Alle origini della musica algoritmica: la Illiac Suite

La Illiac Suite è riconosciuta come la prima composizione di musica algoritmica, scritta per strumenti tradizionali per mezzo di un computer, da Lejaren Hiller.

Lejaren Hiller, chimico e compositore

L’interesse di Lejaren Hiller verso la musica, unito alla sua formazione come Chimico che lo aveva portato all’utilizzo del computer, spingono il ricercatore americano a tentare un’applicazione del computer anche nell’ambito della musica, che rientrava nel più vasto insieme delle discipline estranee alle scienze matematiche.

Tuttavia, è proprio la musica – tra tutte le arti – quella che stringe con la matematica un rapporto dalle ampie prospettive, come è largamente documentato in una letteratura che arriva fino a Pitagora e ai rapporti matematici che sottostanno la divisione del monocordo.

In ogni caso, l’idea di un’applicazione musicale del computer nasce anche da un’attenta analisi che Hiller svolge sui processi creativi musicali. Secondo Hiller la musica poteva definirsi come una forma sensibile governata da leggi di organizzazione che potevano essere codificate in modi abbastanza esatti.

“Music is a sensible form. It is governed by laws of organization which permit fairly exact codification.”

Alle origini dell’IA in musica

In questo senso, quindi, il processo di composizione si basa essenzialmente su una serie di scelte organizzative che il compositore effettua su una (ipotetica) infinità varietà di materiale musicale grezzo (es. le note di una scala, i modi di attacco o i collegamenti tra una sezione e l’altra). Questi aspetti rendevano particolarmente congeniale l’utilizzo del computer per la composizione di lavori musicali, demandando a quest’ultimo la selezione del materiale compositivo all’interno di quello “grezzo”.

A ben vedere, l’esperimento che avrebbe poi completato Lejaren Hiller, era a tutti gli effetti un primo esempio di applicazione dell’intelligenza artificiale in un ambito creativo come quello della musica.

Oggi siamo quasi assuefatti da queste dinamiche, o comunque abbiamo (stiamo) acquisendo una certa abitudine all’idea di demandare alla macchina la scrittura della musica. Va detto che i casi antecedenti a quelli odierni dell’Intelligenza Artificiale sono molteplici e non si esauriscono con la Illiac Suite, e nei prossimi articoli vi tornerò sopra.

 “The process of musical composition can be characterized as involving a series of choices of musical elements from an essentially limitless variety of musical raw materials.”

L’algoritmo di Monte Carlo

Al di là della dettagliata analisi dei processi creativi, per utilizzare il computer a fini musicali era necessario individuare un modello matematico da definire in termini di programmazione informatica per poter generare dei dati che, una volta decodificati, avrebbero restituito una partitura in notazione tradizionale. In riferimento all’analisi dei processi creativi esposta in precedenza si trattava di applicare un modello che permettesse al computer di effettuare delle scelte organizzative rispetto ai parametri peculiari di una composizione musicale. Il modello adottato fu quello dell’algoritmo di Monte Carlo che sfrutta la generazione di numeri casuali.

La teoria dell’informazione e la composizione musicale

Vi fu un ultimo fondamentale aspetto su cui si costruì la sperimentazione di Hiller, quello della Teoria dell’Informazione (nota anche come Teoria della Comunicazione) di cui si iniziò a parlare già dagli anni Venti e di cui Richard C. Pinkerton negli anni Cinquanta illustrò, in anticipo su tutti, una sua possibile applicazione musicale, pur non giungendo ad alcun risultato pratico. Ian Bent, nel suo testo Analisi Musicale, ci fornisce una chiara spiegazione di questa teoria: La teoria dell’informazione valuta la capacità di un sistema di ricevere, elaborare, immagazzinare, trasmettere informazioni. E poiché si intende per informazione la scelta di un messaggio in una serie di messaggi, le probabilità di arrivo di uno qualsiasi di questi sono condizionate dalla maggior frequenza di alcuni messaggi rispetto ad altri e ancora quando all’interno di un messaggio avviene una scelta altamente probabile, si dirà che contiene scarsa informazione; quando viceversa vi si presenta una scelta improbabile, questa sarà altamente informativa.

La collaborazione con Leonard Isaacson

Dall’insieme di queste premesse possiamo dire che viene attuato un sistema ad alto contenuto informativo di cui è ridotta la densità dell’informazione attraverso un processo di selezione, dove il contenuto informativo è generato attraverso l’algoritmo di Monte Carlo mentre la selezione è attuata in conformità ai presupposti teorici della Teoria dell’Informazione. La ricerca fu svolta da Hiller in collaborazione con Leonard Isaacson. Il primo obbiettivo era di programmare l’algoritmo attraverso cui generare dati da mettere in relazione con i parametri musicali. Il funzionamento dell’algoritmo prevedeva tre fasi distinte: inizializzazione, generazione e verifica.

L’esperimento musicale: inizializzazione dei dati

Per questa fase si definì una tabella di regole, o condizioni, tale da indicare al computer quale combinazione di dati poteva considerarsi legale (quindi valida) e quale no, in modo che tutte le scelte potessero avvenire in maniera automatica. Le regole potevano ricavarsi in diversi modi. Nel caso della musica era possibile assumere regole:

1. della teoria tradizionale (ad esempio divieto delle quinte e ottave parallele);
2. dettate dalla fantasia del programmatore, anche prive di rapporto con la musica;
3. ricavate da analisi statistiche di altre composizioni;
4. regole auto-generate dal calcolatore.

L’esperimento musicale: la generazione dei dati

Nella seconda fase si procedeva con la generazione di un singolo dato per volta, messo in relazione con i diversi parametri musicali, ad esempio una singola altezza, il ritmo o espressioni quali pizzicato e arco. I dati erano generati ad una velocità di mille numeri al secondo.

L’esperimento musicale: la fase di verifica

La fase della generazione lasciava rapidamente il posto alla terza fase, quella della verifica, propedeutica alla definitiva scrittura dei dati in termini musicali. Una volta generati i dati, infatti, si procedeva con il confronto tra questi e le regole impostate, per definire o no la convalida. Il parametro generato, infatti, viene confrontato con le regole impostate per essere convalidato oppure no. Se avviene la convalida allora si passa alla generazione di un nuovo parametro, in caso contrario si ritorna nuovamente alla fase di generazione ma per generare un nuovo valore per lo stesso parametro fino a quando non si otterrà un parametro convalidato oppure fino a quando non sarà chiaro che nessun parametro è in grado di soddisfare i requisiti fissati. Una volta che un parametro viene convalidato, prima di diventare parte della composizione finale, viene allocato in memoria fino al termine di tutta la procedura di generazione e selezione. Al termine del lavoro il risultato finale è una partitura in codice alfa-numerico che viene decodificata in notazione tradizionale per essere eseguita da un gruppo strumentale.

Gli obbiettivi della sperimentazione

Definita la procedura e programmato il calcolatore, si trattava a questo punto di pianificare e avviare la sperimentazione vera e propria. Si definirono quattro differenti obiettivi da raggiungere con altrettanti esperimenti. Nella fase preliminare vi era ancora da definire la tipologia di strumenti a cui affidare la partitura finale. Limiti tecnici e strutturali spinsero ad escludere l’uso di strumenti elettronici analogici. Allo stesso modo fu escluso il pianoforte e si optò, invece, per un quartetto d’archi che avrebbe consentito una scrittura polifonica a quattro voci. Motivo di questa scelta era principalmente l’omogeneità timbrica del gruppo strumentale. L’aver fissato un obbiettivo iniziale di quattro esperimenti spinse inoltre a definire una struttura di massima articolata in quattro movimenti, cui corrisposero quattro esperimenti. Di seguito li vediamo uno per volta.

Primo esperimento, primo movimento musicale

Articolato in tre fasi, doveva servire per ottenere delle semplici melodie diatoniche. Per fare questo era necessario riferirsi a un metodo di scrittura musicale, abbastanza noto e non troppo complesso, da utilizzarsi come modello di costruzione del materiale musicale. Hiller e Isaacson scelsero un rigoroso contrappunto, così come espresso da Joseph Fux nel trattato Gradus ad Parnassum. Rispetto al metodo espresso da quest’ultimo, nello specifico, si fece riferimento al contrappunto di prima specie da cui si ricavarono sedici regole, tra divieti permessi e concessioni, che avrebbero costituito il contenuto delle tabelle di inizializzazione.

Tre sono le categorie di regole fissate:

1. regole melodiche (l’ambito di scelta delle note doveva essere contenuto all’interno di un’ottava, non erano ammesse ripetizioni di note, etc.);
2. regole armoniche (erano concessi solo intervalli di unisono, di ottava, di quinta, di sesta e di terza maggiore o minore, il tritono era considerato dissonante, etc.);
3. regole miste (divieto di quinte e ottave parallele, nel collegamento da un accordo all’altro una delle quattro voci doveva muoversi per grado congiunto o restare ferma, etc.).

La prima fase dell’esperimento fu completata con la realizzazione di una melodia diatonica successivamente utilizzata come cantus firmus per la costruzione di altre semplici polifonie: a due voci nella seconda fase del primo esperimento e a quattro voci nella terza. Tutto il materiale prodotto costituì le tre sezioni del primo movimento: presto, andante e allegro.

Secondo esperimento, secondo movimento musicale

L’approccio musicale non differisce molto dal primo: si realizza una polifonia a quattro voci la cui struttura complessiva non è più articolata in tre ma in un’unica sezione, un adagio ma non troppo lento che si chiude con una coda. Una novità si individua sul piano tecnico-informatico. Hiller e Isaacson migliorano la codifica delle regole musicali trasdotte in termini matematici con l’intento di dimostrare che, anche se non tutta, gran parte della scrittura musicale tradizionale si poteva correttamente codificare in termini informatici. È lo stesso Hiller a rilevare come nel secondo esperimento la programmazione del computer Illiac avesse raggiunto un elevato livello di complessità, come non si realizzò nemmeno nel terzo e quarto esperimento, e che il risultato finale era ottenuto al termine di oltre 1900 operazioni aritmetiche.[1]

Terzo esperimento, terzo movimento musicale

Il terzo esperimento, da cui scaturisce un allegro con brio, riporta i ricercatori verso obiettivi di natura musicale. In questo caso si voleva dimostrare di poter definire attraverso il mezzo informatico anche parametri quali ritmo e dinamica. Rispetto agli obbiettivi della ricerca si pensava di poter arrivare a informatizzare tutti gli elementi peculiari della musica, un fatto che rimase irrisolto al termine della ricerca. Decisioni riguardanti il metro e al tempo, infatti, furono prese al di fuori della programmazione, rimandando ad altre ricerche e sperimentazioni lo studio su come informatizzare i parametri musicali ritenuti più complessi.

Nel nuovo esperimento le tabelle di regole furono rielaborate rispetto ai problemi di natura ritmica e dinamica, si inserirono così tutte le informazioni necessarie per svolgere le prove di convalida su questi parametri. Oltre questo il terzo esperimento si differenzia dai precedenti per una scrittura musicale non più diatonica ma cromatica. La struttura generale fu articolata in tre lunghe sezioni, seguite da una coda finale. Inizialmente il computer fu programmato per produrre musica attraverso l’applicazione di processi casuali. I primi risultati ottenuti, una musica fortemente dissonante, costrinsero i ricercatori a modificare l’approccio inserendo una serie di regole tradizionali con cui si sarebbe perfezionato il lavoro di selezione. Il risultato ottenuto dopo l’imposizione della nuova metodologia si caratterizzava per essere molto simile ai lavori musicali dei compositori contemporanei.

Quarto esperimento, quarto movimento musicale

Se i primi tre esperimenti, seppur differenti tra loro, avevano in comune una selezione dei parametri musicali attraverso l’imposizione di regole tradizionali, ricavate dal trattato di Fux o dalle tendenze della musica contemporanea, nel quarto e ultimo esperimento il primo elemento di novità è proprio la sostituzione di queste regole con altre ricavate da ambiti disciplinari non musicali. Hiller e Isaacson erano intenzionati a dimostrare che programmando correttamente un calcolatore era possibile comporre musica, una buona musica, anche attingendo da regole che nulla avevano a che vedere con l’arte dei suoni.

Il nuovo sistema di regole fu approntato attingendo dal metodo probabilistico delle catene di Markov, un processo stocastico basato sul principio che all’interno di una sequenza di eventi, la scelta di un nuovo evento è strettamente connessa a quello immediatamente precedente, senza alcuna considerazione degli eventi accaduti in un momento passato. Espresso in termini musicali il principio ci dice che la scelta di una nota, o di un intervallo, è strettamente correlata alla nota, o all’intervallo, immediatamente precedente. Al termine dell’esperimento i ricercatori ottennero il quarto movimento della suite, un tanto presto che possibile con l’aggiunta di una coda conclusiva. Sul piano stilistico si osserva una scrittura molto vicina a quella delle tendenze contemporanee, pur se ottenuta attraverso procedimenti non musicali.

Agosto 1956: prima esecuzione di musica algoritmica

La ricerca, di cui abbiamo descritto gli aspetti più rilevanti, fu avviata nel Settembre del 1955. A Luglio del 1956 erano stati completati i primi tre movimenti, esclusa la coda del terzo. Nei mesi successivi si sarebbe completato anche il quarto e ultimo movimento. Nel frattempo, il 9 Agosto del 1956, fu organizzata presso l’Università dell’Illinois, che aveva finanziato l’intera ricerca, la prima esecuzione pubblica della Illiac Suite for Strings Quartet, seppur nella sua versione in tre movimenti. Il quartetto chiamato a eseguire l’opera era costituito da studenti del Dipartimento di Musica dell’Università.

La presentazione alla comunità scientifica

La presentazione ufficiale alla comunità scientifica avvenne qualche settimana più tardi, il 28 Agosto del 1956 in occasione dell’11° National Meeting of the Association for Computing Machinery. Nelle settimane successive era completata anche la coda al terzo movimento e la Illiac Suite era così completa, tanto che nel Novembre del 1956 fu ufficializzato il lavoro finito. Non molto tempo dopo, sulla Illiac Suite, e in generale su tutta la ricerca di Hiller e Isaacson, si accese la curiosità di Vladimir Ussachevsky, che nel frattempo, da qualche anno, era diventato Presidente del Consiglio d’Amministrazione Editoriale della New Music Edition di New York, una testata indirizzata prevalentemente alla pubblicazione di partiture di musica contemporanea, e sulle cui pagine fu appunto pubblicata la partitura definitiva della Illiac Suite.

Approfondimenti

Se desideri approfondire lo studio di questa composizione musicale, la prima composizione di musica algoritmica, ti segnalo alcune letture interessanti quali Lejaren Hiller, Experimental Music: Composition with an Electronic Computer, McGraw-Hill, New York, 1959. Oppure Ian bent, Analisi Musicale, EDT, Torino, 1990, pp. 71 – 76. Infine Lejaren Hiller, Illiac Suite for String Quartet, New Music Edition, Theodore Presser Company, Bryn Mawr, 1957.

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