تکميل سمفونی شماره ۱۰ بتهوون با هوش مصنوعی

لودویک ون بتهوون در سال ۱۸۲۷ سه سال پس از تکمیل سمفونی (symphony) شماره ۹ که به اعتقاد بسیاری شاهکار او بود، درگذشت. بتهوون کار روی دهمین سمفونی‌اش را آغاز کرده بود که بیماری به او مهلت تکمیل پروژه‌اش را نداد و سمفونی شماره ۱۰همچنان به صورت یک پیش‌نویس (و یادداشت‌های پراکنده) باقی ماند.

از آن زمان، موسیقی‌شناسان و شیفتگان بتهوون بار‌ها از خودشان پرسیده‌اند سمفونی شماره ۱۰ چگونه سمفونی‌ای می‌شد و در کمال ناتوانی پاسخی برای آن نیافته‌اند. حال در نتیجه کار یک گروه متشکل از تاریخ‌شناسان و کارشناسان موسیقی (موزیکولوژیست‌ها) آهنگسازان و مهندسان کامپیوتر، این تجسم بتهوون زنده شده است.

من مدیر بخش هوش مصنوعی این پروژه و رئیس تیمی از موسسه هوش مصنوعی نوپای «پلِی فُرم» بودم که تمام کار بتهوون و روند خلاقیت او را به یک دستگاه هوش مصنوعی یاد داد.

سمفونی تکمیل‌شده و ضبط‌شده شماره ۱۰ روز نهم اکتبر ۲۰۲۱ منتشر شد و برای نخستین بار پس از دو سال زحمت و تلاش در شهر بن آلمان روی صحنه نواخته شد.

تلاش‌های پیشین نافرجام بود

حدود سال ۱۸۱۷ (۱۰ سال پیش از درگذشت بتهوون) انجمن سلطنتی فیلارمونیک لندن با بتهوون برای نوشتن دو سمفونی نهم و دهم قرارداد بست.

سمفونی که برای ارکستر بزرگ نوشته می‌شود دارای چهار بخش (موومان) است: نخستین بخش یا موومان ریتم یا تمپوُیی سریع دارد، دومین موومان آرام‌تراست، سومین موومان سرعتی متوسط تا سریع دارد و چهارمین موومان (یا فیناله) سمفونی سریع است.

بتهوون در سال ۱۸۲۴ سنفونی شماره ۹ را با فیناله جاودانی «سرود شادی» تکمیل کرد. اما او از دهمین سمفونی اثر چندانی جز نت‌های پراکنده و مشتی ایده به صورت یادداشت بر جای نگذاشت.

در گذشته تلاش‌هایی برای بازسازی سمفونی شماره ۱۰ صورت گرفت که مهم‌ترین آن در سال ۱۹۸۸ بود که در جریان آن بَری کوپر، موسیقی‌شناس، در صدد تکمیل موومان اول و دوم بر آمد. او ۲۵۰ «میزان» موسیقی را از کلیاتی که بتهوون یادداشت کرده بود با یکدیگر ترکیب کرد تا به گفته خودش نخستین موومان سمفونی دهم را با رعایت اصل وفاداری به طرح بتهوون خلق کند.

اما پراکنده و اندک بودن طرح و یادداشت‌های بتهوون بازسازی سمفونی را ورای موومان اول برای کارشناسان غیرممکن می‌کرد.

گردهم آوردن یک گروه

وایل سال ۲۰۱۹، دکتر ماتیاس روُدِر، مدیر مرکز کارایان با من تماس گرفت. مرکز کارایان سازمانی در سالزبورگ اتریش است که هدف آن ترغیب رشته‌های میان موسیقی و فناوری است.

او گفت که در حال ایجاد گروهی برای تکمیل سمفونی شماره ۱۰ بتهوون به مناسبت ۲۵۰‌مین سالگرد تولد این موسیقیدان است. او که از کار من در زمینه هنر‌های تولید شده از فناوری مطلع بود، می‌خواست بداند آیا هوش مصنوعی می‌تواند «میزان»‌هایی که بتهوون خالی گذاشته بود را پر کند یا نه.

این چالشی بزرگ به نظر می‌رسید و برای انجام آن، تکنولوژی باید دست به کاری بی‌سابقه می‌زد. اما من در پاسخ گفتم مایلم تلاش خودم را بکنم.

به دنبال آن، رودِر گروهی از جمله والتر وِرتزُوا، موسیقیدان اتریشی که برای نشان «اینتل» معروف است، تشکیل داد. ماموریت ورتزوا نوشتن قطعه‌ای بود که آنچه بتهوون باقی گذاشته را با آنچه هوش مصنوعی تولید می‌کرد، ترکیب کند.

مارک گاتَم، کارشناس موزیک کامپیوتری، مسئول به نوشته درآوردن (به صورت نت و میزان) طرح‌های بتهوون بود و کل کار او انجام می‌شد تا از طریق آن بتوان هوش مصنوعی را به خوبی آموزش داد.

در میان سایر اعضای گروه رابرت لِوین، کارشناس موسیقی از دانشگاه هاروارد و در عین حال پیانیست برجسته نیز حضور داشت. لوین پیشتر تعدادی از کار‌های ناتمام موسیقیدانان قرن هجدهم از جمله موتسارت (موُزار) و یوهان سباستین باخ را نیز تکمیل کرده بود.

پروژه شکل می‌گرفت

در ماه ژوئن ۲۰۱۹ گروه برای یک کارگاه دو روزه در کتابخانه موسیقی هاروارد گردهم آمد. ما در یک اتاق بزرگ با یک پیانو، یک تخته سیاه و دسته‌ای از یادداشت‌های بتهوون از بیشترین کار‌های شناخته‌شده‌اش، پیرامون نحوه تبدیل تکه‌های پراکنده طرح بتهوون به یک کار کامل و این‌که فناوری چگونه می‌تواند به حل این مساله کمک کند، اما همچنان به روش کار و تجسم بتهوون وفادار بماند، گفتگو کردیم.

کارشناسان در آن اتاق سخت مشتاق بودند در مورد نوع موسیقی که هوش مصنوعی در گذشته خلق کرده بود بیشتر بدانند.

به آن‌ها گفتم چگونه هوش مصنوعی با موفقیت کار‌هایی به سبک باخ تولید کرده است، اما این کار تنها به تولید «هارمونی» در ملودی و «میزان»‌هایی که به سبک باخ شباهت داشت محدود می‌شد و ارتباط چندانی به آنچه ما قصد داشتیم انجام دهیم، یعنی بازسازی یک سمفونی کامل از چند جمله موسیقی نداشت.

در این میان، دانشمندان در آن گردهمایی ـ از جمله من ـ می‌خواستند بدانند چه مصالحی (برای انجام این پروژه) موجود است و کارشناسان موسیقی چگونه قصد دارند آن‌ها را به یک سمفونی کامل تبدیل کنند. در هر مقطعی نبوغ بتهوون عیان شد و ما را به چالشی برای بهتر کردن کارمان خواند. با پیشرفت پروژه، هوش مصنوعی هم به همین گونه (به چالش کشیده شد).

ماموریتمان سرانجام شکل گرفت. می‌بایست از یادداشت‌ها و نت‌ها و کار‌های تکمیل شده بتهوون همراه با نت‌ها و طرح‌های پراکنده و اولیه سمفونی دهم برای خلق آن اثری استفاده می‌کردیم که بتهوون (در صورت ادامه حیات) می‌آفرید.

این چالشی بزرگ بود. ما ماشینی در اختیار نداشتیم که بتوانیم یادداشت‌های اولیه بتهوون را به آن بدهیم و سپس با فشار یک دکمه یک سمفونی دریافت کنیم. بخش بزرگ هوش مصنوعی که در آن هنگام در اختیار داشتیم قادر نبود فرای تنها چند ثانیه اضافی، یک قطعه ناکامل موسیقی را ادامه دهد.
‌
می‌بایست مرز‌های توانایی هوش مصنوعی را با آموزش روند خلاقیت بتهوون به آن به جلو می‌راندیم. چگونه می‌توانستیم چند «میزان» موسیقی را برداشته و با دقت آن را به سمفونی، «کوارتِت» و «سوُنات» تبدیل کنیم.

کنار هم گذاشتن روند خلاقیت بتهوون

با پیشرفت پروژه، جنبه انسانی و جنبه فناوری آن هم پیشرفت کرد. ورتزُوا، گاتَم، لوین و رودِر به هدف درک مقصود و فکر بتهوون یادداشت‌ها و طرح‌های سمفونی دهم را غربال کردند و نوشتند. آن‌ها با استفاده از متون سمفونی‌های کامل بتهوون به عنوان نمونه، در صدد برآمدند این تکه‌های پراکنده را و این‌که هر تکه باید در کدام موومان قرار گیرد و در کجای آن باشد، کنار هم قرار دهند.

آن‌ها باید تصمیماتی از جمله این‌که آیا (برای نمونه) یک طرح کشیده شده به دست بتهوون حاکی از شروع یک «شرتزو» (قطعه‌ای کوتاه که اغلب از بخش‌های دیگر سمفونی گرفته می‌شود)، است که بخش سریع و پرهیجان سمفونی و اغلب در موومان سوم است، یا خطی از موسیقی است که پایه یک «فیوگ» یعنی ملودی خلق شده از ترکیب همه بخش‌هایی است که در مجموع معرف یک تم مرکزی‌اند.

جنبه فناوری و هوش مصنوعی پروژه ـ یعنی سهم من ـ نیز با یک رشته چالش‌های مختلف دست به گریبان بود.

نخستین و اساسی‌تر از همه گرفتن یک نیم‌جمله کوتاه (از چند نت) یا حتی یک «موتیف» و استفاده از آن برای تولید ساختاری طولانی‌تر و پیچیده‌تر یعنی درست آنچه بود که بتهوون خود انجام می‌داد. برای نمونه، دستگاه هوش مصنوعی می‌بایست یاد بگیرد بتهوون چگونه سمفونی شماره پنج را بر پایه یک «موتیف» متشکل از چهار نت نوشت.

یکی از کارشناسان موسیقی گروه گفت که هوش مصنوعی برایش به مصداق یک دانشجوی مشتاق موسیقی است که همه‌روزه تمرین می‌کند تا یاد بگیرد و بهتر و بهتر شود.

پس از آن، از آنجایی که ادامه یک جمله موسیقی مستلزم دنبال کردن یک فرم خاص ـ چه «شرتزو»، چه «تریوُ»، چه «فیوگ» ـ است، دستگاه هوش مصنوعی باید نحوه نگارش بتهوون را در نوشتن تمام این فرم‌ها فرا می‌گرفت.

فهرست کار‌هایی که باید انجام می‌گرفت مفصل‌تر می‌شد: باید به هوش مصنوعی یاد می‌دادیم چگونه یک خط موسیقی را بگیرد و به آن «هارمونی» دهد.

هوش مصنوعی باید یاد می‌گرفت چگونه میان دو بخش موسیقی پل بزند و نیز متوجه شدیم هوش مصنوعی می‌بایست بتواند یک «کودا» بنویسد که قطعه‌ای است که (یک موومان) را جمع‌بندی می‌کند و به نتیجه می‌رساند؛ و سرانجام، هنگامی که سمفونی کامل شد، هوش مصنوعی می‌بایست «ارکستراسیون» آن را تنظیم کرده و تصمیم بگیرد از چه آلات موسیقی باید در بخش‌های مختلف سمفونی استفاده شود.

همه این‌ها باید به همان گونه‌ای انجام می‌شد که بتهوون می‌کرد.

گذر از آزمایش بزرگ

در نوامبر سال ۲۰۱۹، اعضای گروه بار دیگر دور هم گرد آمدند. این بار این گردهمایی در موزه خانه بتهوون در بن «محل تولد و سال‌های کودکی او ـ صورت گرفت.

این گردهمایی تست لیتموس (آزمایش نهایی) قابلیت هوش مصنوعی برای تکمیل این پروژه بود. ما «پارتیتور» (اسکوُر یا صفحه نت‌نویسی شده که تمام جزئیات و بخش‌های قطعه یا سمفونی را شامل می‌شود) را که هوش مصنوعی بر شالوده یادداشت‌های سمفونی شماره ۱۰ بتهوون نگاشته شده بود، چاپ کردیم.

یک پیانیست آن را در سالن کنسرت موزه پیش از ورود گروه گزارشگران، پژوهشگران موسیقی و کارشناسان بتهوون، نواخت. ما حضار را به چالش کشیدیم که آیا می‌توانند بگویند جملات موسیقی شخص بتهوون کجا پایان گرفته است و هوش مصنوعی از کجا وارد کار شده است؟ اما آن‌ها نتوانستند تفاوت این دو را از هم تشخیص دهند.

چند روز پس از آن، یک «کوارتت» زهی یکی از قطعات تدوین‌شده توسط هوش مصنوعی را در یک کنفرانس خبری نواخت. تنها افرادی که از نزدیک با یادداشت‌های سمفونی شماره ۱۰ بتهوون آشنا بودند توانستند بخش‌های نوشته‌شده به دست هوش مصنوعی را تشخیص دهند.

موفقیت این آزمایش‌ها به ما نشان داد که در راه درستی گام بر می‌داریم، اما این تنها دو دقیقه از کل سمفونی بود. هنوز کار بسیاری در پیش داشتیم.

آمادگی در مقابل جهان

در هر مرحله و هر نقطه نبوغ بتهوون سر بلند کرده و ما را به چالش می‌کشید تا کارمان را بهتر کنیم. همراه با تحول و تتور این پروژه، هوش مصنوعی هم متحول می‌شد. هجده ماه پس از آن توانستیم دو «موومان» کامل، هرکدام به مدت بیش از بیست دقیقه را تدوین کنیم و ارکستراسیون آن را تنظیم کنیم.

انتظار آن را داریم که از طرف اشخاصی که خواهند گفت هوش مصنوعی باید از حیطه هنر دور بماند و این‌که هوش مصنوعی نباید روند خلاقیت بشر را تکرار کند، کارمان مورد انتقاد قرار بگیرد. من هوش مصنوعی را نه یک جایگزین بلکه ابزاری تلقی می‌کنم که می‌تواند در‌هایی را به روی هنرمندانی که می‌خواهند (هنرشان را) با روش‌های جدیدی عرضه کنند، بگشاید.

این پروژه بدون دانش موسیقی‌دانان و مورخان امکان‌پذیر نبود ـ کار بسیاری برد و بله، همراه با تفکر خلاق تا به هدفش دست یابد. در یک مرحله، یکی از موسیقیدانان گروه گفت که هوش مصنوعی برای او به مثابه یک دانشجوی مشتاق موسیقی است که همه روزه تمرین می‌کند و یاد می‌گیرد که بهتر و بهتر شود.

حال آن دانشجو چوب رهبری ارکستر را از بتهوون گرفته و سمفونی شماره ۱۰ را به دنیا عرضه کرده است.