11.7. Аппаратные синтезаторы

По существу, MIDI-последовательность состоит из цифровых команд, посылаемых музыкальным инструментом. Они сообщают о произошедших событиях – нажатии или отпускании клавиши или педали, переключении регистра или инструмента и т.п. В этом смысле MIDI-последовательность сродни нотной записи. Устройство, которое по этим командам может воспроизвести звук, называется MIDI-синтезатором. На звуковой плате компьютера имеется такой синтезатор, но можно подключить ещё и внешний синтезатор.

Аппаратные синтезаторы различаются по методу синтеза. В настоящее время используются методы FM- и WT-синтезы. FM-синтез (от англ. Frequency Modulation – частотная модуляция) основан на использовании нескольких генераторов сигнала (операторов), обычно синусоидального, с взаимной модуляцией. Тембр звука получается искусственный.

Рисунок.11.1. Структура MIDI инструмента.

FM(Freqency Modulation) дословно переводится как частотная модуляция. Аппаратно это реализуется так: в аудиокарту встраивается некоторый чип, который содержит несколько генераторов звука, каждый из которых может сгенерировать определенную форму звукового сигнала, это – шумы, синусоиды, меандры и пилообразные формы. Идея такого способа очень проста – сложением волн разных форм, с изменением амплитуд, фаз, временных задержек и т.д. Таким образом происходит модулирование, имитация того или иного музыкального инструмента. Но получается только сигнал с подобными частотными характеристиками, для этого нужны следующие параметры (рисунок 11.1.):

Attack – это время нарастания максимального уровня воспроизведения инструмента, оно необходимо для плавности переходов тональностей инструмента.

Release – этот параметр определяет необходимое время звучания инструмента.

Sustain – это время показывает продолжительность звучания ноты

Decay – время затухания инструмента, т.е. как долго будет затухать инструмент, после того как клавиша на MIDI клавиатуре будет отпущена пользователем.

Устройства, предназначенные только для создания звука по MIDI-командам, не имеющие собственных исполнительских органов, называются тон-генераторами. Многие тон-генераторы имеют панель управления и индикации для установки основных режимов работы и наблюдения за ними, однако создание звука идет под управлением поступающих MIDI-команд.

Устройства, предназначенные только для формирования MIDI-сообщений, не содержащие средств синтеза звука, называются MIDI-контроллерами. Это может быть клавиатура, педаль, рукоятка с несколькими степенями свободы, ударная установка с датчиками способа и силы удара, а также - струнный или духовой инструмент с датчиками и анализаторами способов воздействия и приемов игры. Тон-генератор с достаточными возможностями по управлению может весьма точно воспроизвести оттенки звучания инструмента по сформированному контроллером MIDI-потоку.

На рис.5 приведена схема по которой работают все интерфейсы MIDI, независимо от способа получения звука.

WT-синтез (от англ. Wave Table - волновая таблица) основан на воспроизведении сэмплов - заранее записанных в WAVE-форме образцов звучания реальных инструментов (обычно одной ноты), которые перед воспроизведением должным образом преобразуются. Это уже более серьезная, перспективная и профессиональная аппаратная реализация MIDI. В оперативную память звуковой карты (RAM) записываются образцы звуков (обычно в формате PCM), и при обращении MIDI-команды к контроллеру происходит воспроизведение этого образца. В качестве образца можно записывать звуки реальных музыкальных инструментов, и, исходя из этого, можно добиться звучания идентичного настоящим инструментам. К примеру, звуковая карта позволяет использовать эту технологию, она имеет чип MPU8000, у которого есть 512 килобайт оперативной памяти, по сути дела это мало – всего 3 секунды для записи образцов, но допускается дополнительное расширение до 28 Мб, что позволило бы записать звук каждой клавиши классического рояля или поместить небольшой оркестр в компьютере, но к сожалению это дорогое удовольствие.

Этим достигается большая реалистичность звучания классических инструментов, но нужна память для хранения сэмплов. Кроме того, компьютер может по MIDI-последовательности синтезировать аналоговый аудиосигнал программой-синтезатором (но для его воспроизведения всё равно нужна звуковая плата).

Звуковая плата позволяет также вводить MIDI-последовательность от любого подключённого к ней музыкального инструмента и записывать её в виде MIDI-файла (расширения .mid, .rmi), который потом можно проигрывать уже без всяких внешних инструментов и включать в любые мультимедиа-программы. MIDI-файлы в сотни раз компактнее, чем аналогичные WAVE-файлы, поэтому их часто используют для создания музыкального фона в мультимедиа-программах и Web-страничках.

Любой MIDI-синтезатор может воспроизводить звучание более 150 различных музыкальных инструментов, имеющих свои номера (по англ. patch) и названия. Проигрывание идёт одновременно на 16 каналах (треках) - 16 инструментах (или, точнее, в 16 оркестровых группах, состоящих из одинаковых инструментов). На каждом канале одновременно может звучать несколько голосов – нот, извлекаемых на этом инструменте (их может быть до 32). Получается целый оркестр, в котором одновременно может звучать 512 голосов. Число голосов на одном канале характеризует полифонию синтезатора. На рис. 5 показан «пульт управления» одной из простых MIDI-программ, на котором видны все 16 каналов, назначенные на них инструменты и их номера, а также кнопки и регуляторы, с помощью которых можно изменить звучание записанного MIDI-файла, записать новый файл.

Создание MIDI-музыки на компьютере очень популярно среди музыкантов-профессионалов и любителей. Они используют специальные программы – музыкальные редакторы (или программы-секвенсоры), которые достигли высокого совершенства. В этих программах обычно нотная запись преобразуется в MIDI-последовательность (по англ. – sequence) и наоборот, чем и объясняется название программ.