Тишина В Студии

Общее строение синтезаторов и основные методы синтеза звука

Синтез звука, с точки зрения музыканта, это способ, спомощью которого в электромузыкальных инструментах рождается звук. С техпор, как в 60-х был изобретен первый синтезатор, появилось много концепцийи способов синтеза звука. И знание простейших его основ будет полезно ипрофессиональным музыкантам, и владельцам крутой студийной аппаратуры,и просто любителям.

В создании (синтезе) звука можно выделить два направленияразвития: имитация всевозможных звуков, природных шумов, звуковых эффектов(шум ветра, взрывы, пение птиц и т.п.), музыкальных инструментов (имитационныйсинтез); получение принципиально новых звуков (не существующих в природе).В синтезаторах различных видов применяются различные способы синтеза звука.На рис. 1 показана схема, содержащая основные компоненты почти любого синтезатора.

Рис.1. Модель простейшего синтезатора
Каждый из методов синтеза звука имеет свою математическуюи алгоритмическую модель.

Субтрактивный синтез

При субтрактивном синтезе звуковой сигнал с богатым спектром(большим количеством частотных составляющих), генерируемый осциллятором,подвергается обработке различными фильтрами (они усиливают или ослабляютразличные спектры частот источника). По такому принципу работает речевойаппарат человека. В качестве исходных сигналов обычно используются: прямоугольный(square), с переменной скваженностью (отношением всего периода к положительномуполупериоду); пилообразный (saw) — прямой и обратный; треугольный (triangle),а также различные виды шумов (колебаний случайного непериодического характера).Основным аппаратом синтеза при этом методе служат управляемые фильтры:резонансный (полосовой) — с изменяемым положением и шириной полосы пропускания(band), фильтры низких частот с изменяемой частотой среза (cut off). Простаяреализация и сравнительно широкий диапазон синтезируемых звуков позволяютдо сих пор использовать этот метод в совокупности с некоторыми цифровымисинтезаторами. Однако для синтеза звука со сложным спектром данный методне годится.

Рис. 2. Виды исходных сигналов (а — square; б — saw; в— triangle; г — sine)
Аддитивный синтез

Основан на утверждении Фурье о том, что любое гармоническоеколебание можно представить в виде суммы чистых тонов (синусоидальных колебанийс разными частотами и амплитудами). Для этого нужен набор из несколькихсинусоидальных осцилляторов (колебательных контуров) с независимым управлением,выходные сигналы которых суммируются (to add — складывать). Примерно такимспособом создается звук в духовом органе. Данный метод позволяет получитьлюбой периодичный звук, причем процесс синтеза хорошо контролируется илегко предсказуем (изменение настройки одного из осцилляторов не влияетна остальную часть спектра). Однако для звуков со сложной структурой могутпотребоваться сотни осцилляторов, что достаточно проблематично и дорого.Ранние аналоговые синтезаторы в основном использовали аддитивный и субтрактивныйтип синтеза.

FM (frequency modulation) синтез

В основе лежит взаимная модуляция по частоте между несколькимисинусоидальными осцилляторами. Каждый из таких осцилляторов способен формироватьсобственную амплитудную огибающую, а также снабжен амплитудным и частотнымвибратором. Именуется такой осциллятор оператором. Операторы можно соединятьразличными способами, управляя сигналами одних операторов работой других.Операторы могут соединяться последовательно, параллельно, последовательно/параллельно,с обратными связями и в прочих сочетаниях. Все это дает возможность синтезироватьпрактически бесконечное множество различных звуков. Благодаря простотецифровой реализации, данный метод получил широкое распространение в студийнойи концертной практике. Классический представитель синтезаторов данногокласса — Yamaha DX-7. Данный метод предоставляет широкие возможности посинтезу различных перкуссий, ударных, синтетических эффектов.

Сэмплерный синтез

Этот метод основывается на записи реального звучания различныхмузыкальных инструментов, живых звуков (сэмплов), которые затем в нужныймомент воспроизводятся. Для получения звуков разной высоты, скорость воспроизведенияувеличивается или уменьшается. А для того, чтобы темп звука не менялсяслишком сильно, используется несколько сэмплов через определенный интервал(обычно одна-две октавы). В современных синтезаторах применяется цифроваязапись звука, а все сэмплы хранятся либо в постоянной памяти синтезатора(ROM), либо на всяческих цифровых носителях (компакт-диски, дискеты, жесткиедиски, картриджи). Сэмплерный метод позволяет получить максимально точноеподобие звучания реального инструмента, но для этого требуются достаточнобольшие объемы памяти. С другой стороны, запись звучит естественно, еслиона исполняется при тех же параметрах, при которых она была сделана. Припопытке придать ей другую амплитудную огибающую или при наложении какого-либоэффекта, естественность резко падает. Для уменьшения требуемого объемапамяти применяется зацикливание (looping). В этом случае записывается толькокороткое время звучания инструмента, а затем в нем выделяется средняя фазас установившимся звуком, которая при воспроизведении повторяется до техпор, пока нажата клавиша (подается сигнал о включенной ноте). После отпусканияклавиши воспроизводится завершающая фаза. На самом деле этот метод нельзяс полным правом назвать синтезом. Это скорее метод записи/воспроизведения.Однако в современных синтезаторах на его основе воспроизводимый звук можноподвергать различной обработке (модуляции, фильтрованию, добавлению эффектов),в результате чего звук может приобретать совершенно новый оттенок. Типичныйпредставитель синтезаторов данного типа — Е-mu Proteus.