Модульные аналоговые синтезаторы - что это?

Существует 4 типа электронно-музыкальных синтезаторов:

• Аналоговые синтезаторы.
• Цифровые синтезаторы.
• Оптоэлектронные синтезаторы.
• Механические или пневматические синтезаторы.

Сегодня речь пойдет про аналоговые синтезаторы. Они тоже делятся на 4 вида, исходя из способа формирования.

Субтрактивный синтез 

Сюда относятся синтезаторы, имеющие богатый спектральный состав исходных генераторов, а именно генераторов спектра и генераторов шума. В синтезаторах данного вида спектрально-частотная обработка производится методом вырезания излишков спектра с помощью фильтров, управляемых напряжением. Амплитудно-временные характеристики при этом изменяются благодаря усилителям, управляемых напряжением и генераторов функций времени.

Аддитивный или гармонический синтез

Гармонический синтез представляет собой самый тонкий и точный способ синтеза звука. Происходит это благодаря суммированию синусоидальных функций, когда амплитуда и частота у каждой функции может произвольно изменяться. Для создания такого синтезатора потребуется определенное количество генераторов таких функций, начиная от 40 и выше, в среднем примерно 256 генераторов.

FM-синтез

Здесь действие происходит следующим образом: один генератор с произвольной функцией способен модулировать второй генератор тоже с какими-то функциями, а второй в свою очередь модулирует третий генератор, а третий – первый и так далее. Количество комбинаций восьмиголосного FM-синтеза можно при желании подсчитать самим. Следует заметить, что генераторы могут модулироваться в любой последовательности и порядке.

Субтрактивный синтез

Субтрактивные синтезаторы тоже представлены двумя типами - концертные синтезаторы и студийные синтезаторы. При этом они имеют одинаковый принцип построения. Данный способ был придуман Робертом Мугом в 1964 году несмотря на то, что устройства такого типа существовали задолго до его открытия и назывались они аналоговыми электронно-вычислительными машинами. Роберт Муг сумел систематизировать и адаптировать этот тип аналоговых машин для использования в музыкальной сфере. Аналоговые синтезаторы, речь пойдет только о студийных аналоговых синтезаторах, подобно электронно-вычислительным машинам, состоят из модулей.

Клавиатуры, секвенсоры и джойстики

Клавиатура может быть полифоническая или одноголосная. Она является источником калиброванного управляющего напряжения и управляющих импульсов («старт», «строб», по англ. GATE). В момент нажатия на клавишу появляется короткий управляющий импульс «старт». Управляющий импульс «строб» равняется времени длительности нажатия на клавишу. Эти импульсы необходимы для синхронизации и запуска управляющих блоков в синтезаторе. Кроме этого, существуют динамические клавиатуры с дополнительным управляющим выходным напряжением, оно определяется силой нажатия на клавишу. Они весьма дороги по цене, но дают музыканту возможность продемонстрировать все свое исполнительское искусство.

Ribbon Controller представляет полоску из специального материала, скользя пальцем по которой достигается плавный эффект глиссандо.

Секвенсоры бывают аналоговыми и цифровыми

Аналоговые секвенсоры — это программные устройства, с помощью которых можно на выходе получать управляющее напряжение, мультиплексируемое аналоговым устройством с потенциометров. Управляющее напряжение определяет положение угла поворота ручки потенциометра. Кроме частоты (скорость сканирования матриц потенциометров), у секвенсоров может изменяться скважность (соотношение паузы на длительность). Количество сканируемых потенциометров может быть произвольным, как и количество каналов этих ячеек. Все зависит всего лишь от свободного места на передней панели секвенсора, т.е. его размеров. Обычно объем памяти таких секвенсоров невелик и чаще всего варьируется от 8 до 32 ячеек.

Цифровые секвенсоры - это цифровые запоминающие устройства, их функция - заносить в память код со сканирующей матрицы клавиатуры. Они могут располагать очень большим объемом памяти и запоминать партитуру и полифонических и одноголосных музыкальных произведений. Подобно аналоговым секвенсорам, у них можно отредактировать темп и произвольно изменять частоту и длительность ноты.

Джойстик. Обычно это два потенциометра, которые располагаются под углом 90 градусов, их механическая конструкция такова, что позволяет одним рычажком свободно перемещаться по двум координатам — Х и Y, т.е. можно одним движением управлять сразу двумя параметрами. Имеется еще колесико под названием Pitch Bend, служащее для создания «подтяжек».

Модули генераторов

VCO — это генератор, управляемый напряжением. Он генерирует импульсы 4 типов: пилообразные, треугольные, прямоугольные и синусоидальные напряжения. Каждая форма импульсов имеет свою специфическую спектральную характеристику, поэтому для этого используется так много всяких форм. К примеру, напряжение прямоугольного типа способно изменять скважность импульсов (соотношение паузы к длительности импульса) в зависимости от управляющего напряжения. Это позволяет изменять спектральный состав этих импульсов. Все эти импульсы, как положено, смешиваются в микшере и подаются на управляемый напряжением фильтр или балансный модулятор.

Noise — это генератор шума. Как правило, в студийных синтезаторах применяется генератор белого шума и генератор розового шума.

LFO — это низкочастотный генератор, который предназначен для управления блоками VCO, VCF и VCA. Обычно выходная функция этого генератора весьма сложна и предоставляет возможность варьировать эти выходные функции в широких пределах - от синусоидальной функции до прямоугольной или треугольной, и в большом диапазоне низких частот - 0,01-100 Герц. В свою очередь, эти устройства могут тоже управляться напряжением и модулироваться таким же генератором, как и он сам. Однако запускается такой генератор с помощью сигнала «строб» или «старт», коррелирующими с функциями времени клавиатуры, секвенсора и других устройств. В качестве LFO изредка можно использовать ADSR, на котором следует заранее выстроить необходимую функцию.

ADSR — это генератор огибающей функции:

• A — (attack) — начальная фаза, подъем;
• D — (decay) — фаза перехода звука в установившееся состояние;
• S — (sustain) — фаза «поддержки»;
• R — (release) — послезвучание;

Он применяется для управления блоками VCO, VCF, VCA, а так же LFO. Имеются блоки ADSR с большим количеством аппроксимирующих функцию элементов — от 4 до 8. Иногда эти модули выполняют с изменяемым от напряжения уровнем элементов. Имеется ввиду, что  время атаки можно задать напряжением от какого-то внешнего генератора функций времени, например, LFO или секвенсора. Кроме этого, можно использовать клавиатуру для этой цели. В этом случае время атаки будет изменяться по всей длине звуко-высотного ряда клавиатуры. Как правило, ADSR запускается сигналом «строб» («gate») с клавиатуры или секвенсора, но также его можно запускать прямоугольным импульсом с LFO. Выходную функцию ADSR иногда интересно инвертировать.

Sample & Hold — генератор случайной выборки. Наряду с двумя генераторами Noise и LFO, он создает случайную последовательность низкочастотных импульсов, которые, в свою очередь, используются для управления других функций синтезатора. Обладает очень колоритным звучанием. Вместо генератора Noise иногда можно использовать любой другой спектр — VCO, VCF, VCA, другой LFO.

Хотя, модуль по стробу запоминает сигнал со входа и держит его на выходе, а генератор случайной выборки получается из S&H именно при соединении Noise и LFO, но могут быть и другие варианты применения.

Модули, управляемые напряжением

VCF - это фильтр, управляемый напряжением, служащий для изменения спектрально-временных функций в зависимости от управляющего напряжения. Бывает 3 классов:

• LPF - низкочастотный фильтр (ФНЧ). По умолчанию полоса пропускания этого фильтра располагается в низкочастотной области спектра. При повышении управляющего напряжения частота среза данного фильтра устремляется в область высоких частот.
• HPF - высокочастотный фильтр (ФВЧ). По умолчанию полоса пропускания этого фильтра располагается в высокочастотной области спектра. При повышении управляющего напряжения частота среза данного фильтра продвигается в область низких частот.
• BPF - полосовой фильтр, образующийся путем последовательного включения двух предыдущих фильтров. Полоса пропускания данного фильтра может располагаться в произвольной области спектра, ширина ее зависит от добротности фильтра. Добротность фильтра (Q) также может управляться управляющим напряжением.

Как правило, в фильтрах студийных синтезаторов применяются фильтры от 2 до 8 порядков. Один порядок равняется 6 db/okt. Обычно используются фильтры 4 порядка, т.е. 24 децибела на октаву.

VCA — управляемый напряжением усилитель. Сфера использования - управление функцией амплитудно-временных характеристик. Обычно работает вместе с генератором ADSR и LFO. Шумовые параметры данного усилителя ни в коем случае нельзя недооценивать. Компоненты, которые используются для создания такого усилителя, должны быть очень высокого класса и иметь очень низкий коэффициент шума

RM - балансный модулятор, чаще всего простой 4 квадрантный перемножитель, использующийся для придания звуку определенного своеобразия и большей колоритности.

Вспомогательные модули

Mixer — это микшер. Благодаря ему смешивается определенное количество звуковых или управляющих сигналов. Как правило, это небольшие микшеры от 4 до 8 каналов. Существуют микшеры, которым подвластны функции суммирования и вычитания одновременно. Выходное напряжение канала в среднем положении потенциометра равно 0. Если повернуть от 0 влево – сигнал суммируется с другим каналом, а при повороте вправо вычитается из него, что позволяет достичь большего разнообразия.

Signal Selector - это коммутатор, выполняющий функцию тройника. Если недостаточно имеющихся входов или выходов, используют этот модуль.

FCV — преобразователь частоты в напряжение. Это тоже занятный модуль, применяемый для преобразования частоты звука в напряжение, которое в свою очередь можно использовать для управления блоками синтезатора. Подключив к его входу микрофонный усилитель, а выход этого устройства к VCO, можно легко управлять звуко-высотным рядом синтезатора с помощью голоса, флейты или какого-либо другого внешнего музыкального инструмента.

Lost modules - к ним можно отнести любые самые разнообразные модули, которых пока нет в природе, все зависит только от вашей творческой выдумки. Например, это может быть высокочувствительный энцефалограф, позволяющий снимать всевозможные альфа, бета, гамма-излучения с вашего мозга или биоэлектрическую активность с мышц тела и преобразовывать это в управляющее напряжение. В итоге, появится возможность глубже проникнуть в мир «придуманных чудовищ». Или достаточно скудно звучащий Терменвокс можно легко интегрировать в синтезатор, что даст возможность использовать новые дополнительные приемы для управления этим синтезатором. По существу, такой студийный синтезатор – это электронно-акустическая лаборатория, в которой можно исследовать и использовать свои творческие замыслы.

Коммутация блоков между собой

Чем больше степеней свободы в коммутации, тем больше свободы в звукоизвлечении. Не стоит бояться коммутировать блоки между собой. Единственно, о чем следует помнить, это не объединять между собой два выхода. Для коммутации в модулях на переднюю панель лучше всего выводить гнезда под микроджеки, потому то они более компактны. Кто не любит «бороды» из проводов, те могут сделать себе наборное поле. Управляющие выходы выводятся по оси X, управляемые входы - по оси Y. Или можно соорудить электронный аналоговый коммутатор и клавиатурное поле N/M. Примерно в среднем кнопочек 40х40, все зависит от сложности и количества модулей в аналоговом студийном синтезаторе. Возможно, «борода» из проводов, наверное, все-таки лучше, просто и надежно.

Чаще всего в студийных аналоговых синтезаторах применяется от 8 до 16-32 генераторов VCO, 4-16 VCF и столько же VCA. LFO можно поставить на каждый управляемый модуль по одному, т.е. VCO+LFO, VCF+LFO, VCA+LFO. Также можно поступить и с ADSR, иначе говоря, чтобы на один управляемый блок пришлось два управляющих блока. Все эти модули очень удобно расположить в каком-нибудь неглубоком шкафчике стандарта Mini-Rack вертикальном положении. Если кто может - самостоятельно изготовить рэковскую стойку или приобрести ее.

Ручки следует подбирать одной фирмы, можно использовать ручки разных диаметров. Потенциометры лучше поворотные, а не полосковые. В полосковые очень часто попадает пыль, поэтому они быстро портятся. Поворотные потенциометры более компакты, поэтому панелька модуля тоже может быть достаточно компактной. Конструктив студийного синтезатора может быть самым разнообразным. Главное - придерживаться модульности конструкции, что позволит наращивать устройство до бесконечности.

Эмуляторы

Далеко не всем доступны большие студийные модульные аналоговые синтезаторы. Но при желании, понять принцип можно с помощью программной эмуляции.

VSTi Moog Modular - эмуляторы реально существующих синтезаторов. Могут вызвать сложности при изучении. Структура жесткая, количество модулей не меняется.

SynthMaker - среда для создания собственных синтезаторов и его интерфейса. Эмулятор синтезатора, эмулирующего аналоговый синтез NordModular.

За основу статьи взят материал habrahabr.ru