Въпреки че Моцарт няма живи наследници, музиката му все още има безброй наследници. Последният в рода – роден едва това лято – е дигитален близнак.

Германският технологичен гигант Siemens замисля този чудодеен клонинг. Миналия месец компанията пренесе системата в родния град на Моцарт – Залцбург.

Разположен в подножието на Алпите, живописният град е домакин на престижния Залцбургски музикален и театрален фестивал. Класическите ноти се носят из знойния въздух. Те се разнасят по откритите сцени и в оперните зали. Някои от тях дори са навлезли в дигиталния двойник.

Както всеки цифров близнак, системата е виртуален модел на реален аналог. Но този има необичаен фокус: звукът.

Технологията възпроизвежда акустиката на дадена сграда. Като симулира звуци във виртуалната област, двойникът разкрива звуковото функциониране на физическата сфера.

„Постоянно сме около акустиката, но това означава, че наистина можем да бъдем в нея“, казва Юлия Мюлер, директор по развитието на Залцбургския фестивал, пред TNW. „Това е толкова различно усещане.“

Siemens предвижда многобройни приложения. Архитектите ще проектират зали с безпрецедентна акустика. Строителите ще изграждат жилища с перфектна звукоизолация. Събитията ще адаптират конгресните центрове за музика, театър и танци. Диригентите ще адаптират оперните зали за своята музика. Оркестрите ще репетират в реплики на истински концертни зали.

Но преди тези фантазии да се превърнат в реалност, дигиталният близнак беше извикан на прослушване. Залцбург предостави две сериозни изпитания: легендарно място за провеждане на фестивали и музиката на Моцарт.

Дигитализиране на звука

Снимка на Фестивалната зала в Залцбург, която вече има дигитален близнак, симулиращ музиката на Моцарт
Голямата фестивална зала е построена специално за Залцбургския фестивал. Кредит: Siemens

Голямата фестивална зала в Залцбург, открита през 1960 г., е легендарно място за опери и концерти.

Построена върху стари конюшни, квадратната зала има световноизвестна акустика. Както подсказва и името, залата е огромна. 100-метровата сцена е една от най-широките в света. На всяко представление могат да присъстват около 2200 души.

Техните места предлагат различни музикални преживявания. Те също така влияят на музиката. Материалите, от които са изработени, местоположението им и хората, които седят на тях, оказват влияние върху акустиката, която звучи в цялата зала. Също както килимите на пода, музикантите на сцената и инструментите, на които свирят.

Архитектурата също оказва значително влияние върху звука. Когато сградата изтласква ехото и реверберацията в какофонични посоки, по стените и таваните се монтират акустични панели, които успокояват напрежението.

Цифровият близнак трябваше да моделира всеки от тези ефекти. Siemens възлага задачата на Simcenter, софтуерно портфолио за разработване и тестване на симулации.

Софтуерът първо анализира данните за формата, структурата и съдържанието на залата. След това всички основни материали бяха точно определени. Всеки от тях може да предизвика различно поведение на звуковите вълни.

Меките завеси поглъщат вълните, докато металните мебели ги отразяват. Когато се отразят от бетонните стени, те предизвикват различна акустична реакция. Ако се ударят в седалка, те ще предизвикат друга реакция.

Siemens анализира тези ефекти чрез две основни техники: измерване на импулсната реакция и проследяване на лъчите. Заедно те измерват и симулират потока на звука през залата.

Виртуална сцена за Моцарт

Инженерите първо инсталират 12 микрофона около залата. На сцената те поставиха 11 висококачествени високоговорителя на местата на инструментите.

След това всеки високоговорител изпрати малки сигнали из залата. В продължение на определен брой секунди те предават широка честотна лента с определена продължителност и точна сила на звука.

Докато сигналите обикаляха залата, микрофони записваха тяхното въздействие. След това резултатите бяха изпратени за анализ.

„С тази технология получаваме индивидуалния характерен звук на стаята“, казва Арнолд Холер, мениджър по ангажиментите в Siemens Simcenter, пред TNW.

След това Siemens вгражда този подпис в дигиталната зала.

Дигитален близнак на Фестивалната зала в Залцбург. Кредит: Siemens

Звуковите тестове бяха повторени, като виртуалните микрофони и високоговорители бяха разположени на същите позиции като физическите им двойници. След това компютърни модели изследваха акустичното поведение.

„Съпоставяме симулацията с измерванията и съпоставяме модела с реалността“, казва Холер. „Така получаваме цифров близнак. В противен случай имате просто цифров модел.“.

Уверен, че техният репликант е напълно разработен, екипът пуска виртуалния двойник.

Готовият близнак възпроизвежда безкрайни музикални конфигурации. След това потребителите могат да изследват въздействието върху всяко място в залата.

От отдалечени места те могат да експериментират със звуци, материали и оформления. Всички техни настройки могат да променят акустиката. Симулирайки ги в цифров близнак, те ще създадат доказателства за решенията в реалния свят.

Вече се работи по създаването на още акустични цифрови близнаци. Но технологията все още трябва да убеди скептиците. За да разсее съмненията им, Siemens се обръща към любимия син на Залцбург.

Моцарт излиза на дигиталната сцена

Siemens вгражда цифровия близнак в приложение XR. Наречено „Звукът на науката“, приложението ни пренася в 3D модел на Голямата фестивална зала в Залцбург. След това изследваме музиката, която звучи в залата, като настройваме звуците и структурите, докато слушаме.

Преместваме инструменти, разширяваме оркестри, добавяме акустични панели и слушаме ефектите от различни места в залата. Всяка промяна оказва чуваемо въздействие върху акустиката.

Щефан Фрухт, артистичен директор на програмата за изкуства на Siemens, избра 29-ата симфония на Моцарт за преживяването. Съчетавайки прозрачни текстури със сложни техники, музиката демонстрира възможностите на цифровия близнак.

Диригент и музикант по собствено желание, Фрухт изрязва песента в берлинско студио. Инструментите се записват един след друг в отделни файлове. Всички те бяха интегрирани с цифровия близнак. След това аудиосигналите бяха подадени към софтуера XR.

Приложението XR отваря прозорец към потенциала на акустичните цифрови близнаци. То също така хвърля нова светлина върху Siemens.

Цифровото бъдеще на музиката

Основана през далечната 1847 г., Siemens има дълга история на инженерни постижения. Базираната в Мюнхен фирма е и най-големият индустриален производител в Европа. Но сегашната компания има друг фокус: софтуер.

Цифровите близнаци са централен компонент на днешния бизнес. Те се използват за наблюдение и подобряване на различни промишлени операции – от производствени предприятия до енергийни мрежи.

Системата в Залцбург показва, че близнаците могат да оптимизират и акустичните условия. Фрухт има още по-големи амбиции за проекта. Той вярва, че музиката може да повлияе на индустриалните приложения.

„В края на краищата, иновациите могат да дойдат и от културата“, казва той.

Той посочва прецедент, създаден от втория любим музикален син на Залцбург: Херберт фон Караян. Прочут (и противоречив) австрийски диригент, Караян открива Голямата фестивална зала. Той участва и в разработването на компактдиска. Един от неговите записи е първото произведение, отпечатано върху пластмаса.

Легендата разказва, че той е определил и параметрите на компактдиска. Говори се, че е изисквал на един диск да има място за 9-ата симфония на Бетовен. Резултатът е 74-минутен капацитет.

Ако музиката окаже подобно въздействие върху дигиталните близнаци, Моцарт може да се сдобие с цяла нова порода потомци.

Автор: Томас Маколи,  TNW