2.1.Устройство классического синтезатора

Перед тем как разбирать по отдельности модули синтезатора и предназначение каждого из них 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:

Что 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.

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 без гармонических составляющих.

Пилообразная (Saw). Дает жесткий и едкий звук с максимальным количеством гармонических составляющих, затухающих в бесконечность спектра.

Прямоугольная (Square). По звучанию эта форма волны схожа с пилообразной, но выдает только непарные гармоники в спектре, более резко затухающие, тем не менее, тоже уходящие в бесконечность спектра.

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. При помощи белого шума мы можем синтезировать такие спецэффекты как, например шум ветра. Выдает звук одинакового уровня во всем спектре частот.

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.

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

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.

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.

Итак, на огибающей выделяют четыре основных участка:

Атака (Attack, A) — период начального нарастания громкости сигнала. Время, нужное для того, чтобы громкость ноты достигла своего максимального уровня.

Спад (Decay, D) — период ослабления сигнала после начального нарастания. ремя, в течение которого происходит переход от максимального уровня к уровню.

Плато (Sustain, S) — период постоянной силы сигнала. описывает уровень звука, играемый во время удержания клавиши (после того как первые две составляющие уже отыграли).

Затухание (Release, R) — период окончательного затухания сигнала, определяет время нужное для окончательного спада уровня ноты до нуля, после того как клавиша отпущена.

По первым буквам английских названий участков огибающей её для краткости обозначают как ADSR. Это обозначение можно встретить на многих инструментах.

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

Параметры Decay и Sustain отвечают за «тягучесть» звука – при больших значениях этих параметров звук будет звучать ровно и не затухая на всей длине ноты. Release позволяет создать хвост уже после завершения звучания, дабы звук не обрывался резко, однако при больших значениях Release мы можем создать искусственный длинный хвост.

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

Под термином «модуляция» (от лат. modulatio - мерность, размерность) музыканты понимают смену тональности композиции, а в физике, да и в частности электронике, это процесс изменения одного или нескольких параметров колебания под действием информационного низкочастотного сообщения. А проще говоря, это процесс изменения параметров одного сигнала под действием другой волны, имеющей более низкую частоту и задающей форму изменения.

Амплитудная модуляция. Амплитуда управляемого сигнала будет изменена по форме управляющей волны.

В случае со звуком 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.

На нижеприведенной иллюстрации верхняя волна является модулирующим сигнал, вторая - результат амплитудной модуляции, третья - частотной модуляции соответственно:

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 блок синтезаторов и явление синтеза – LFO.

LFO

(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.

3. FM-синтез (или операторный).Принцип - в теории - прост: несколько волн простой формы модулируют друг друга по частоте и суммируются, выдавая на выход очень богатый и интересный звук. Наиболее известными в этом плане считаются синтезаторы Yamaha серии DX/TX (TX - это были рэковые версии оригинальных DX). За душу эти аппараты берут и поныне (и весьма активно ходят по рукам), даром, что наиболее известную модель - DX-7 - сняли с производства 20 лет назад.

Поначалу, на FM-синтез смотрели косо: современникам казалось, что звук у него слишком "тонкий", худосочный (если сравнивать с аналоговыми/субтрактивными приборами) и металлический. Причина тут была очень проста: вместо осцилляторов, управляемых напряжением, в FM-синтезаторах Yamaha стояли т.н. Digitally Controlled Oscillators, т.е. "цифровые" осцилляторы, - и была на то не простая прихоть инженеров, но насущная необходимость. Для того, чтобы осцилляторы, а точнее, "операторы", как их называют в FM-синтезе, модулируя друг друга и суммируясь, могли давать гармонический тон, их частоты должны были быть строго кратны друг другу. Сколько-нибудь значительное "выпадение" одного оператора из общего строя немедленно приводило к тому, что синтезатор начинал выдавать негармонический шум. VCO в ту пору не могли похвастаться надлежащей стабильностью (больше того, в случае с субтрактивным синтезом, некоторая нестабильность считалась скорее добродетелью, нежели пороком), так что инженерам Yamaha пришлось использовать DCO.

Так или иначе, "худосочным" звук шестиоператорного Yamaha DX-7 назвать трудно, особенно, когда слышишь, как он по низам с большим удовольствием "прошибает" две гитары, бас и барабаны, - мол, ребята, я тут!

NB: рекомендуются к ознакомлению программные FM-синтезаторы Native Instruments FM7 и FM8. Замечено также, что комбинация из аппаратного DX-7 и программного FM7 даёт звук, разом отправляющий в "изменённое состояние", - ну или просто в экстаз, кому что.

NB2: FM-синтезатор очень тяжело программировать, но по сети в виде system exclusive бродят сотни различных патчей для таких синтезаторов, которые можно загружать равно и в аппаратные варианты (DX/TX), и в софт (FM7/8).

4. Принцип фазовых искажений (phase distortion)- этот принцип своим появлением на свет и некоторой популяризацией обязан фирме Casio, которая ещё не переключилась на низкопрофильный рынок "самоиграек" и цифровых пианино нижнего ценового диапазона, и старалась угнаться за грандами.

По сути дела, это вариация на тему частотной модуляции, но только вместо частоты модулировалась (искажалась) фаза волн. Этот метод, кстати, позволял имитировать звук, пропущенный через частотные фильтры, притом, что на деле у синтезаторов Casio серии CZ фильтра на борту не было. Отсутствие фильтра позволило существенно сбить цену на данные аппараты, в результате у "гаражных" банд Casio CZ пользовались немалым успехом.

Тем не менее, принцип Phase Distortion менее распространён, чем другие; удивительно, но факт: (NB!) в Reason Thor этот способ синтеза тоже используется.