что такое синтез звука
Что такое синтез звука
Синтезаторы дают нам возможность создавать любой звук, который только можно вообразить, но иногда изобилие возможностей может быть пугающим. Благодаря своим обширным массивам элементов управления, синтезаторы могут больше походить на пульт управления космического корабля, чем на музыкальный инструмент. Возрождение модульных синтезаторов в чрезвычайно популярном формате Eurorack, только добавляет путаницы для непосвященных. Чтобы помочь вам cориентироваться, мы собрали этот базовый обзор функциональной структуры синтезатора.
Мы рассмотрим эти основы в контексте аналогового субтрактивного синтезатора. Субтрактивный синтез — это метод синтеза, основанный на вычитании элементов друг из друга. В синтезаторах определяющим элементом субтрактивного синтеза является наличие фильтров. Фильтр «вырезает» часть спектра из звука, формируя нужную тембральную окраску.
Осциллятор — источник звука синтезатора.
Исходные сигналы в аналоговых субтрактивных синтезаторах бывают, как правило, следующих типов – пилообразные, прямоугольные, треугольные и шумовые.
Первые три типа называются гармоническими – форма их волны повторяется через равные промежутки времени, называемые периодом колебаний. В аналоговых синтезаторах из-за их конструкции не бывает чистого синусоидального сигнала, хотя это как раз самый простой из сигналов, в нем присутствует всего лишь одна гармоника – основной тон.
Синтез звука. Аддитивный и субтрактивный методы.
Здравствуйте уважаемые читатели. Сегодня мы будем говорить о синтезе звука и разберём два метода образования новых тембров. Поехали.
Что же такое синтез, точнее — синтез звука?
Синтез — процесс соединения или объединения ранее разрозненных вещей или понятий в нечто качественно новое, целое или представляющее набор.
Синтез звука – процесс генерации звука, представленного в виде дискретного сигнала (сигнала, который может принимать лишь конечное число значений).
Существует довольно таки много методов синтеза (способов образования звука). В сегодняшней статье мы поговорим о аддитивном и субтрактивном методах синтеза.
Аддитивный метод синтеза
Аддитивный метод синтеза (add – складывать, метод сложения) основывается на теореме Фурье, заключается она в том, что любое периодическое колебание можно представить в виде сумы синусоидальных колебаний различной частоты и амплитуды. Звук образовывается за счёт сложения двух или более волн различной формы.
Существует два вида такого синтеза – гармонический и регистровый.
В гармоническом (этот термин соответствует гармонической гамме, в которой частоты одноимённых нот соседних октав различаются вдвое) виде синтеза в качестве исходных используются синусоидальные колебания с кратными частотами (отличающиеся в целое число раз) и при этом амплитуды могут быть различны.
В регистровом виде синтеза используются волны более сложных форм.
Субтрактивный метод синтеза
Субтрактивный метод синтеза (subtract – вычитать, метод вычитания) заключается в том, что новый тембр получается за счёт вычитания определённых частот из первоначального богатого спектра колебания. Этот метод обычно используется совместно с аддитивным, они дополняют друг друга. С помощью метода сложения образовывается первоначальный богатый тембр (используются волны типа пила, треугольник, прямоугольник и более сложные). Далее при помощи частотных фильтров (о них мы ещё поговорим) из сигнала удаляются лишние частоты для того, чтобы с имитировать нужный звук.
Обработка низкочастотным фильтром
Аддитивный и субтрактивный методы синтеза звука используются практически во всех аналоговых синтезаторах. Достоинство этих методов заключается в простоте реализации и возможности синтезировать множество различных звуков.
В следующей статье мы с вами познакомимся с другими, более сложными, методами синтеза.
Модульные аналоговые синтезаторы
Перебирая старые документы, нашел статью, с которой у меня началась страсть к аналоговому модульному синтезу звука. Хочу вдохновить и вас.
Статья, к сожалению, сохранилась только локально, а оригинал не открывается. Благодарю автора — неизвестную Ambush. Текст немного скорректирован и переработан мной.
Электронно музыкальные синтезаторы можно разделить на 4 класса.
1. Аналоговые синтезаторы
2. Цифровые синтезаторы
3. Опто-электронные синтезаторы
4. Механические или пневматические синтезаторы.
Сегодня, дорогие друзья, мы поговорим с вами об аналоговых синтезаторах.
Аналоговые синтезаторы можно тоже разделить на 4 типа по способу формирования
Субтрактивный
Под субтрактивными подразумеваются синтезаторы с богатым спектральным составом исходных генераторов (генераторы спектра, генераторы шума). Спектрально частотная обработка в этих синтезаторах осуществляется посредством вырезания излишков спектра при помощи фильтров управляемых напряжением, а амплитудно-временные характеристики изменяются посредством усилителей управляемых напряжением и генераторов функций времени.
Аддитивный (гармонический синтез)
Гармонический синтез являет собой наиболее точный и тонкий способ синтеза звука. Осуществляется это методом суммирования синусоидальных функций, где у каждой функции может произвольно изменяться амплитуда и частота. Для построения такого синтезатора необходимо N-ое количество генераторов таких функций (примерно от 40 и выше, в среднем где-то 256 генераторов).
FM-синтез
Напишу вкратце, так как я не знаю, как вводить сюда всякие формулы. Образно говоря, это когда один генератор с произвольной функцией модулирует второй генератор тоже каких-то функций, а он в свою очередь может модулировать третий генератор, а тот в свою очередь первый и т.д. Количество комбинаций восьмиголосного FM-синтеза вы можете примерно подсчитать сами: ) Генераторы там могут модулироваться в произвольном порядке и последовательности.
Всякие самобытные и оригинальные способы синтеза
Способы, которые в силу некоторых обстоятельств не нашли дальнейшего применения. Этих способов так много, что рассматривать их, наверное, не имеет смысла.
Субтрактивный синтез
Субтрактивные синтезаторы тоже делятся на 2 класса. Это концертные синтезаторы и студийные синтезаторы. Но принцип их построения одинаков. Этот способ придумал в 1964 году Роберт Муг, хотя устройства подобного типа существовали задолго до его открытия. Эти устройства назывались аналоговые электронно-вычислительные машины. Роберт Муг всего лишь систематизировал и адаптировал этот тип аналоговых машин для музыкального применения. Аналоговые синтезаторы (сегодня мы будем рассматривать только студийный аналоговый синтезатор) также как и электронно-вычислительные машины состоят из модулей.
Клавиатуры, секвенсоры и джойстики…
1. Keyboard — это клавиатура: ) Она может быть как полифоническая, так и одноголосная. Клавиатура представляет собой источник калиброванного управляющего напряжения и управляющих импульсов («старт», «строб», по англ. GATE). Короткий управляющий импульс «старт» появляется в момент нажатия на клавишу. Управляющий импульс «строб» равен времени длительности нажатия на клавишу. Эти импульсы необходимы для синхронизации и запуска управляющих блоков в синтезаторе. Существуют клавиатуры, у которых есть дополнительное управляющее выходное напряжение, которое определяется силой нажатия на клавишу. Такие клавиатуры называются динамическими и стоят весьма дорого, но позволяют музыканту проявить все свое исполнительское мастерство.
2. Ribbon Controller — это полоска из специального материала, скольжением пальца по которой можно достичь плавного эффекта глиссандо
3. Sequencer — это секвенсор. Они бывают аналоговыми и цифровыми.
Аналоговые секвенсоры — это программные устройства, которые позволяют на выходе получать управляющее напряжение, мультиплексируемое аналоговым устройством с потенциометров. Положение угла поворота ручки потенциометра определяет управляющее напряжение. У секвенсоров может изменяться не только частота (скорость сканирования матриц потенциометров), но и скважность (соотношение паузы на длительность). Количество сканируемых потенциометров может быть произвольным. Количество каналов этих ячеек тоже. Все зависит только от свободного места на передней панели секвенсора, т.е. его размеров: ) Как правило емкость памяти таких секвенсоров не велика и обычно варьируется от 8 до 32 ячеек.
Цифровые секвенсоры — это цифровые запоминающие устройства, которые заносят в память код со сканирующей матрицы клавиатуры. Они могут иметь огромный объем памяти и запоминать партитуру, как полифонических, так одноголосных музыкальных произведений. Так же как и в аналоговых секвенсорах, там можно редактировать темп и произвольно менять длительность и частоту ноты.
4. Joystick — это джойстик. Как правило это два потенциометра, находящиеся под углом 90 градусов, механически сконструированных таким образом, что позволяют одним рычажком свободно перемещаться по двум координатам — Х и Y, т.е. позволяют одним движением управлять сразу двумя параметрами. Существует еще колесико, которое называется Pitch Bend. Служит для того, чтобы получать «подтяжки».
Модули генераторов
1. VCO — это генератор управляемый напряжением, как правило генерирует импульсы 4 видов — это пилообразные, треугольные, прямоугольные и синусоидальные напряжения. У каждой формы импульсов своя специфическая спектральная характеристика, поэтому так много всяких форм и используется для этого. Например, прямоугольное напряжение может иметь возможность менять скважность импульсов (соотношение паузы к длительности импульса) в зависимости от управляющего напряжения, что позволяет изменять спектральный состав этих импульсов. Все эти импульсы, как правило, смешиваются в микшере и подаются на балансный модулятор или фильтр управляемый напряжением.
2. Noise — это генератор шума. В студийных синтезаторах, как правило, используется генератор белого шума и генератор розового шума.
3. LFO — это низкочастотный генератор, предназначенный для управления блоками VCO, VCF и VCA. Как правило выходная функция такого генератора достаточно сложна и позволяет варьировать эти выходные функции в широких пределах, от синусоидальной функции до треугольной или прямоугольной, в большом диапазоне низких частот — 0,01-100 Герц. Эти устройства в свою очередь могут быть тоже управляемы напряжением и модулироваться таким же генератором, как и он сам. Но, как правило, запускается такой генератор сигналом «строб» или «старт», коррелирующими с функциями времени клавиатуры, секвенсора и других устройств. В качестве LFO иногда можно использовать ADSR, на котором можно заранее выстраивать необходимую функцию.
4. ADSR — это генератор огибающей функции.
A — (attack) — начальная фаза, подъем
D — (decay) — фаза перехода звука в установившееся состояние
S — (sustain) — фаза «поддержки»
R — (release) — послезвучание
Используется для управления блоками VCO, VCF, VCA, а так же LFO. Сущестуют блоки ADSR с большим количеством аппроксимирующих функцию элементов — от 4 до 8. Иногда эти модули выполняют с изменяемым от напряжения уровнем элементов, т.е. время атаки может задаваться напряжением от некоевого внешнего генератора функций времени, например, LFO или секвенсора. Так же интересно использовать для этой цели клавиатуру. В таком случае время атаки будет изменяться по всей длине звуко-высотного ряда клавиатуры. ADSR, как правило, запускается сигналом «строб» («gate») с клавиатуры или секвенсора. Также его можно запускать прямоугольным импульсом с LFO. Выходную функцию ADSR иногда интересно инвертировать.
5. Sample & Hold — генератор случайной выборки. Вместе с двумя генераторами Noise и LFO призван создавать случайную последовательность низкочастотных импульсов, которые используются для управления других функций синтезатора. Как правило имеет очень колоритное звучание. Иногда вместо генератора Noise можно использовать любой другой спектр — VCO, VCF, VCA, другой LFO. (не согласен, модуль по стробу запоминает сигнал со входа и держит его на выходе, а генератор случайной выборки получается из S&H именно при соединении noise и LFO, но могут быть и другие варианты применения)
Модули, управляемые напряжением
1. VCF — это фильтр, управляемый напряжением, служит для изменения спектрально-временных функций в зависимости от управляющего напряжения. Делятся, как правило, на 3 класса:
— LPF — низкочастотный фильтр (ФНЧ).
Полоса пропускания этого фильтра по умолчанию находится в низкочастотной области спектра. При повышении управляющего напряжения частота среза этого фильтра движется в область высоких частот.
— HPF — высокочастотный фильтр (ФВЧ).
Полоса пропускания этого фильтра по умолчанию находится в высокочастотной области спектра. При повышении управляющего напряжения частота среза этого фильтра движется в область низких частот.
— BPF — полосовой фильтр (образуется последовательным включением двух предыдущих фильтров) (полосовой фильтр).
Полоса пропускания этого фильтра может находиться в произвольной области спектра и представляет собой полосу пропускания, ширина которой зависит от добротности фильтра. Добротность фильтра (Q) тоже может управляться управляющим напряжением.
Как правило в фильтрах студийных синтезаторов используются фильтры от 2 до 8 порядков. Один порядок равен 6 db/okt. Обычно используются фильтры 4 порядка, т.е. 24 децибела на октаву.
2. VCA — управляемый напряжением усилитель. Используется для управления функцией амплитудно-временных характеристик. Как правило работает вместе с генератором ADSR и LFO. Шумовые параметры такого усилителя очень важны. Компоненты, используемые для изготовления такого усилителя, должны быть очень высококлассные и иметь очень низкий коэффициент шума.
3. RM — балансный модулятор (обычно это простой 4 квадрантный перемножитель). Используется для придания звуку своеобразия и колоритности.
Вспомогательные модули
1. Mixer — это микшер. Необходим для смешивания N-го количества звуковых или управляющих сигналов. Как правило, это небольшие микшеры от 4 до 8 каналов. Существуют микшеры, которые выполняют функции суммирования и вычитания одновременно. В среднем положении потенциометра выходное напряжение канала равно 0. При повороте от 0 влево сигнал суммируется с другим каналом, а при повороте вправо вычитается из него, что дает больше разнообразия.
2. Signal Selector — это коммутатор. Выполняет функцию тройника: ) В том случае, если количество входов или выходов недостаточно, используют этот модуль.
3. FCV — преобразователь частоты в напряжение. Еще один занятный модуль, который можно использовать для преобразования частоты звука в напряжение, которое в свою очередь может использоваться для управления блоками синтезатора. Если подключить к его входу микрофонный усилитель, а выход этого устройства к VCO, то легко можно управлять звуко-высотным рядом синтезатора посредством голоса, флейты или какого-либо другого внешнего музыкального инструмента.
4. Lost modules — это могут быть какие угодно самые разнообразные модули, которых пока не существует в природе: ) Все зависит только от вашей творческой выдумки: ) Например, это может быть высокочувствительный энцефалограф, который позволяет снимать всевозможные альфа, вета, гамма с вашего мозга или биоэлектрическую активность с мышц тела и преобразовывать это в управляющее напряжение, что, на мой взгляд, даст интересные результаты при изучении обратной связи человек-машина, машина-человек. В конечном итоге даст возможность глубже интегрироваться в мир «силиконовых чудовищ»: ) Или, например, достаточно скудный по звучанию Терменвокс можно очень просто интегрировать в синтезатор, что позволит в свою очередь использовать дополнительные возможности для управления этим синтезатором. Ну и т.д. В сущности такой студийный синтезатор представляет собой электронно-акустическую лабораторию, в которой можно исследовать и использовать свои творческие задумки…
Теперь переходим к самому интересному — коммутации блоков между собой.
Чем больше степеней свободы в коммутации, тем больше свободы в практике звукоизвлечения мы имеем. Не нужно бояться коммутировать блоки между собой. Единственно, о чем нужно помнить, это не объединять два выхода между собой. Для коммутации в модулях на переднюю панель лучше всего выводить гнезда под микроджеки. Они более компактны. Кому не нравится «борода» из проводов, те могут сделать себе наборное поле. По оси X выводятся управляющие выходы, по оси Y управляемые входы, или же можно сделать электронный аналоговый коммутатор и клавиатурное поле N/M. В среднем примерно кнопочек так 40х40 в зависимости от сложности и количества модулей в аналоговом студийном синтезаторе. Вот поэтому я и говорю, что «борода» из проводов, наверное, будет все-таки лучше: ) Простенько и надежно.
Обычно в студийных аналоговых синтезаторах используется от 8 до 16-32 генераторов VCO, 4-16 VCF и столько же VCA. LFO я бы поставила на каждый управляемый модуль по одному, т.е. VCO+LFO, VCF+LFO, VCA+LFO. Чего там мелочиться: ) Тоже самое я бы проделала и с ADSR, т.е., проще говоря, на один управляемый блок приходится два управляющих блока. Все эти модули очень удобно размещать в каком-нибудь неглубоком ящичке, шкафчике в вертикальном положении стандарта Mini-Rack или, кто может, самостоятельно изготовить рековскую стойку, или приобрести ее и набить ее минирековскими модулями.
Получается очень красиво, особенно если панельки покрашены в черный матовый цвет. Ручки лучше всего подбирать одной фирмы и одной модели. Можно использовать ручки разных диаметров. Мне, например, очень понравились серые пластмассовые ручки, которые обычно используют в профессиональных микшерах. Да и стоят они относительно недорого — 3 рубля штучка (оптом). Потенциометры лучше всего использовать поворотные, а не полосковые. В полосковые очень часто попадает пыль, поэтому они быстро портятся, а также поворотные потенциометры гораздо компактнее, поэтому панелька модуля также может быть достаточно компактной. Если кто работал за большой консолью микшера, те меня, наверное, поймут. Лазить по очень большому периметру очень утомительно: ) Еще также неплохо выводить светодиодные лампочки на панель управляющих модулей. Тогда сразу можно визуально определить какой блок в данный момент работает.
Конструктив студийного синтезатора может быть самым разнообразным. Главное придерживаться модульности конструкции. Это позволит наращивать устройство до бесконечности: )
by Ambush 16.04.2008
Ну и теперь лично от меня
Эмуляторы
Не многим доступны большие студийные модульные аналоговые синтезаторы. Но если очень хочется, понять принцип можно используя программную эмуляцию.
VSTi Moog Modular — www.arturia.com/evolution/en/products/moogmodularv/intro.html
Эмуляторы реально существующих синтезаторов. Для изучения могут быть сложны. Структура жесткая (количество модулей не поменять).
Там же есть другие синты разной степени модульности
Arturia 
ARP 
SynthMaker www.synthmaker.co.uk
Среда для создания собственных синтезаторов и его интерфейса.
Эмулятор синтезатора, эмулирующего аналоговый синтез NordModular 🙂 
VSTi, который я бы рекомендовал для изучения модульного синтеза. Можно самому собирать синтезатор из произвольного количества модулей. 
ALSA modular Synth — alsamodular.sourceforge.net
Pure Data — PD Community Site — puredata.info
Ссылки по теме
Буду рад узнать о новых проектах в области Analog Synth DIY
Что такое синтез звука
Синтез — процесс (как правило — целенаправленный) соединения или объединения ранее разрозненных вещей или понятий в нечто качественно новое, целое или представляющее набор. Термин происходит от греч. σύνθεσις — совмещение, помещение вместе (σύν — с, вместе и θεσις — положение, помещение).
Синтезатор — электронный музыкальный инструмент, создающий (синтезирующий) звук при помощи одного или нескольких генераторов звуковых волн.
Требуемое звучание достигается за счёт изменения свойств электрического сигнала (в аналоговых синтезаторах) или же путём настройки параметров центрального процессора (в цифровых синтезаторах).
Синтезатор, выполненный в виде корпуса с клавиатурой, называется клавишным синтезатором. Синтезатор в виде корпуса без клавиатуры называется синтезаторным модулем и управляется от MIDI-клавиатуры. В случае если клавишный синтезатор оборудован встроенным секвенсором, он называется рабочей станцией. Синтезатор в виде компьютерной программы, использующей универсальную звуковую плату для озвучивания и стандартные средства ввода-вывода (компьютерные клавиатуру, мышь, монитор), называется программным синтезатором.
Введение
Наш прошлый материал был посвящен истории синтезаторов. Там было рассказано о том, как зарождались первые предки современных инструментов, как двигался прогресс в течении более чем века и к чему все это в конечном итоге привело.
Сегодня синтезатор уже давно не роскошь, а благодаря постоянному совершенствованию технологий и их программные аналоги уже достигли вполне приемлемого качества звучания, и, казалось бы – нам стал доступен богатейший инструментарий, о котором еще даже пять лет назад многие из нас могли только мечтать.
Но имеется одна небольшая проблема: обложившись кучей новомодных VST-плагинов, очень многие из нас не знают, что в действительности делает та или иная ручка синтезатора, и имеют лишь смутное представление о том, как он, синтезатор, вообще работает. Очень многие из этих людей в конечном итоге все-таки находят нужный звук и подкручивают его под свои нужды, но происходит данный процесс больше методом тыка и проб.
А корень данной проблемы лежит в отсутствии нужной информации в достаточном для того объеме и форме. Когда я в свое время озадачился данным вопросом, мне пришлось очень долго и кропотливо собирать нужную информацию урывками из самых различных мест. И до последнего момента ситуация оставалась прежней.
В ходе нынешнего материала я постараюсь пролить немного света на все основные моменты, связанные с синтезаторами и синтезом звука. Сегодня мы расскажем о том, что же такое синтезатор, как они появились, какие разновидности синтезаторов и виды синтеза бывают, а также о том, как синтезируется звук, в теории и на практике.
Все нижеописанное применимо как к железным синтам, так и к их программным аналогам (VST, AU), так как последние в точности имитируют реальные устройства и работают по тем же алгоритмам.
Дабы вести изложение более понятно мы используем в качестве примера программный синтезатор Rob Papen Predator, существующий как в VST-, так и в AU-вариации. Этот синтезатор имеет все необходимые возможности, элементы и достаточно простой интерфейс. А разбирая теорию синтеза и подкрепляя ее практикой, мы сможем лучше понять и наглядно представить, как же все это работает.
Но для начала мы разберем некоторые общие принципы.
Аддитивный и субрактивный синтез
Для начала разберем два самых распространенных типа синтеза звука, применяемые в подавляющем большинстве современных синтезаторов – это аддитивный (additive) и субтрактивный (subtractive) методы синтезы. Эти два вида синтеза являются классическими, так как именно они применяются во всех аналоговых синтезаторах (так как другие, более новые виды синтеза, которые мы рассмотрим чуть ниже, являются исключительно цифровыми).
Аддитивный метод синтеза был самым первым и является основным и самым распространенным одновременно. Он применяется практически во всех существующих синтезаторах, имеющих несколько генераторов волны (оссоциляторов).
Получивший свое название от английского add – складывать, данный метод основывается на сложении волн нескольких генераторов. В основу метода легла теорема Фурье, суть которой заключается в том, что любое периодическое колебание можно представить в виде суммы синусоидальных колебаний различной частоты и амплитуды.
Субтрактивный метод синтеза получил свое название от английского subtract – вычитать. Суть метода заключается в получении нового тембра путём вычитания составляющих в спектре первоначального колебания. Сначала формируются основные колебания как можно более развитого и богатого тембра (такими колебаниями можно назвать пилообразные, прямоугольные и треугольные волны против простой и гладкой синусоиды), далее колебание проходит через частотный фильтр, при помощи которого мы можем выделить нужные именно нам частотные составляющие.
Оба этих метода, и аддитивный и субтрактивный, как правильно, применяются вместе и дополняют друг друга в рамках одного прибора в подавляющем большинстве современных синтезаторов и VST-инструментов.
Это классика синтеза, и о том, как все это работает на практике мы и поговорим перед тем, как рассматривать другие методы синтеза.
Устройство классического синтезатора
Перед тем как разбирать по отдельности модули синтезатора и предназначение каждого из них, давайте пройдемся по схеме синтезатора и посмотрим, из каких блоков он состоит, откуда берет начало сигнал и через что он проходит. Итак, взглянем на блок-схему синтезатора в типичном его виде:
На первый взгляд схема может испугать, но если немного разобраться с тем, что же конкретно делает каждый из этих блоков, картина становится намного более прозрачной.
Итак, что же происходит после нажатия на клавишу? Первоначальная волна заданной формы, длины и тональности формируется в генераторах (оссоциляторах). Далее сигналы с генераторов микшируются в соответствии с заданными для каждого оссоцилятора настройках громкости и попадают на первичную обработку, состоящую из частотного фильтра и генератора LFO, который отвечает за автоматическое периодическое изменение каких-либо параметров по заданному алгоритму.
После этого звук попадает в усилитель, в котором при помощи кривой огибающей ему придается конечная форма (будет он протяжным и жирным, либо коротким и точечным, будет он входить резко или плавно). И, в самом конце уже сформированный звук попадает на обработку эффектами, если они в синтезаторе присутствуют.
Это была очень общая картина, которая дает нам возможность лишь в общих чертах представить схему формирования звука. Но для понимания того, как настраиваются те или иные блоки и как они вообще работают, предлагаю пройтись по каждому из них (кроме, пожалуй, процессора эффектов) более подробно.
Генераторы (оссоциляторы)
Любой синтезатор имеет несколько основных генераторов волны – оссоциляторов. В рассматриваемом нами инструменте (напомню, что в качестве примера мы рассматриваем VST-инструмент Rob Papen Predator) их три. Оссоцилятор создает базовую волну нужной формы и тембра. Основными формами простой волны являются:
Синусоида (Sine). Дает мягкий и гладкий звук.
Пилообразная (Saw). Дает жесткий и едкий звук пилящий звук, хорошо знакомый нам по такому стилю как Electro-House.
Прямоугольная (Square). По звучанию эта форма волны схожа с пилообразной, но выдает еще более злой и едкий звук.
Треугольная (Triangle). Также имеет нечто общее с пилообразной волной, но имеет более приглушенное и мягкое звучание. Нечто среднее между синусом и пилой.
Белый шум (White Noise) – не является простой волной в классическом ее понимании, но повсеместно и часто используется. Звучит как ровное шипение и не играется по нотам. Очень часто применяется в чистом виде в таких популярных ныне стилях как Minimal Techno и Tech-House. Также при помощи белого шума мы можем синтезировать такие спецэффекты как, например шум ветра.
Каждый оссоцилятор имеет такие основные параметры как высоту (обычно представлена в виде двух регуляторов: Semi – тон, Fine – полутон) и громкость, с которой выдаваемый звук пойдет на микшер синтезатора. При этом высота звука задается относительно поступившей ноты и по умолчанию выставлена на нулевое значение.
Смешивая различные виды волн с разных оссоциляторов можно существенно обогатить новыми гармониками первоначально простой звук, а разбрасывая оссоциляторы по тональности можно легко добиться эффекта звучания аккорда.
Давайте создадим каждую из приведенных форм в нашем синтезаторе Rob Papen Predator и послушаем, как же они звучат на практике.
Для начала загрузим пустой пресет, для этого нужно кликнуть по полю Preset и выбрать Default Preset. Перед нами предстанет пустой пресет с одним активным оссоцилятором, в котором выбрана синусоидальная волна:
Также на инструменте по умолчанию активирован низкополсный фильтр, который надо отключить. Для этого в поле выбора типа фильтра необходимо вместо LP24 поставить Bypass.
Теперь мы можем послушать, как звучит в чистом виде каждый из типов волны.
Кликнув по полю выбора волны (там, где сейчас написано Sine) вы можете выбрать из длинного списка нужную нам форму, все они находятся в списке Waves 1-32 вверху. Выберите по очереди разные типы волн (Saw, Square, Triangle, W. Noise) и послушайте как они звучат в чистом виде.
Также вы можете активировать два других оссоцилятора и попробовать смешать разные типы волн.
Фильтр
Далее полученные сигналы отправляются на частотный фильтр, при помощи которого из их суммы извлекается нужный спектр. Фильтры в свою очередь бывает трех основных типов:
1. Фильтр низкой полосы (Lowpass). Срезает частоты, расположенные выше установленной частоты.
2. Фильтр высокой полосы (Highpass). Срезает частоты, расположенные ниже установленной частоты.
3. Полосовой фильтр (Bandpass). Оставляет только заданный частотный диапазон.
4. Режекторный фильтр (Notch). Вырезает частоты в заданном частотном диапазоне
По умолчанию в нашем синтезаторе выбран низкополсный фильтр с шириной среза 24дб/окт. При рассмотрении оссоциляторов мы его отключили, но теперь можем вернуть обратно: для этого выберите в поле типа фильтра LP24.
Основными параметрами фильтра являются частота среза – Cutoff и его резонанс (Resonance). Cutoff определяет частоту, относительно которой будет производиться срез, а параметр Resonance создаст небольшой подъем уровня полосы непосредственно перед частотой среза.
В случае с низкополсным фильтром будет вырезан весь спектр частот, лежащих выше частоты среза. По умолчанию частота Cutoff стоит на максимальном своем значении в 20,5 КГц и фильтр урезает лишь самые верхние частоты, а резонанс фильтра стоит в нулевом положении, что означает отсутствие подъема перед срезом.
Обязательно поэкспериментируйте с различными видами фильтров и их значениями, послушайте, как изменяется звучание.
Огибающая (Envelope) усилителя и фильтра
После прохождения через фильтр, сигнал отправляется прямиком на усилитель (Amplifier), где и приобретает свою конечную форму. Здесь присутствуют ручки настройки огибающей (Envelope) – Attack, Decay, Sustain, Release, при помощи которых мы можем сделать наш звук более коротким и точечным, либо напротив более длинным и тягучим, добавив, либо, прибрав ему громкость на определенных его участках.
Давайте разберемся чуть подробнее, как это работает.
Итак, на огибающей выделяют четыре основных участка:
По первым буквам английских названий участков огибающей её для краткости обозначают как ADSR. Это обозначение можно встретить на многих инструментах.
Давайте немного разберемся, как применить эти регуляторы на практике.
Атака отвечает за начальный участок звучания, при нулевом положении звук начнет играть сразу же с необходимой громкостью, повышение же атаки позволит сделать его вход более мягким и плавным. Повышение времени атаки позволит убрать, например горбик, всегда присутствующий в начале звучания синусоидального сигнала:
Добавим 10 миллисекунд к атаке и горбик исчез:
Параметры Decay и Sustain отвечают за «тягучесть» звука – при больших значениях этих параметров звук будет звучать ровно и не затухая на всей длине ноты. Уберем Sustain и наш звук, первоначально протяжный и звучавший целый такт стал точечным:
Теперь его можно использовать, скажем, в перкуссионной роли.
Release позволяет создать хвост уже после завершения звучания, дабы звук не обрывался резко, однако при больших значениях Release мы можем создать искусственный длинный хвост. Давайте послушаем как это звучит.
С полностью убранным релизом:
С продленным релизом:
Если вы обратили внимание, фильтр также имеет настройки огибающей, при помощи которых мы можем определить, на каких участках фильтр будет срабатывать глубже, а на каких меньше. Участки здесь все те же самые.
Модуляция
Перед тем как вести дальнейшее рассмотрение модулей современных синтезаторов и для лучшего понимания принципов их работы мы немного отойдем в сторону и разберем такое явление как модуляция. Что же скрывается за этим термином и какое он имеет отношение к синтезу?
Начнем с очень простого примера – амплитудной модуляции. В этом случае амплитуда управляемого сигнала будет изменена по форме управляющей волны.
В случае со звуком, как мы хорошо понимаем, это приведет к изменению громкости по заданной кривой. На этом принципе основываются очень многие эффекты, такие как, например тремоло. Аналогичным же образом работает side-chain компрессия, где уровень компрессии сигнала определяется громкостью (амплитудой) управляющего источника.
Второй распространенный случай это частотная модуляция. В этом случае воздействие оказывается не на амплитуду сигнала, а его частоту.
Мы можем наглядно видеть, какие изменение терпит модулируемый сигнал и в тот и в другом случае.
Частотная модуляция также применяется для реализации массы эффектов, таких как, например фейзер и вибрато. Этот же принцип лег в основу одного из популярных ныне видов синтеза – FM-синтеза (FM от Frequency Modulation – частотная модуляция). Этот вид синтеза звука мы рассмотрим подробнее чуть ниже, а пока, рассмотрим один очень интересный блок синтезаторов и явление синтеза – LFO.
Мы уже разобрали основные элементы синтезатора, то как генерерируется и через что проходит звук. Однако есть один очень важный элемент, который присутствовал в приведенной выше блок-схеме и не был нами рассмотрен. А именно – блок модуляции параметров синтезатора при помощи генератора низких частот (от англ. Low Frequency Ossocilator – LFO).
В простейшем случае в любом синтезаторе присутствуют специальные генераторы волн низкой частоты, по которой будет происходить периодическое изменение какого-либо параметра, например громкости или частоты среза фильтра. Это позволяет придать вашему звуку пульсирующий эффект и изменяться по определенным параметрам с заданной периодичностью.
Мы задаем форму волны по которой будет происходить изменение (скажем синусоиду – и звук будет мягко плавать), частоту, с которой это изменение будет происходить (в VST-инструментах мы также можем синхронизировать генератор с темпом проекта), параметр, который будет подвергаться изменению (например Filter Cutoff), и, наконец, глубину изменения этого параметра.
Давайте получим при помощи модуляции пульсирующий бас. Для этого возьмем пилообразную волну на оссоциляторе и подрежем ее низкополосным фильтром до 200 Гц. Подадим на инструмент длинную низкую ноту, скажем в два такта длинной. Должен будет получиться звук, похожий на этот:
Далее останется лишь задать глубину изменения при помощи ручки Amount первой LFO. Изменение может происходить как в сторону повышения параметра (поворот ручки вправо), так и напротив, в сторону уменьшения (поворот ручки влево). Сдвинем ее вправо.
Послушайте, как изменился наш бас:
Мы можем наблюдать тот самый пульсирующий эффект, столько распространенный в Drum&Bass и Breaks-музыке.
Точно таким же образом можно добавлять дополнительные LFO для изменения других параметров, будь то резонанс или же просто громкость и тем самым создавать намного более энергичные и динамичные звуки.
Это были минимальные основы того, что нужно знать о работе классических синтезаторов и синтезе звука. Располагая ими, вы сможете с пустого листа создать любой нужный вам звук. Дело будет ограничиваться лишь вашей фантазией.
А мы, уже располагая нужными азами, поговорим немного и о других методах синтеза и типах синтезаторов, встречающихся в наше время.
Арпеджиатор (Arpeggiator)
Многие современные синтезаторы также имеют блок арпеджиатора (arpeggiator). При помощи этого блока синтезатор может играть сколь угодно длинные арпеджио при одной единственной зажатой клавише MIDI-клавиатуры на входе.
Но для начала давайте разберемся, что же такое арпеджио и апреджиатор.
Итак, арпеджио (от итал. arpa — арфа) — в классическом понимании это исполнение аккордов на фортепиано и струнных инструментах в стиле игры на арфе, то есть путём перебора, где звуки аккорда следуют один за другим, а не звучат в аккроде вместе.
Арпеджиатор – модуль синтезатора, предназначенный для быстрого создания ритмических паттернов по заданному алгоритму. То есть при одной зажатой клавише на выходе синтезатора будет играть последовательность нот. Играть она будет на протяжении всего времени удержания клавиши, а сама последовательность, которая будет воспроизводиться, определяется настройками синтезатора.
Настройки арпеджиатора здесь расположены в той же секции, что и LFO, и раскрываются нажатием на соответствующую кнопочку.
Арпеджиатор в Predator реализован в виде 16-шагового секвенсора, где мы можем определить параметры звучания для каждого из шагов. Шагов в принципе может быть и меньше, но не более 16-и. В настройках арпеджиатора мы можем определить такие основные и единые практически для всех арпеджиаторов параметры как: количество шагов (Steps), режим работы арпеджиатора (Mode) – будет он работать вверх, вниз, вниз-вверх или еще каким либо образом, диапазон в котором он будет действовать (Octaves) – от одной до четырех октав, и наконец, скорость относительно текущего BPM проекта – от 1/4 до 4 крат.
Далее мы можем установить для каждого из шагов такие основные параметры как Tune (изменение высоты) и Velocity – изменение силы «нажатия клавиши» или попросту говоря громкости.
Вот такую вот секвенцию я получил, используя четыре шага арпеджиатора и постепенное открытие фильтра всего на одном оссоциляторе:
А вот еще один вариант, здесь был загружен паттерн из стандартного набора инструмента:
Другие виды синтеза и инструментов
Рассмотрев основные моменты, связанные с классическим, аддитивным видом синтеза и его применения, давайте рассмотрим вкратце и другие разновидности.
FM-синтез основан на принципах частотной модуляции, которые мы описывали чуть выше, оттуда же и получил свое название – FM (Frequency Modulation – частотная модуляция).
Частоты генерируемых волн модулируются между собой с помощью различных алгоритмов, причем генераторы могут быть одновременно модулирующими и модулируемыми.
При FM-синтезе инструмент делится на логические блоки, состоящие из генератора (оссоцилятора), и закона по которому он управляется. Такие блоки называются операторами. В результате взаимодействия двух операторов один из них воспроизводит звук (его называют носителем), а второй модулировать волну (его называют модулятором).
Таким образом, при FM-синтезе складываются сложные логические цепочки, и чем больше используется операторов тем богаче тембр можно получить.
Метод физического моделирования
Этот метод синтеза имитирует реальные физические процессы, происходящие в музыкальном инструменте или аналоговых устройствах. Такая технология повсеместно используется как в синтезаторах, так и во многих ревербераторах, где на основе данных замера параметров помещения имитируется звучание источника так, как если бы он находился именно в этом помещении.
Это очень сложные алгоритмы, требующие массы обсчетов, но именно они дают максимально реалистичный эффект при имитации живых инструментов, таких как например струнные или клавишные.
Этот метод синтеза используется в очень многих инструментах, как аппаратных, (например, Clavia Nord Lead или Roland JD-8000), так и в широкой массе программных.
Еще один весьма интересный и своеобразный вид синтеза, при котором тоже можно достичь весьма богатого звучания. Суть гранулярного синтеза заключается на использовании специальных очень коротких семплов (их называют гранулами) вместо привычных генераторов. Чтобы лучше себе это представлять, скажем, что каждая гранула является очень короткой частицей звука, и ее длина, как правило, составляет от 10 до 100 миллисекунд.
Гранулы собираются в целостно звучащую последовательность, образовывая совершенно новый звук, который далее может быть обработан фильтрами и огибающими, то есть, гранулярный синтез может быть успешно совмещен с аддитивно-субратикным.
Это очень перспективное направление, благодаря которому можно получить очень богатые и яркие звуки. В качестве наиболее яркого примера гранулярного синтеза можно привести популярный VST-инструмент Absyth от Native Instruments.
Ромплеры
Еще один очень распространенный в наше время вид инструментов – это ромплеры. Такие инструменты не имеют оссоциляторов и работает на основе заложенных в них семплов. К этой категории можно отнести такие известные VST-инструменты как, например, Nexus, и все инструменты от компании Spectasonics – Atmosphere, Trilogy, и.т.д. В отличие от обычных семплеров, куда загружается единичный семпл и далее транспонируется до нужной высоты, в ромплеры закладывают целые наборы семплов – для каждой ноты и различной силы нажатия клавиши.
Такие инструменты позволяют довольно чисто и качественно имитировать реальные инструменты – рояли, фортепиано, органы, и.т.д.
У таких инструментов есть как достоинства, так и недостатки. Достоинством, безусловно, является, правдивая передача звучания имитируемого инструмента, но есть и существенный недостаток, заключающийся в ограниченных возможностях по изменению звука – мы имеем в своем распоряжении, максимум, управление огибающей и фильтром.
Пара слов в заключение
Итак, мы рассмотрели основы классического синтеза, технологии, связанные с синтезом звука и прошлись вкратце по его разновидностям. Конечно же, это лишь малая доля того, что входит в обширное понятие синтеза и его особенностей. Рассмотренные нами вида синтеза активно совмещаются и образуют самые разнообразные гибриды, практически каждый современный синтезатор может похвастаться какими-то своими, присущими только ему особенностями. Но в любом случае, в фундаменте лежат именно те методы и технологии, которые мы постарались разобрать сегодня.
И при хорошем его понимании, этого фундамента должно хватить для того, чтобы начать синтезировать свои звуки и эффективно изменять уже готовые пресеты инструментов, зная, как поменяет звук та или иная ручка.