Тема 10. Приборы синтеза и обработки звука

План

Литература

основная:

дополнительная:

ЛИТЕРАТУРА

а) основная:

Вахитов Я.Ш. Теоретические основы электроакустики и электроакустическая апаратура. – М.: Искусство, 1982. – 415 с.

Ход лекции

Система синтеза звуковых сигналов.

Преамбула

История создания музыкальных синтезаторов, или приборов для генерирования тональных и атональных звуков, используемых музыкантами в своем творчестве, насчитывает несколько десятков лет. Как и в любом историческом процессе, синтезаторострение претерпевало свои подъемы и спады. Толчком для развития новых концепций и проектов служили как смена элементной базы, от ламп до сверхбольших интегральных схем, так и хорошо известные энтузиасты, многие имена которых можно видеть в виде логотипов фирм на синтезаторах. Однако в наше время всеобщей унификации и трактования всех событий жизни как поточных наблюдается явная нехватка новых идей для создания оригинальных приборов синтеза звука. Несмотря на тот факт, что вычислительная мощность современных процессоров цифровой обработки сигналов (DSP) на 2-3 порядка превосходит те мощности, которые были в распоряжении инженеров фирм Korg, Roland, Yamaha, Sequential Circuits, P.P.G, New England Digital, Fairlight в семидесятые-восьмидесятые годы, пропорционального роста возможностей современных приборов не наблюдается. Многочисленные создатели т.н. виртуальных аналоговых инструментов (Access, Novation, Clavia и другие) не очень утруждают себя разработками новых математических моделей и пользуются в основном субтрактивным методом синтеза, созданным 40 лет назад как компромисс между возможностями элементной базы и стоимостью серийного прибора. Более того, в наше время практически копируются приборы, выпущенные 40, 30, 20 лет назад (Moog Voyager, DSI Evolver), что трудно объяснить новаторством, зато легко объясняется коммерческими соображениями в условиях стагнации и преобладания ностальгических настроений. В результате музыкант за много лет твердо усвоил, что фильтры, количество голосов и LFO - основные и чуть ли не единственные параметры синтезаторов для редакции звука. Несколько скрашивает картину реализация синтезаторов на базе FM-синтеза. Такие приборы до сих пор пользуются популярностью, обладая намного большими потенциальными возможностями по сравнению с синтезаторами на базе субтрактивного метода, но требующими большей технической подготовки от музыканта. Существуют и такие ситуации, когда в приборах заявляются якобы широчайшие возможности для синтеза, а в реальности это выглядит достаточно средне по результатам, явно не дотягивая до провозглашенных характеристик. Все это лишний раз доказывает тот факт, что существует ваккум в пространстве новых и неординарных подходов к синтезу звука, сочетающих гибкость, простоту и контролируемость процессов создания звуков.

Конечно, и в наше время существуют проекты и готовые приборы, предоставляющие достаточно большие возможности для саунддизайнера. Но их стоимость, интерфейс и заложенные методы редакции не позволяют говорить о революции в забетонированном субтрактивной схемой мире синтезаторов. Можно с уверенностью сказать, что на данный момент не существует прибора, который удачно сочетал бы в себе свойства мощного синтезатора и рабочей станции, одинаково удобным как для исполнительства и создания музыкальных композиций, так и для серьезной саунддизайнерской работы. И не существует специализированного прибора, доступного по цене, и способного на долгое время сохранять к себе интерес со стороны подготовленных саунддизайнеров.

Исследования методов синтеза

Автор этих строк, являясь одновременно специалистом в области вычислительной техники и музыкантом-любителем, начал задумываться над описанным положением вещей примерно 10 лет назад. В вечернее время, после дневной работы над DSP-ядром системы передачи звуковой информации в формате MPEG по цифровым каналам связи, начались эксперименты с созданием математических моделей генерирования тональных звуковых сигналов. Вначале эти исследования проводились лишь в рамках FM-синтеза, со всевозможными модификациями. Однако затем стали появляться собственные наработки и исследоваться методы нелинейного, аддитивного синтеза, ресинтеза из короткого образца, спектрального морфинга, применения гребенчатых фильтров. Несомненно, нельзя утверждать, что вышеприведенные методы являются неким откровением, в той или иной мере все они находили и находят применение в синтезаторах. Более того, все эти методы хорошо известны в других областях, связанных с обработкой одномерной и двумерной информации, иногда задолго до применения в музыкальных устройствах. Однако синтезаторостроение - это такая отрасль, где нет четких критериев и технических заданий, т.к. восприятие звука субъективно. И это дает тем, кто не желает копировать и переносить архитектуры синтеза сорокалетней давности на цифровые системы полную свободу при выборе принципов синтеза, математических моделей, комбинировании известных или вновь разработанных способов получения звуковых тонов.

Технический проект

В итоге результаты исследований автора сложились в достаточно ясную картину того, какой может быть законченная система синтеза. Эта система не предусматривает создание звуков, похожих или очень похожих на реальные музыкальные инструменты, но должна обеспечить большую гибкость, удобство и широкие возможности для конструирования новых аутентичных тембров. Следует отметить, что в эпоху тотального наступления компьютерных технологий появились т.н. виртуальные синтезаторы, являющиеся по сути приложениями, работающими под управлением операционной системы общего назначения, на компьютере с ресурсами ввода-вывода звуковой информации. Однако автор, по многим причинам, которые будут описаны в отдельной статье, является приверженцем аппаратной реализации синтезаторов.

Для реализации проекта необходимо еще многое исследовать на этапе моделирования. Мощность персональных компьютеров не очень велика для подобного класса задач, в начале пути автор использовал PC c процессором Intel 386, и расчет одного образца длился до 15 мин. Есть необходимость работ по реализации определенных алгоритмов, а также определения пространства решений/параметров для доведения модели до коммерчески пригодной стадии. Если вы разделяете точку зрения автора, являетесь высококлассным специалистом в области теории цифровой обработки сигналов, вычислительных систем, программирования, математики, оптимизации вычислений, принимали участие в законченных проектах цифровых систем передачи и обработки сигналов (hardware/embedded software design), то вы прекрасно понимаете сложность задачи создания гибкой системы синтеза звуков, как в техническом, так и в экономическом плане, и необходимость для этого команды энтузиастов. А если вы еще и увлечены синтезаторами, то никто не сможет запретить нам создать новый логотип на панели управления, испещренной кнопками, дисплеем и пятью октавами клавиш.