第一臺會唱歌的電腦

木子李

1842年，當英國劍橋大學的數學教授發明了電腦的前身——分析機的時候，他的助手、詩人拜倫的女兒拉夫拉斯伯爵夫人就曾興奮地預言：“這臺機器總有一天會演奏出音樂來的。”果然像她所預言的，100多年后的1951年，澳大利亞一個默默無聞的編程員用電腦CSIRAC播放了第一首音樂。

最初，用電腦播放音樂并不像今天這么容易，它是一個極難的編程挑戰，只能由專業人員操作，而且程序員最好懂點音律知識，否則發音會成為無意義的噪音，制作過程可以說是十分曲折。那么，它又有哪些故事呢？

笨拙的CSIRAC

早期的電腦材質和運行程序遠沒有這么先進，可以想象，最古老的電腦無一例外都是“大胖子”，比如世界上第一臺電腦“埃尼阿克”，占地面積170多平方米，重量約30噸，樣子準確來說更像一組舊金屬健身房的儲物柜。用這種耗資幾十萬美元的昂貴電腦，提供娛樂功能是不可能的，幾乎每一臺電腦的誕生都為了處理大量軍用數據的難題或者是解決科學難題，直到CSIRAC開了這個新河。

CSIRAC是澳大利亞在1949年11月制造出來的第一臺數字電腦，也是幸存的還能運行的最古老的第一代電子計算機，目前儲存在澳大利亞墨爾本博物館。

用今天的標準看，CSIRAC還是非常原始。CSIRAC速度非常慢，它1秒鐘只能執行1000次循環次數，現在家用電腦一般為1秒幾億次；它沒有很大的內存，只有約2KB的內存容量和3KB的磁盤存儲器容量，這個存儲容量連一首歌曲都存儲不了；它也沒有像現代計算機一樣的顯示器，從CSIRAC出產的大多數結果需要通過在紙帶上打上一系列有規律的孔，然后在另一臺機器上轉換成文字，這是早期電腦常用的穿孔紙帶輸入輸出方法。

雖然非常原始，CSIRAC還是做了許多開創性工作，比如于1953年找到了銀河系中心，并為澳大利亞的第一個摩天大樓設計了建筑結構。CSIRAC在做這些計算工作時還算比較順利，但在處理實時輸出時會遇到難題。CSIRAC的存儲器是汞聲延遲線，這是最早的計算機內存，延遲線是一根長長的重達1噸的管子，內部裝滿了溫度在40℃左右的水銀。代表數據的脈沖信號會從管子的這一端進入，轉換成超聲波，在管子另一端轉換成電信號輸出，又被重新反饋到發送端。以這種方式，多個脈沖信號可以同時存儲在一根水銀管中。

這種處理數據的內存方法已經是當時最先進的了，但使用汞的聲波延遲線的一個問題是，訪問每個內存數據時會花費不同的時間，要想編程一些對時間要求嚴格的實時應用是個難題，如實時播放音樂。

音樂制造者

數學家杰夫·希爾應該是最早的程序員之一，巧合的是，希爾正好來自一個音樂世家。他的母親是一位音樂教師，他漂亮的姐姐是演員。希爾自身擁有完美的音調，這是至關重要的，因為CSIRAC創建聲音的方式是通過從計算機數據總線發送原始脈沖到揚聲器。如果隨便編程，這些脈沖將會在一個隨機時間內到達揚聲器，造成像程序員那樣結束程序時用到的“嘟嘟嘟嘟”的噪音。

也許是因為天生具有藝術細胞，希爾很快意識到，電腦或許可以做些不那么嚴肅的事情，比如播放一首歌曲。他猜想如果他能讓脈沖以規律的頻率到達，那么他將獲得一個穩定的音高。然后，也許他可以編寫一個音階的音符，串連這些音符可能就可以制作一首歌曲了。這在當時是一個非常困難的任務，因為每個存儲器存取采取了不同的時間，工作頻率僅為一秒鐘循環1000次。

但是希爾還是成功地處理了這一點，編寫出了一個讓電腦播放音樂的程序。隨后，音樂成了CSIRAC招待客人的方式。在1951年澳大利亞的第一屆計算機大會上，CSIRAC公開演奏了《波基上校進行曲》（電影《桂河大橋》主題曲）。CSIRAC演奏得非常好聽，它的公開演出在澳大利亞引起了不小的轟動，當初聽完它演奏的人們，紛紛想找出在這臺大而笨拙的機器里藏著的會唱歌的小精靈。CSIRAC因而是世界上第一臺播放音樂的電腦。

不過，CSIRAC的制造者們還是希望CSIRA必須專注于科學研究和計算，而不是用于人們的消遣和娛樂。因此，CSIRAC后來很少播放音樂了，它的幾次播放也沒有被錄音，目前人類歷史上能找到最早的電腦音樂，是由英國曼徹斯特大學的Ferranti Mark 1同樣在1951年秋天演奏的《天佑吾王》、《一閃一閃亮晶晶》，這是第一代計算機的一個商業化版本，只比CSIRAC慢了幾周。

1957年，美國作曲家首次制作了真正的“計算機音樂”，這個時候一臺IBM704電腦已經可以播放出17秒的音樂作品。經過幾十年的發展，最初從沒有把娛樂功能考慮進來的計算機，到今天已經創造了一個龐大的數字音樂產業帝國，2015全球數字音樂產業收入達到150億美元。而這些音樂作品可以和那些科研成果做出的貢獻相媲美，讓人類生活得更幸福。