Синтезатор

Синтезатор (англ. Synthesizer) — электронный музыкальный инструмент, создающий (синтезирующий) звук при помощи одного или нескольких генераторов звуковых волн. Требуемое звучание достигается за счёт изменения свойств электрического сигнала (в аналоговых синтезаторах) или же методом настройки параметров центрального процессора (в цифровых синтезаторах). Синтезатор, выполненный в виде корпуса с клавиатурой, называется клавишным синтезатором. Синтезатор в виде корпуса без клавиатуры называется синтезаторным модулем и управляется от MIDI-клавиатуры или другого устройства, например, MIDI-гитары. В случае, если клавишный синтезатор оборудован встроенным секвенсором, он называется рабочей станцией. Синтезатор в виде компьютерной программы (например, Reason), использующей универсальную звуковую плату для озвучивания и стандартные средства ввода-вывода (компьютерную клавиатуру, мышь, монитор, а также, возможно, MIDI-клавиатуру), называется программным синтезатором.

История

Первые электромузыкальные инструменты, такие как "музыкальный телеграф" Элайша Грея, телармониум Тодеуса Кахилла, знаменитый Терменвокс нашего соотечественника Льва Термена, появились еще во второй половине 19-ого века. Однако прообраз большинства музыкальных инструментов, используемых и поныне, появился много позже - в 50х годах 20в, из попыток привнести наработки военных технологий того времени в область звука.

Эти инструменты отличались огромными размерами, и состояли из различных, напрямую не связанных друг с другом модулей, каждый из которых играл свою отдельную роль. Модули соединялись друг с другом чаще всего посредством акустических кабелей, музыкант, соединяя модули, направлял звук через лабиринты преобразований, на выходе получая готовый тембр. Названия тембров синтезаторов - пэтчи (от англ. path - путь) восходит именно к тем временам. От того, как именно звук будет путешествовать по модулям инструмента, и зависит итоговый тембр - это правило действительно и поныне.

Позже, знаменитому инженеру Роберту Мугу удалось путем исканий и экспериментов, а также технологических достижений того времени, создать гораздо более компактные и дешевые синтезаторы, самым популярным из которых был minimoog - небольшой по сравнению с монстрами прошлого, инструмент с огранной клавиатурой и набором модулей, соединения которых музыкант проводил уже посредством тумблеров на лицевой панели инструмента. В последующие десятилетия было создано огромное количество самых разных синтезаторов, по общему принципу схожих с инструментами Муга. Это были небольшие инструменты с клавиатурой и набором модулей, соединяемых различными способами - акустическими кабелями, матрицами, в которых контакты замыкались специальными штырьками, тумблерами и др. Чтобы записать готовый тембр, в то время нужно было зарисовывать панель инструмента и, позже восстанавливать положение всех регуляторов и других элементов. Это занимало немало времени, поэтому на концертах многие музыканты использовали несколько одинаковых инструментов, каждый из которых был заранее настроен соответствующим образом.

Звучание этих синтезаторов, называемых аналоговыми, зависело от типа ламп, транзисторов, и других элементов схемы, качества пайки, температуры, напряжения в сети и т.д. что часто давало при одних и тех же настройках вариации звуков, а управление при помощи резисторов позволяло добиваться серьезных изменений звука даже при сдвиге ручки на полмиллиметра. Звук осцилляторов (модулей, отвечающих за непосредственную генерацию звука) часто как бы плыл, немного видоизменяясь в процессе игры, из-за изменений температуры и небольших случайных изменений напряжения.

Первые технологические успехи в миниатюризации полупроводников привели к появлению новых синтезаторов, в которых управление модулями было уже электронным, и соответственно, появилась возможность сохранять тембры-пэтчи в память инструмента и восстанавливать их оттуда. Однако, элементы синтезатора, отвечающие за звуковой тракт - все те же модули, оставались по-прежнему, аналоговыми.

Уже значительно позже компьютерные мощности позволили создавать инструменты, внутри которых звук генерировался не естественным колебанием электрического тока, а посредством аппаратных вычислений. Так появились синтезаторы, где модули внутри были уже условными, а все лабиринты, через которые проходил звук - заранее запрограммированными, цифровыми. Это значительно повлияло и на цену инструментов - она стала еще ниже, и на звук, т.к. теперь он представлял собой двоичный код, как и любая информация, хранящаяся на компьютере.

Чтобы преобразовать этот код в электрические сигналы, используются цифро-аналоговые преобразователи (ЦАП) - элементы схемы, родственные современным звуковым картам компьютеров. Так, синтезаторы стали узкоспециализированными компьютерами с клавиатурой и специальными элементами управления, возможностью сохранять пэтчи, загружать их, обмениваться с музыкантами и т.д. В этих инструментах качество итогового звука напрямую зависело в основном от качества ЦАП - единственной аналоговой схемы в конструкции.

Большинство современных инструментов делается именно по этой технологии, но до сих пор производятся и высоко ценятся полностью аналоговые синтезаторы, в которых звуковой тракт воссоздан по образу инструментов времен Роберта Муга.

Управление у этих инструментов также различно - в каких-то из них музыкант сам соединяет модули кабелями, в других - есть процессор, сохраняющий положение регуляторов и восстанавливающий его в процессе сохранения-загрузки пэтча.

Модули

Модули - это самодостаточные полноценные элементы звукового тракта, из которых состоит синтезатор. Они могут быть аналоговыми (на основе микросхем) и цифровыми (запрограммированными). В конечном счете, большинство тембральных возможностей инструмента зависит именно от количества и типа модулей, используемых в его конструкции. Независимо от того, как какой эпохе относится инструмент, как выглядит, какие призван выполнять функции - будь это драммашина, грувбокс, современный клавишный инструмент или электроорган - внутри мы обнаружим определенный набор модулей, определяющих специфику и звучание синтезатора.

Так, электроорганы чаще всего обладают большим количеством осцилляторов (модулей, генерирующих звук), при этом большинство других модулей в них отсутствует. Драм-машина как правило будет обладать секвенсором - модулем, позволяющим выстраивать и управлять ритмическими рисунками. В современных синтезаторах мы чаще всего найдет помимо прочих также модули эффектов таких как delay, reverb, chorus и др. Однако большинство синтезаторов оснащены основным набором модулей - как правило это один или несколько тонгенераторов, фильтры, генераторы огибающей и генераторы низких частот.

Типы синтезаторов

1. Аналоговые синтезаторы. Это могут быть как раритетные синтезаторы, так и современные, изготавливаемые по принципам прошлого - в них звуковой тракт, как правило, проходит только через аналоговые микросхемы. Однако, современное понимание аналогового синтезатора немного отличается от аналоговых синтезаторов прошлого. В современных инструментах такого типа отдельные модули (например, тонгенераторы или блоки эффектов) могут быть цифровыми, также на выходе звукового тракта могут находиться цифро-аналоговые и аналого-цифровые преобразователи. Также существуют цифровые синтезаторы с отдельными аналоговыми модулями (например, фильтр). Часто управление полностью аналоговой схемой происходит через современный цифровой интерфейс или даже специализированный компьютерный софт, что позволяет манипулировать параметрами синтезатора с помощью цифровых учтройств, сохранять банки и пэтчи. На звучании инструмента в данном случае это никак не сказывается.

Аналоговые синтезаторы в целом, имеют плотный, пробивной и яркий звук, очень хорошо заметный и в музыкальном миксе и на сцене. Звучание аналогового фильтра особенно характерно, его невозможно перепутать ни с чем.

2. Псевдоаналоговые синтезаторы (VA). Это цифровые синтезаторы, эмулирующие технические свойства аналоговых. Часто, в процессорах таких инструментов, помимо эмуляции набора модулей аналогового синтезатора, присутствует также эмуляция работы определенных электрических компонентов, например, аналоговых схем, присущих конкретным синтезаторами прошлого. Это позволяет качественно приблизиться к звучанию культовых синтезаторов прошлых лет, не копируя, однако, его в точности.

3. Другие цифровые синтезаторы. Есть множество инструментов использующих собственную специфику синтеза. Отдельные виртуальные модули внутри них могут быть похожими на модули аналоговых синтезаторов, другие сильно от них отличаются. Достаточно широко распространены ромплеры, использующие в качестве тонгенератора заранее записанные в память инструмента сэмплы. Большинство так называемых "самоиграек" и любительских синтезаторов относятся именно к этой категории, в память здесь записаны наборы звуков классических акустических инструментов. Часто, "самоиграйки" не имеют модулей, таких как фильтр или lfo, но в продвинутых моделях они могу присутствовать. Однако во всех подобных инструментах присутствует модуль "автоаккомпанемента", представляющий собой узкоспециализированный тип секвенсора, с заранее записанными в него данными, содержащими информацию о стилях аккомпанемента.

Существуют и синтезаторы-семплеры, позволяющие загружать во внутреннюю память собственные аудиофайлы или даже записывать их, а позже использовать в качестве тонгенератора. Если такой синтезатор обладает большим количеством модулей, записанный звук может видоизмениться до неузнаваемости и обрести новую жизнь.

В целом, цифровые синтезаторы звучат очень по-разному - здесь звук зависит от типа синтеза, качества сэмплов (если они есть) и цифро-аналоговых преобразователей. Многие из этих инструментов звучат не менее интересно, чем аналоговые. Например - продвинутые цифровые фортепиано, эмулирующие звучание классических фортепиано, созданы на основе технологии ромплеров - подобное звучание недостижимо на аналоговых синтезаторах.

В зависимости от способа генерации звуковых волн и их преобразования синтез звука можно классифицировать следующим образом:

Суммирующий

Суммирующий (аддитивный) синтез, в котором используется принцип суперпозиции (наложения) нескольких волн простой (обычно синусоидальной) формы с различными частотами и амплитудами. По аналогии с электроорганами эти волны называются регистрами и обозначаются, как 16' (тон на октаву ниже взятого), 8' (исходный тон), 4' (тон на октаву выше взятого) и т. д. (цифра представляет собой длину трубы соответствующего регистра органа в футах). В чистом виде встречается у электроорганов (Hammond, Farfisa) и их цифровых эмуляторов (Korg CX-3, Roland VK-8 и т. д.). Звучание инструмента тем богаче, чем большее количество регистров использовано в конструкции.

Вычитающий

Вычитающий (субтрактивный, разностный) синтез, в котором исходная волна произвольной формы изменяет тембральную окраску при прохождении через разнообразные фильтры, генераторы огибающих, процессоры эффектов и т. д. Как подмножество данный тип синтеза широко применяется практически во всех современных моделях синтезаторов.

Операторный
Операторный (англ. Frequency Modulation, FM - частотно-модуляционный) синтез, в котором происходит взаимодействие (частотная модуляция и суммирование) нескольких волн простой формы. Каждая волна вместе со своими характеристиками называется оператором, определённая конфигурация операторов составляет алгоритм. Чем большее количество операторов использовано в конструкции синтезатора, тем богаче становится звучание инструмента. Например, популярный по сей день синтезатор Yamaha DX7 (1983 год выпуска) обладает 6 операторами, для коммутирования которых служат 32 различных алгоритма.

Физический
Физический синтез, в котором за счёт использования мощных процессоров производится моделирование реальных физических процессов, протекающих в музыкальных инструментах того или иного типа. Например, для духовых свистковых инструментов типа флейты параметрами будут длина, профиль и диаметр трубы, скорость воздушного потока, материал корпуса; для струнных инструментов — размер корпуса, материал, длина и натяжение струн и т. д. Физический синтез используют такие инструменты, как Yamaha VL-1, Korg OASYS, Alesis Fusion и т. д.

Семплерный
Семплерный (англ. sample-based) синтез — звук генерируется за счёт воспроизведения записанных ранее в память инструмента звуковых фрагментов (семплов). Используется воспроизведения для реальных музыкальных инструментов, человеческого голоса, а также элементарных звуковых волн (синусоидальная, треугольная, или квадратная), генерированных аналоговыми синтезаторами. Дальнейшая обработка звука может происходить субтрактивным или аддитивным методом.

Для повышения реалистичности могут использоваться мультисемплы — несколько десятков отдельных семплов одного и того же инструмента, записанных для отдельных диапазонов нот (key range), в идеале для каждой отдельной ноты, и также для нескольких слоёв громкости (velocity layer) или наложенных слоёв, содержащих дополнительные эффекты (например, резонанс струнной деки пианино, или звук отпускания клавиш клавесина). Этот подход позволяет улучшить реалистичность воспроизведения, избежав аппаратной интерполяции высоты тона, и также реализовать нюансы артикуляции, которые невозможно воспроизвести фильтрами и генераторами огибающих.

Первые семплерные инструменты появились в конце 1970-х — Fairlight CMI, Synclavier компании New England Digital, E-mu Emulator — и представляли собой специализированные музыкальные микрокомпьютеры. Высокая стоимость этих инструментов препятствовала их широкому распространению. С развитием микропроцессорной технологии, появились более доступные модели, такие как Korg M1, Ensoniq SD-1, Yamaha SY99 и другие.

Волновой
Волновой (англ. Wavetable) синтез — вариант семплерного синтеза, в котором звук генерируется за счёт воспроизведения последовательности случайных элементарных семплов. Каждый из семплов может принадлежать к одной группе и отличаться незначительно, что позволяет варьировать экспрессивность воспроизведения; также семплы могут радикально отличаться друг от друга, что позволяет создавать необычные тембры.

Гибридный
Гибридный синтез, в котором применяется та или иная комбинация различных способов синтеза звука, например «суммирующий + вычитающий», «волновой + вычитающий», «операторный + вычитающий» и т. д. Большинство современных инструментов создаётся именно на основе гибридного синтеза, так как он обладает очень мощными средствами для варьирования тембра в самых широких пределах.

Ре-синтез
«Ресинтез» (англ. Resynthesis), где записанные в память синтезатора реальные волновые формы анализируются при помощи искусственной нейронной сети и преобразуются в цифровые модели с выделением определенного пакета управляемых «характеристик». Каждый модуль подобного синтезатора называется «ресинатором» (resynator). Для управления звуком в реальном времени используется как прямое управление выделенными параметрами одного ресинатора, так и «связывание» между собой пары параметров разных ресинаторов (например, «дыхание» флейтоподобного тембра и вибрато тембра в духе скрипки). Таким образом создаются очень сложные и одновременно легко управляемые тембровые конфигурации. Единственный на сегодняшний день синтезатор подобного типа — Hartmann Neuron (англ.).

Полифония

Каждый синтезатор обладает определенным количеством голосов, определяющих, сколько именно одновременно нажатых клавиш будут издавать звук. В аналоговых синтезаторах для каждого голоса необходим отдельный осциллятор, соответственно, инструмент, обладающий 8‑голосной полифонией должен иметь как минимум 8 осцилляторов. Это один из факторов, определяющих дороговизну аналоговых полифонических инструментов. Однако инструмент, обладающий 8 осцилляторами, далеко не всегда будет иметь полифонию в 8 голосов, так как осцилляторы могут быть привязаны друг к другу. В цифровых инструментах количество голосов определяется только лишь вычислительными мощностями используемого процессора, поэтому цифровые полифонические инструменты значительно дешевле аналоговых. В технических описаниях синтезаторов мы, как правило, встретим указания на количество осцилляторов, привязанных к одному голосу, и отдельно, указание количества голосов. Выбирая между аналоговым монофоническим синтезатором и цифровым полифоническим, нужно учитывать специфику техники исполнения на таких инструментах. Так, монофонические синтезаторы очень хороши для басовых партий, лидов, секвенций, прерывистых контрапунктных партий, в то время как для создания атмосферных пэдов, гармонических и аккордовых партий преимущество полифонии неоспоримо. Некоторые одноголосные аналоговые синтезаторы позволяют создавать полифонические фактуры путем соответствующей настройки осцилляторов или использования нескольких секвенсоров, однако возможность играть аккордами на клавиатуре в таких инструментах отсутствует.

Еще одна характеристика синтезаторов, встречающаяся чаще всего в цифровых инструментах- это количество так называемых частей (parts). Части - это тембры-пэтчи синтезатора, которые могут звучать одновременно друг с другом, так если бы мы использовали несколько синтезаторов одинаковой модели, подключенных к одной клавиатуре. Многочастные инструменты чаще всего имеют функции разделения клавиатуры, соответственно левая половина клавиатуры будет управлять одним тембром, правая - другим, если частей больше - диапазон клавиатуры делится на большее количество сегментов.

Синтезаторы, называемые рабочими станциями (workstations) как правило, имеют большую полифонию, мультичастность и продвинутый встроенный секвенсор, позволяют создавать и записывать полноценные музыкальные композиции.

Органы управления

Большинство синтезаторов имеет на корпусе различные органы управления - ручки, тумблеры, фейдеры, кнопки, переключатели, экраны и множество других. Некоторые из этих элементов имеют четкую привязку к какому-то конкретному параметру, другие мультифункциональны - они могут управлять функциями меню или быть назначены

Клавиатура, как орган управления звуком отвечает за изменение высоты звучащего тембра, управляет стартом и окончанием нот. Часто в современных синтезаторах клавиатура чувствительна к силе нажатия клавиш, с помощью которой можно модулировать не только громкость звука, но и, например, частоту среза фильтра или скорость огибающей. Иногда в клавиатуре синтезаторов также можно найти параметр, называемый посленажатие (aftertouch), который представляет собой возможность при удержании клавиши, как бы "дожать" ее, смодулировав тем самым опять же заранее задуманный параметр, например lfo.

Колесо высоты тона и модуляции - очень часто встречающиеся элементы управления синтезатором, первый из которых позволяет плавно изменять высоту звука, а второй опять-таки модулирует любой параметр, чаще всего фильтр.

Другие органы управления. Иногда синтезаторы бывают оснащены не совсем обычными органами управления высотой звука, заменяющими или дополняющими клавиатуру. Это могут быть сенсорные датчики, датчики гравитации, необычные клавиатуры, например, клавиатура баяна или сенсорная панель. Естественно, что такие синтезаторы имеют особенный характер звучания.

Источник