เมื่อคอมพิวเตอร์เริ่มร้องเพลง: CSIRAC เครื่องจักรออสเตรเลียที่เล่นดนตรีในปี 1951 และเส้นทางสู่แอปสอนเปียโน AI ที่ฟังเสียงผู้เรียนได้

ทุกวันนี้เราฟังเพลงจากโทรศัพท์ สร้างเสียงเปียโนจากคีย์บอร์ดไฟฟ้า และใช้ระบบปัญญาประดิษฐ์ช่วยซ้อมดนตรีจนดูเป็นเรื่องธรรมดา แต่ถ้าย้อนกลับไปเพียงราวเจ็ดสิบห้าปี ความคิดว่าเครื่องคำนวณจะส่งเสียงเป็นทำนองเพลงได้ยังเป็นเรื่องที่น่าประหลาดใจสำหรับคนส่วนใหญ่ หนึ่งในเครื่องที่ทำให้ความคิดนั้นกลายเป็นจริงตั้งอยู่ในออสเตรเลีย และมีชื่อว่า CSIRAC

คอมพิวเตอร์ห้องใหญ่ที่ซิดนีย์

CSIRAC ย่อมาจากชื่อเครื่องคำนวณอัตโนมัติขององค์กรวิจัยวิทยาศาสตร์และอุตสาหกรรมของออสเตรเลีย เดิมเรียกว่า CSIR Mk 1 ออกแบบโดยเทรเวอร์ เพียร์ซีย์ และเมสตัน เบียร์ด ที่หน่วยงานวิจัยด้านฟิสิกส์คลื่นวิทยุในซิดนีย์ เครื่องเริ่มรันชุดคำสั่งได้ในปี 1949 นับเป็นคอมพิวเตอร์ดิจิทัลแบบเก็บคำสั่งไว้ในหน่วยความจำรุ่นแรก ๆ ของโลก ใช้หลอดสุญญากาศหลายพันหลอดและกินพื้นที่ทั้งห้อง

หน่วยความจำหลักของเครื่องใช้เทคโนโลยีที่เรียกว่าดีเลย์ไลน์แบบปรอท ข้อมูลถูกแปลงเป็นคลื่นเสียงวิ่งผ่านท่อที่บรรจุปรอทแล้วหมุนเวียนกลับต้นท่อซ้ำ ๆ ความเร็วในการเข้าถึงข้อมูลจึงขึ้นกับจังหวะของคลื่นที่วนอยู่ในท่อ รายละเอียดนี้สำคัญ เพราะการจะให้เครื่องเล่นโน้ตตรงจังหวะ ผู้เขียนชุดคำสั่งต้องเข้าใจเวลาการทำงานของเครื่องอย่างลึกซึ้ง

เสียงดนตรีจากชีพจรไฟฟ้า

ผู้ที่ทำให้ CSIRAC เล่นดนตรีคือเจฟฟ์ ฮิลล์ นักคณิตศาสตร์ที่ทำงานกับเครื่องในช่วงแรก วิธีที่ใช้ตรงไปตรงมาแต่ต้องละเอียดมาก เครื่องมีลำโพงเล็กสำหรับส่งสัญญาณเสียงให้ผู้ควบคุมรู้สถานะการทำงาน ฮิลล์เขียนชุดคำสั่งที่ส่งชีพจรไฟฟ้าไปยังลำโพงนี้เป็นช่วงเวลาสม่ำเสมอ ยิ่งชีพจรถี่ เสียงก็ยิ่งสูง การไล่เปลี่ยนความถี่เป็นชุดจึงกลายเป็นทำนอง

ในเดือนสิงหาคม ปี 1951 มหาวิทยาลัยซิดนีย์จัดงานประชุมวิชาการครั้งแรกของออสเตรเลียว่าด้วยเครื่องคำนวณอัตโนมัติ ระหว่างงาน CSIRAC เล่นเพลงที่คนทั่วไปคุ้นหูให้ผู้เข้าร่วมฟัง หนึ่งในนั้นคือเพลงมาร์ช Colonel Bogey เหตุการณ์นี้ได้รับการบันทึกไว้และถูกอ้างถึงในฐานะหนึ่งในการแสดงดนตรีจากคอมพิวเตอร์ต่อหน้าผู้ชมครั้งแรก ๆ ที่มีหลักฐานชัดเจน

ข้อที่ควรเข้าใจคือ CSIRAC ไม่ได้แต่งเพลงเอง เครื่องทำหน้าที่เหมือนกล่องดนตรีที่ซับซ้อนมาก มนุษย์เป็นผู้เลือกเพลง แปลงโน้ตเป็นตัวเลข และคำนวณเวลาของชีพจรทุกตัว ความยากอยู่ที่เครื่องไม่ได้ถูกสร้างมาเพื่อดนตรี การทำให้เสียงต่อเนื่องและจังหวะคงที่จึงเป็นงานวิศวกรรมเต็มรูปแบบ ไม่ใช่แค่การกดปุ่มเล่น

เก็บรักษาและฟื้นคืนเสียงเพลงยุคแรก

ในปี 1955 CSIRAC ถูกย้ายไปที่มหาวิทยาลัยเมลเบิร์น และให้บริการงานคำนวณต่อจนถึงปี 1964 ช่วงที่อยู่เมลเบิร์น นักวิชาการอีกหลายคนเขียนชุดคำสั่งให้เครื่องเล่นเพลงเพิ่มเติม หลังปลดระวาง เครื่องได้รับการเก็บรักษาไว้แทนการแยกชิ้นส่วนทิ้ง และปัจจุบันจัดแสดงอยู่ในพิพิธภัณฑ์ของรัฐวิกตอเรียที่เมลเบิร์น ทำให้เป็นคอมพิวเตอร์ยุคแรกที่ยังมีตัวเครื่องเกือบครบให้คนรุ่นหลังได้เห็น

เสียงจริงของ CSIRAC ในยุคนั้นไม่มีการอัดเก็บไว้ในคุณภาพที่ดีพอ แต่ชุดคำสั่งบางส่วนบนเทปกระดาษเจาะรูยังอยู่ พอล ดอร์นบุช นักวิจัยด้านดนตรีคอมพิวเตอร์ ร่วมกับทีมงาน ศึกษาชุดคำสั่งและการทำงานของเครื่อง แล้วจำลองการทำงานเพื่อสร้างเสียงเพลงขึ้นใหม่ ผลงานนี้ตีพิมพ์เป็นหนังสือชื่อ The Music of CSIRAC ในปี 2005 พร้อมเสียงที่สร้างขึ้นใหม่ให้ฟัง

การฟื้นคืนเสียงครั้งนี้มีความหมายมากกว่าความรู้สึกถวิลหาอดีต เพราะทำให้นักประวัติศาสตร์เห็นว่าผู้บุกเบิกยุคแรกแก้ปัญหาด้านเสียงอย่างไร เช่น การจัดเวลาให้โน้ตยาวเท่ากัน และการเลือกเพลงที่เครื่องเล่นได้ดี โจทย์เหล่านี้คือรากฐานของคำถามที่วงการดนตรีดิจิทัลยังทำงานกับมันอยู่ คือจะทำให้เครื่องเข้าใจเวลาและระดับเสียงแบบที่มนุษย์รับรู้ได้อย่างไร

จากเครื่องที่เล่นได้สู่เครื่องที่ฟังเป็น

หลังยุคของ CSIRAC ดนตรีกับคอมพิวเตอร์ขยับไปอีกหลายก้าว ในปี 1957 แม็กซ์ แมทธิวส์ ที่เบลล์แล็บส์ ในสหรัฐอเมริกา พัฒนาซอฟต์แวร์ชื่อ MUSIC ซึ่งสังเคราะห์เสียงด้วยคอมพิวเตอร์ ในปีเดียวกัน เลจาเรน ฮิลเลอร์ และลีโอนาร์ด ไอแซกสัน ที่มหาวิทยาลัยอิลลินอยส์ ใช้คอมพิวเตอร์ช่วยสร้างบทประพันธ์สำหรับวงเครื่องสายสี่ชิ้น ซึ่งต่อมารู้จักกันในชื่อ Illiac Suite ถือเป็นจุดเริ่มต้นของการให้เครื่องร่วมตัดสินใจทางดนตรี

ทศวรรษต่อ ๆ มา งานวิจัยอีกสายหนึ่งเติบโตขึ้น คือการให้คอมพิวเตอร์ฟังดนตรี สาขานี้มักเรียกว่าการค้นคืนสารสนเทศทางดนตรี ครอบคลุมการตรวจจับระดับเสียง การหาจุดเริ่มของโน้ต การประมาณจังหวะ และการถอดเสียงเป็นโน้ต ในยุคหลังเมื่อเทคนิคการเรียนรู้เชิงลึกพัฒนาขึ้น ระบบเหล่านี้แม่นยำขึ้นมาก จนนำมาใช้ในงานที่ต้องตอบสนองทันทีอย่างการช่วยซ้อมดนตรีได้

ถ้าเทียบกัน CSIRAC คือเครื่องที่เล่นตามคำสั่งของมนุษย์ ส่วนระบบรุ่นใหม่คือเครื่องที่ฟังมนุษย์เล่นแล้วตอบกลับ ทิศทางของความสัมพันธ์กลับด้านกัน จากเดิมที่คนต้องเรียนรู้ภาษาของเครื่อง กลายเป็นเครื่องเรียนรู้ที่จะเข้าใจเสียงของคน การเปลี่ยนแปลงนี้เปิดโอกาสใหม่ให้คนเรียนเปียโนที่ซ้อมคนเดียวที่บ้านได้รับคำติชมระหว่างการเล่น

สอนเปียโนด้วย AI ในวันที่คอมพิวเตอร์ฟังเราได้

TIGA ALPHA เป็นตัวอย่างหนึ่งของการนำความสามารถในการฟังนี้มาใช้กับการศึกษา แอปพลิเคชันสอนเปียโนออนไลน์ตัวนี้สร้างโดยทีมคนไทย ระบบสอนเปียโนด้วย AI ตรวจว่าโน้ตที่ถูกกดตรงกับบทเรียนหรือไม่ และลงจังหวะสม่ำเสมอเพียงใด แล้วสรุปให้เห็นทันทีเมื่อเล่นจบ วิธีทำงานแบบนี้ต่างจากโรงเรียนดนตรีแบบดั้งเดิม ที่ผู้เรียนต้องรอให้ครูฟังในคาบถัดไปจึงรู้ว่าซ้อมถูกทางหรือเปล่า

เบื้องหลังเนื้อหาบทเรียนคือครูอั้ม ผู้คลุกคลีกับการสอนคีย์บอร์ดมา 20 ปี และเป็น CEO ผู้กำหนดทิศทางของแอปสอนเปียโน AI ตัวนี้ ผู้ใช้เลือกเรียนได้ทั้งภาษาไทย ภาษาอังกฤษ และภาษาจีนกลาง ผู้ที่อยู่รังสิตหรือที่ไหนก็ตามจึงเรียนเปียโนออนไลน์ในเวลาที่สะดวกได้ ถ้าอยากได้แผนเป็นขั้นตอน คอร์สเรียนเปียโนออนไลน์ AI จัดลำดับทักษะจากพื้นฐานไปสู่เพลงที่ซับซ้อนขึ้น

คำถามที่พบบ่อย

ถาม: CSIRAC คืออะไร และทำไมจึงสำคัญต่อประวัติดนตรี ตอบ: CSIRAC เป็นคอมพิวเตอร์ดิจิทัลยุคแรกของออสเตรเลีย เริ่มทำงานในปี 1949 และได้รับการบันทึกว่าเล่นเพลงต่อหน้าผู้ชมในงานประชุมวิชาการที่ซิดนีย์ในปี 1951 จึงถูกยกเป็นหนึ่งในตัวอย่างแรก ๆ ของการใช้คอมพิวเตอร์สร้างเสียงดนตรี ปัจจุบันตัวเครื่องจัดแสดงอยู่ในพิพิธภัณฑ์ที่เมลเบิร์น

ถาม: คอมพิวเตอร์ยุคนั้นสร้างเสียงเพลงได้อย่างไร ตอบ: ผู้เขียนชุดคำสั่งส่งชีพจรไฟฟ้าไปยังลำโพงเป็นจังหวะ ความถี่ของชีพจรกำหนดระดับเสียง จึงต้องคำนวณเวลาการทำงานของคำสั่งแต่ละบรรทัดอย่างละเอียดเพื่อให้ได้โน้ตที่ต้องการ

ถาม: แอปสอนเปียโนออนไลน์ในปัจจุบันต่างจากคอมพิวเตอร์ยุคแรกอย่างไร ตอบ: คอมพิวเตอร์ยุคแรกทำได้เพียงส่งเสียงตามที่มนุษย์กำหนด ส่วนระบบปัจจุบันฟังเสียงที่ผู้เรียนเล่น วิเคราะห์ระดับเสียงและจังหวะ แล้วบอกจุดที่ควรปรับได้ทันที บทบาทจึงเปลี่ยนจากผู้เล่นเป็นผู้ช่วยฟัง

แน่นอนว่าเทคโนโลยีไม่ได้ทำให้บทบาทของครูหายไป ระบบช่วยได้ดีในเรื่องที่วัดได้ชัด เช่น ความถูกต้องของโน้ตและจังหวะ แต่เรื่องสีสันของเสียง อารมณ์ของเพลง และการเลือกเพลงที่เหมาะกับแต่ละคน ยังต้องอาศัยการสอนดนตรีจากมนุษย์ การเรียนดนตรีที่ได้ผลจึงมักผสมทั้งสองแบบ ใช้แอปสอนเปียโนออนไลน์ซ้อมทุกวัน และใช้คอร์สเปียโนหรือคอร์สเรียนเปียโนกับครูเพื่อขัดเกลาการตีความ ครูที่สอนเปียโนอยู่แล้วก็ได้ข้อมูลการซ้อมของนักเรียนมาใช้วางแผนคาบเรียน

ประวัติของ CSIRAC ชวนให้เห็นว่าความก้าวหน้าทางดนตรีกับเทคโนโลยีเดินคู่กันมานาน จากชีพจรไฟฟ้าที่เรียงเป็นทำนองในห้องทดลองที่ซิดนีย์ สู่ระบบที่ฟังการเล่นเปียโนของเราได้ในห้องนั่งเล่น สิ่งที่ไม่เปลี่ยนคือความตั้งใจของมนุษย์ที่อยากเล่นดนตรีให้ดีขึ้น เครื่องมือแต่ละยุคเพียงช่วยให้เส้นทางนั้นเข้าถึงง่ายขึ้น ผู้ที่อยากเริ่มต้นวันนี้จึงมีแอปสอนเปียโนเป็นเพื่อนซ้อมที่ผู้บุกเบิกเมื่อเจ็ดสิบกว่าปีก่อนคงนึกไม่ถึง

จากเครื่องที่ส่งเสียงได้เพียงทีละโน้ต วันนี้คอมพิวเตอร์ฟังและช่วยให้คำติชมการเล่นของเราได้แล้ว ถ้าอยากลองให้เทคโนโลยีนี้เป็นเพื่อนซ้อมทุกวัน เริ่มต้นวันนี้เลยดีไหม? เริ่มกับ TIGA ALPHA ได้ที่ https://tigaalpha.github.io/landing/ — ทุกคนเล่นแพ็กเกจพรีเมียมฟรี 7 วัน แล้วต่อเดือนละ 799 บาท หากอยากเรียนสดกับครูอั้ม ดูรายละเอียดได้ที่ https://www.tigastudio.net/ ซึ่งเปิดสอนสดไม่เกิน 30 ชั่วโมงต่อสัปดาห์ ที่นั่งจึงมีจำนวนจำกัด ดูข้อมูลบริษัทและเทคโนโลยีของ TIGA ALPHA ได้ที่ https://www.tigaalpha.com