняющего необыкновенну№ световую партию, написанную специально и только для этого произведения.

Автоматические светомузыкальные устройства работают по конкретной, заложенной в ее блок управления программе (жесткой или сменной, с импровизацией творчества). Созданны они для решения более скромных задач прикладного назначения (декоративные приставки к магнитофонам, радиолам, оформление экстерьеров, приборы для изучений в области психологии и экспериментальной эстетики).

Показательно, что в западной литературе первый тип установки иногда называется «color organ» (цветовой орган), а второй -- «colorgan» (гибридное соединение тех же слов, достаточно буквально отражающее цели и возможности подобных установок).

2. Разработка системы автоматического беспроводного светового шоу

2.1 Постановка задачи

На основе выводов о свете и музыке, а так же танце можно сказать, что эти три явления не схожи и не взаимосвязаны друг с другом на материальном уровне, но на уровне психологическом явления света, музыки и танца можно представить как единое целое - светомузыкальное шоу или световое шоу.

Так как существует мнение, что светомузыка - это и есть то искусство, в котором не только возможно, но просто необходимо использовать принципы машинного сочинения и автоматики, в данной работе рассматривается вариант разработки автоматической системы беспроводного светового шоу.

Система должна сочетать в себе все три искусства, таких как: свет, музыка и танец, при этом предоставлять эти три явления как единое целое.

2.2 Общее описание системы

Разработка автоматического светового шоу в данном дипломном проекте подразумевает проведение целого комплекса работ. Работа заключается не в автоматизации текущей системы, а в создание новой системы, аналогов которой не существует.

В работе мы объединяем три искусство: музыка, свет и танец, следовательно в разрабатываемой системе принимают участья: танцоры, оператор-хореограф и инженер--проектировщик.

В общем виде разрабатываемая система должна выглядеть следующим образом:

- танцоры должны быть оснащены костюмами с встроенным освещением;

- необходимо управлять освещением, на танцорах с персонального компьютера, за которым работает оператор- хореограф;

- необходимо предусмотреть питание освещения на костюмах танцорах; - так же в системе необходимо предусмотреть передачу сигнала на включение освещения на костюмах с персонального компьютера по беспроводному каналу.

На основе задач создадим технологическую схему разрабатываемой системы.

Рисунок 2.1 - Технологическая схема системы

На технологической схеме (см. рисунок 2.1) изображены: 1- Персональный компьютер (ПК); 2 - USB порт соединения ПК с цифровым устройством 3; 3 - Цифровое устройство выполняющее роль передатчика по беспроводному каналу; 4 - Беспроводной канал соединения передатчика 3 и цифрового устройства 5; 5 - Цифровое устройство выполняющее роль приемника сигнала по беспроводной связи; 6 - Танцор в костюме оснащенным освещением.

Таким образом процесс работы системы можно описать следующим образом:

1) на персональном компьютере в специализированном программном обеспечение, оператор- хореограф устанавливает сигналы включение освещения на костюмах танцоров в определенный момент времени, согласно музыкальному сопровождению и хореографии;

2) сигнал посылаемый с ПК, преобразовывается в сигнал понятный передатчику, для его дальнейшей передачи;

3) передатчик принимая сигнал с персонального компьютера посылает его по беспроводной связи на приемники;

4) приемник принимая сигнал с передатчика на включение освещения включает его в тот или иной момент времени, в зависимости от команды установленной в программном обеспечении;

5) сигнал на включение освещения с приемника может отправляться на один из 6 каналов либо на несколько каналов одновременно.

2.3 Подбор оборудования

Исходя из общего описания системы видно, что реализация данной системы требует тщательного подбора оборудования, его синхронизацию, а так же его программирования. Помимо этого требуется выбор нужного программного обеспечения и его правильной связи с оборудованием.

Для детального и более точной реализации системы целесообразно ее разбить на подсистемы. Реализовать каждую подсистему и синхронизировать все подсистемы. В данной системы выделяются следующие под системы:

1) Подсистема генерирования сигнала, т.е. это персональный компьютер оператора-хореографа, а так же программное обеспечение для удобной подачи сигналов;

2) Подсистема передачи сигнала по беспроводному каналу, на все приемники, согласно командам с подсистемы генерирования сигнала;

3) Объект управления, в данном случае это подсистема приема сигнала по беспроводному каналу, его преобразованию в сигналы на включение и выключение освещения на костюме танцора.

Процесс работы подсистем можно представить в следующем виде (см. рисунок 2.2).

Рисунок 2.2 - Последовательность работ подсистем

2.3.1 Подсистема генерирования сигналов

Подсистема генерирования сигналов (ПГС) в данной системе включает в себя персональный компьютер и программное обеспечение необходимое оператору-хореографу для удобной установки сигналов включения света на костюмах.

Для подбора персонального компьютера в данной системе, необходимо с начала разобраться с программным обеспечением, которое необходимо использовать для работы системы. Определившись с выбором программного обеспечения можно понять минимальные требования характеристик компьютера.

Программное обеспечение необходимое для работы системы в данной работе это программы следующих видов:

- программатор - программное обеспечение необходимое для программирования контролеров;

- терминальное программное обеспечение- программное обеспечение позволяющее оценивать связь между персональным компьютеров и его внешними устройствами ;

- секвенсер - программное устройство для записи в реальном времени и воспроизведения музыки, как совокупности нот и характеристик их исполнения, представляемых в различных формах. В данной системе секвенсер программное обеспечение позволяющее устанавливать команды на включение освещения в зависимости от такта музыки.

В качестве программатора в данной системе будет использоваться программатор производителя контроллеров Arduino- Arduino IDE (см. рисунок 2.3).

Рисунок 2.3 - Рабочее окно программатора Arduino IDE

Системные требования данного программатора представлены в таблице 2.1.

Таблица 2.1- требования программатора Arduino IDE

Поддерживаемые ОС	Windows XP/Vista/7/8
Платформа	x86/x64
Процессор	От 500 МГц
Оперативная память	От 512 Мб
Видео- карта	64 Мб
Свободное место на диске	120 Мб

В качестве терминальной программы в данной системе будет использовано программное обеспечение Tera Term Web 3.1 (см. рисунок 2.4). Данное программное обеспечение сочетает в себе простору использования и большое количество информации о терминале.

Рисунок 2.4 - Рабочее окно Tera Term Web 3.1

Программное обеспечение Tera Term Web 3.1 позволяет вести мониторинг работы внешних устройств персонального компьютера, а так же их управление. Требования программного обеспечения Tera Term Web 3.1 представлены в таблице 2.2.

Таблица 2.2 - Требования программатора Tera Term Web 3.1

Поддерживаемые ОС	Windows XP/Vista/7/8
Платформа	x86/x64
Процессор	От 500 МГц
Оперативная память	От 216 Мб
Видео- карта	5 Мб
Свободное место на диске	2 Мб

В качестве секвенсера в данной системе используется программное обеспечение Vixen v 2.1.1.0 (см. рисунок 2.5). Данное программное обеспечение впечатляет простотой своего использования и широтой способов управления внешними устройствами в так музыки. Секвенсер Vixen v 2.1.1.0 позволяет генерировать управляющие сигналы с частотой в 1 мс. Данная частота является максимальное приемлемой для работы системы. ПО Vixen v 2.1.1.0 позволяет управлять внешними устройствами соединенными с ПК по широкому спектру портов. Так же программное обеспечение Vixen v 2.1.1.0 позволяет в одном окне управлять до 1024 каналами одновременно в так музыки.

...