Фильтры в синтезе звука

erid: 2VtzquxJJHQ

Содержание:

• Что такое фильтр
• Основные понятия: частота среза, крутизна, резонанс
• Работа фильтра с частотами
• Типы схемотехники и синтезаторы

Начиная с 60-х годов фильтры создают характер и индивидуальный почерк синтезаторов.

Производители и сегодня стараются повторить классические модели, улучшить существующие и даже создают новые. Большой выбор различных видов и схем фильтров открывают безграничные возможности для саунд-дизайна.

Казалось бы, фильтр — просто один из элементов тракта. Но именно от фильтра чаще всего зависит, подойдет ли тот или иной синтезатор вашей музыке или нет.

Что такое фильтр

Фильтр — это устройство, которое ограничивает громкость части спектра частот. Тем самым изменяется гармоническое содержание звука и создаются вариации исходного тембра.

Фильтр стал неотъемлемой частью субтрактивного синтеза, который популяризовал Роберт Муг. Субтрактивный синтез позволяет взять за основу насыщенный гармониками источник звука, например, пилообразную или квадратную звуковую волну, и при помощи фильтра модифицировать ее до необходимого тона. До сих пор это один из самых популярных методов синтеза, в том числе благодаря простоте требуемой для него конструкции.

Субтрактивный синтез с использованием фильтра позволил музыкантам быстро и просто создавать новые тембры. А модуляция фильтра дала возможность не только акцентировать определенные части звука, но и имитировать акустические инструменты.

Основные понятия: частота среза, крутизна, резонанс

Фильтр — не самый сложный прибор. Смысл работы с ним — найти подходящий баланс трех параметров: частоты среза, крутизны спада и резонанса.

Частота среза или Cutoff — изменяемый параметр, который отвечает за расположение точки работы фильтра. Если быть точнее, эта точка находится в месте, где ослабление сигнала составляет -3 дБ.

Крутизна спада или Slope — скорость, с которой фильтр ослабляет частотную характеристику сигнала. Параметр измеряется в дБ на октаву. Присутствующие в фильтре полюса или внутренние схемы ослабления позволяют определить его крутизну. Каждый полюс добавляет крутизне -6 дБ. Самые распространенные фильтры это двух- и четырехполюсные — 12 и 24 дБ/окт, соответственно.

Но также встречаются фильтры 6, 18, 36 и даже 48 дБ/окт. Если фильтр 6 дБ/окт — очень мягкий, то 24 дБ/окт обладает достаточно резкой крутизной и помогает добавить звуку едкости.

Знаменитый лестничный фильтр Minimoog обладает крутизной именно 24 дБ/окт. Иногда можно встретить фильтры с переменной, плавно изменяющейся крутизной. Один из примеров — модуль Serge VCFS.

Резонанс или Resonance — параметр, который направляет частоты вокруг точки среза обратно в фильтр, тем самым создавая обратную связь. При высоких значениях резонанса многие фильтры переходят в режим автоколебаний, что приводит к созданию собственного звука, подобно генератору синусоидальной волны.

У разных фильтров свой характер резонанса, который может варьироваться от легкого подчеркивания обертонов частоты среза до придания резкости и агрессии.

Помимо основных параметров, непосредственно влияющих на работу фильтра, большинство синтезаторов обеспечивают дополнительные возможности, которые позволяют создавать еще более интересные звуки. Например, многие синтезаторы имеют функцию трекинга клавиатуры, при которой фильтр открывается сильнее на более высоких нотах. Также работой фильтра можно управлять с помощью огибающей и/или LFO. А некоторые фильтры оснащены дополнительной схемой овердрайва, что позволяет насытить или даже серьезно исказить звук.

Работа фильтра с частотами

В зависимости от типа фильтра частотный диапазон обрабатываемого сигнала будет отличаться.

Самый распространенный тип — фильтр нижних частот или Low Pass Filter (LPF). Он пропускает частоты ниже точки среза и необходим для создания большинства звуков, особенно для басовых партий.

Не менее распространенный — фильтр верхних частот или High Pass Filter (HPF), который пропускает частоты выше точки среза. ФВЧ подходит для создания ярких звуков или среза ненужных частот в нижнем регистре.

Реже в синтезаторах можно встретить полосовой и режекторный фильтры. Полосовой фильтр или Band Pass Filter (BPF) пропускает определенный частотный диапазон, ослабляя частоты выше и ниже частоты среза. Его надо использовать для создания звуков с узкой частотной составляющей или резонансных тембров.

Режекторный фильтр или Notch работает противоположно полосовому — отсекает полосу частот вокруг точки среза и пропускает все остальные частоты. Очень удобен для удаления нежелательных гармоник и приглушения звука.

При последовательном использовании фильтров низких и высоких частот с одинаковой крутизной можно получить полосовой фильтр, а при параллельном использовании — режекторный.

Также в синтезаторах можно встретить переключатель между различными типами фильтров. Такие фильтры называются многорежимными, Multimode Filter. Например, многорежимный фильтр синтезатора Behringer Neutron позволяет переключаться между высокочастотным, низкочастотным и полосовым типами.

Есть еще несколько редких типов фильтров. Обычно их можно встретить в цифровых синтезаторах или модульных системах:

• Гребенчатый фильтр (Comb Filter);
• Формантный фильтр (Formant filters);
• Фиксированные банки фильтров (Fixed filter banks, FFBs).

Гребенчатая фильтрация возникает при объединении нескольких копий звука, между которыми есть очень маленькая задержка (около 75 мкс - 15 мс). В результате в частотной характеристике появляются вырезы и провалы, визуально напоминающий гребень. На слух это выражается в эффекте флэнджера. При использовании гребенчатого фильтра с модуляцией можно получить очень нестандартные и интересные результаты.

Формантный фильтр объединяет несколько параллельно расположенных полосовых фильтров, настроенных на частоты, отражающие человеческий голос. При помощи таких фильтров можно создавать звуки, приближенные к произношению гласных звуков.

Фиксированные банки фильтров представляют собой набор из фильтров, настроенных на определенные частоты. Такие фильтры можно встретить только в модульных системах. Первые модели были сконструированы еще на заре производства синтезаторов и реализованы в моделях Moog 907 и 914, а также Buchla 194 Bandpass Filter, 195 Octave Formant Filter, 294, 295 и 296.

Типы схемотехники и синтезаторы

При выборе синтезатора мало кто задумывается о том, какие схемы фильтра в нем используются. Для неподготовленного пользователя это сложная и не всегда нужная информация.

Но на деле, особенно если дело касается аналоговых синтезаторов, конструкция фильтра имеет большое влияние на формирования характера звучания. Сегодня множество производителей используют классические схемы фильтров в своих инструментах, а в модулярном мире можно найти копии практически любого когда-либо созданного фильтра.

Ниже рассмотрим наиболее известные фильтры.

Пожалуй, самый известный фильтр всех времен — это транзисторный лестничный фильтр Moog. Эта конструкция была создана Робертом Мугом для модульных систем в 60-х годах, и используется до сих пор в современных моделях. Транзисторный лестничный НЧ-фильтр с крутизной 24 дБ/окт и регулируемым резонансом обладает очень теплым и насыщенным звучанием. Невозможно сосчитать, сколько мощных басовых партий было создано на Minimoog Model D при помощи фирменного муговского фильтра.

Встретить такой фильтр можно здесь: Behringer Crave.

Диодные лестничные фильтры очень похожи на транзисторный фильтр от Moog, но вместо транзисторов в его схеме используются диоды. Такое изменение в конструкции позволило обойти патент Роберта Муга. Впервые эти фильтры использовались в синтезаторах EMS (VCS3, Synthi A и Synthi AKS), а один из самых известных синтезаторов с диодным лестничным фильтром – это Roland TB-303. Использование диодов вместо транзисторов привело к менее стабильному поведению полюсов, что в итоге создавало характерное хлюпающее звучание. Именно оно и стало основной особенностью знаменитого кислотного басового звука 303-й модели.

Современная копия классики — Behringer TD-3 SR.

Фильтры Korg 35 и OTA использовались в синтезаторе Korg MS-20 в разное время. Изначально компания сконструировала компактный Korg 35, в основе которого была классическая конструкция фильтра Sallen-Key.

А позже его заменили на схему на основе чипов OTA (operational transconductance amplifiers), которые также использовались в Roland Jupiter-8, Jupiter-4 и других моделях. Оба типа фильтра низких частот 12 дБ/окт имели резонанс с возможностью самоосцилляции и обладали достаточно шумным, резким и агрессивным характером. Korg MS-20 был оснащен также резонансным фильтром верхних частот 6 дБ/окт.

Современная версия — Korg MS-20 mini.

Известный производитель музыкального оборудования и программного обеспечения Arturia выпустил точную эмуляцию секции фильтра MS-20.

Фильтр Steiner-Parker был разработан инженером-новатором Найлом Штайнером для аналогового синтезатора Steiner-Parker Synthacon. У этой модели крутизна составляет 12 дБ/окт, а сам фильтр относится к фильтрам переменного состояния (SVF), то есть может переключаться между низкочастотным, высокочастотным и полосовым режимами.

Главная особенность фильтра — его поведение при высоком резонансе. Если для лестничного фильтра Moog характерно ослабление уровня сигнала при высоком резонансе, то Steiner-Parker сохраняет уровень звука и частотного баланса, что положительно сказывается на резкости басов.

Среди современных синтезаторов фильтр Steiner-Parker можно встретить в ряде устройств компании Arturia, например Matrixbrute, Microbrute и Minibrute 2 и 2S.

Фильтр SEM был создан инженером Деннисом Колином (Dennis Colin) по просьбе Тома Оберхейма для Syntesizer Expander Module (SEM), модуля аналогового монофонического синтезатора. Как и Steiner-Parker, это фильтр переменного состояния, но помимо НЧ-, ВЧ- и полосового режима, может переключаться в режекторный. Его крутизна 12 дБ/окт и уникальный музыкальный мягкий характер позволили занять особое место среди более агрессивных аналогов своего времени. Компания Arturia использовала конструкцию SEM-фильтра в цифровом синтезаторе MicroFreak. Это стало идеальным решением для смягчения цифровой резкости его генераторов.

Современная версия — Arturia MicroFreak.

Фильтры ARP были разработаны для синтезатора ARP 2600 в начале 70-х годов, также Деннисом Колином. Первая версия под названием 4012 представляла фильтр нижних частот с лестничной конструкцией и крутизной среза 24 дБ/окт. При этом звучание было очень похоже на популярный в то время фильтр Moog, конструкция и правда была очень похожа. После встречи Роберта Муга и Алана Перлмана компания ARP приняла решение модернизировать фильтр, вторая модель получила индекс 4072.

Современная версия — Behringer 2600.

В начале 80-х годов большую популярность получили чипы, сконструированные Дугом Кертисом (Doug Curtis), особенно фильтр CEM3320. Именно его можно встретить в качестве 4-полюсного фильтра нижних во многих культовых полифонических синтезаторах первой половины 80-х годов: Sequential Prophet 5 Rev 3, PPG Wave 2, Oberheim OB-8, Oberheim OB-Xa, Fairlight CMI II и других.

Современная версия — Behringer Pro-1.

Помимо приведенных примеров есть еще множество менее известных, но при этом не менее интересных и уникальных фильтров, например, фильтр советского синтезатора Поливокс, который благодаря своему неуправляемому и агрессивному характеру даже сегодня — желанный инструмент в коллекции многих артистов.

Реплика секции фильтра Erica Synths Black Polivoks VCF.

Также стоит упомянуть неповторимый жужжащий фильтр очень редкого синтезатора Wasp от компании Electronic Dream Plant. Его особая схема с большим количеством цифровых инверторов искажала звук и делала нестабильным поведение резонанса. Отличный выбор для любителей экспериментов и нестандартного звука.

Современная версия — Behringer WASP Deluxe.