11.14. Электронные музыкальные инструменты и синтезаторы

До сих пор обсуждались вопросы регулирования и преобразования сигналов, возникающих в микрофонах в результате преобразования акустических сигналов в электрические. Особой областью формирования и преобразования сигналов явля­ется образование акустических сигналов, большею частью музыкальных, из сфор­мированных особым образом электрических. Эти операции выполняют электронные музыкальные инструменты (ЭМИ) и синтезаторы (ЭМС).

Электронные музыкальные инструменты классифицируют по нескольким при­знакам:

1) способу получения исходного напряжения – от генераторов синусоидально­го, импульсного или шумового напряжений;

2) способу формирования звука – гармоническим путем, т.е. сложением в разных комбинациях и пропорциях синусоидальных напряжений разных частот, а затем получением временной огибающей или непосредственно – формированием спектральной и временной структур в особых устройствах (модуляторах) под воздей­ствием управляющих напряжений, поступающих от управляющего устройства кла­виатуры:

3) числу одновременно извлекаемых звуков – одноголосные и многоголосные;

4) способу извлечения звука – клавишные и грифовые инструменты, инстру­менты с сенсорным управлением, в которых звуком управляют движением руки в пространстве или по особой двумерной панели.

Размеры колебательных контуров диапазона звуковых частот довольно велики. Поэтому используют идею Л.С. Термена: напряжение звуковых частот получают как результат биений напряжений двух расстроенных друг относительно друга высокоча­стотных генераторов Г1 и Г2, возникающих на нелинейном устройстве – детекторе (рис. 11.57,а). Затем полученное напряжение звуковой частоты усиливается в УЗЧ

и поступает к громкоговорителю. Идея второго способа заключается в использова­нии генератора шума ГШ. Его напряжение с помощью клавиатуры К пропускают через ПФ1,–, ПФn (рис. 1.1.57,6). Если относительная ширина полосы пропускания фильтра составляет примерно 6 %, получают тонально окрашенный шум, если она менее 2 %, – отчетливо ощущаемый музыкальный тон.

Структура одноголосных ЭМИ изображена на рис. 11.58. Она содержит: гене­ратор вибрато ГВ; генератор высоты тона ГВТ; манипулятор М, формирующий оги­бающую импульсов; формантные фильтры ФФ, служащие для получения желаемого тембра; регулятор громкости РГ и УЗЧ. Высотой тона управляют с помощью грифа Г или клавиатуры К. формантными фильтрами управляют с помощью ключей или кнопок Кл, регулятором громкости – педалью П. Главное назначение одноголосных ЭМИ – ведение мелодии. Они прекрасно проявляют себя и в ансамблевом звучании.

Упрощенная структурная схема многоголосного ЭМИ изображена на рис. 11.59. Она содержит 12 (по числу ступеней хроматической гаммы) генераторов Г, блок октавных делителей БОД, установочные регуляторы Р, смесительные шины Ш, блок формантных фильтров БФФ. Остальные обозначения те же, что и на рис. 11.57. Блок октавных делителей содержит в цепи каждого генератора до пяти делителей частоты на два, чтобы получить звуки более низких октав. Сигналы с выходов БОД в разных комбинациях, определяемых положением установочных регуляторов, посту­пают на шины, а с них на БФФ. Варианты АЧХ фильтров обеспечивают сходство получаемых тембров, впрочем весьма приблизительное, с тембрами тех или иных традиционных музыкальных инс трументов.

Физическими характеристиками любого звука являются распределение уровня (энергии) сигнала во времени и по частоте. Под синтезом музыкальных звуков по­нимают процессы моделирования уровня, высоты, тембра, огибающей, длительности сигналов, управление этими процессами. В соответствии с этими задачами ЭМС содержат узлы, формирующие эти характеристики и управляющими их изменения­ми во времени. Поэтому ЭМС содержит управляемые генераторы синусоидальных, П-образных или пилообразных импульсов, генератор шума, генераторы огибающей спектра и временной огибающей. В очень упрощенном виде структура ЭМС изобра­жена на рис. 11.60. На схеме: К – клавиатура, системой контактов связанная с управляющим устройством (контроллером) УУ. Вырабатываемые им управляющие напряжения Еу воздействуют на управляемые генераторы высоты тона УГ или гене­ратор шума ГШ. Далее следуют управляемые фильтры УФ и усилители У, причем на фильтры воздействует генератор огибающей спектра ГОС, а на усилитель У – гене­ратор временной огибающей ГВО. Число трактов, изображенных на рис. 11.60, равно числу одновременно формируемых звуков. Развитая система управления позволяет синтезировать звуки самых разнообразных окрасок.