Hi there! Our project relies on ads or donation to keep the site free to use. Please sending a donation . Thanks!
Подождите, пожалуйста, выполняется поиск в заданном разделе

Синтезаторы звука история и принципы работы

Своеобразные устройства вывода – синтезаторы звука. Простейшие из них есть в арсенале почти у всех персональных компьютеров и представляют собой обычный малогабаритный динамик, напряжение сигнала на котором с большой частотой изменяется компьютером. Таким способом удается подать простой звуковой сигнал, указывающий на наступление какого-либо события. Многие языки программирования дополняются командами типа ВЕЕР, SOUND, позволяющими программировать серии звуков. Если звукогенератор физически реализован так, что частота звучания поддается регулированию, то можно запрограммировать несложную мелодию, а если есть несколько независимых звукогенераторов, то – и звучание оркестра. Для этого в современных компьютерах устанавливается специальная плата – звуковая карта, – способная преобразовывать аналоговый звуковой сигнал в последовательность двоичных цифр и наоборот. Существуют и синтезаторы речи, назначение которых понятно из названия.

Метод синтеза звука

Метод синтеза звука, использующийся в звуковой системе ПК, определяет не только качество звука, но и состав системы.

На практике на звуковых картах устанавливаются синтезаторы, гене­рирующие звук с использованием следующих методов.

1. Метод синтеза на основе частотной модуляции (Frequency Modulation Synthesis — FM-синтез) предполагает исполь­зование для генерации голоса музыкального инструмента как ми­нимум двух генераторов сигналов сложной формы. Генератор не­сущей частоты формирует сигнал основного тона, частотно-мо­дулированный сигналом дополнительных гармоник, обертонов, определяющих тембр звучания конкретного инструмента. Генера­тор огибающей управляет амплитудой результирующего сигнала. FM-генератор обеспечивает приемлемое качество звука, отлича­ется невысокой стоимостью, но не реализует звуковые эффекты. В связи с этим звуковые карты, использующие этот метод, не рекомендуются в соответствии со стандартом РС99.

Рис. 15.9. Синтез звука на основе частотной модуляци

2. Синтез звука на основе таблицы волн (Wave Table Synthesis — WT-синтез) производится путем использования пред­варительно оцифрованных образцов звучания реальных музыкаль­ных инструментов и других звуков, хранящихся в специальной ROM, выполненной в виде микросхемы памяти или интегриро­ванной в микросхему памяти WT-генератора. WT-синтезатор обес­печивает генерацию звука с высоким качеством. Этот метод син­теза реализован в современных звуковых картах.

Объем памяти на звуковых картах с WT-синтезатором может увеличиваться за счет установки дополнительных элементов па­мяти (ROM) для хранения банков с инструментами.

Звуковые эффекты формируются с помощью специального эффект-процессора, который может быть либо самостоя­тельным элементом (микросхемой), либо интегрироваться в состав WT-синтезатора. Для подавляющего большинства карт с WT-синтезом эффекты реверберации и хоруса стали стандартными.

Синтез звука на основе физического моделирования. Предусматривает использование математических моделей звуко­образования реальных музыкальных инструментов для генера­ции в цифровом виде и для дальнейшего преобразования в зву­ковой сигнал с помощью ЦАП. Звуковые карты, использую­щие метод физического моделирования, пока не получили широкого распространения, поскольку для их работы требует­ся мощный ПК.

Рис. 15.10. Синтез звука с помощью WT-синтезатора Такой принцип генерации звука реализован в так называемых сэмплерах - прообразах WT-синтезаторов. Сэмплер представляет собой устройство, с помощью которого можно записывать звуки реального инструмента с микрофона и затем воспроизводить с разной скоростью. Однако при генерации звука таким способом одновременно с изменением скорости воспроизведения и, соответственно, высоты звука будет изменяться длительность атаки затухания сигнала, что приведет к искажению тембра синтезируемого инструмента.

Поэтому в WT-синтезаторах применяется другой способ изменения высоты звука. Оцифровке подвергаются несколько разных по высоте звуков реального музыкального инструмента, перекрывающих весь его рабочий частотный диа пазон. Шаг по частоте должен быть достаточно мал, чтобы изменения тембра не были слышны.

После оцифровки все сэмплы (или их часть) объединяются в патч, т. е. набор фрагментов звучания реального инструмента во всем рабочем диапазоне частот. Именно поэтому термины патч и инструмент являются синонимами.

Полифония – максимальное количество одновременно воспроизводимых элементарных звуков. Для каждого типа звуковой карты значение полифонии может быть свое. (от 20 и больше голосов).

Единственным на сегодняшний день критерием классификации синтетических звуков является марка синтезатора. Очень полезно отличать звучание одного синтезатора от другого, как в плане общего музыкального развития и повышения музыкальной культуры, так и в смысле получения новых тем для музыкальных размышлений.

Аналоговые синтезаторы прошлого кажутся анахронизмами только недалёким пользователям программ категории. Несмотря на то, что каждый год появляются новые цифровые технологии, аналоговые синтезаторы не теряют своих качеств. Богатство тембра, красота звучания, цельность и актуальность сохранились до сих пор.

Поиск нового звучания заставляет смотреть не только вперёд, но и назад, использовать то, что уже забыто. И старинные аналоговые синтезаторы – огромное поле для деятельности.

История синтезаторов началась в конце позапрошлого века. Американский изобретатель Элайша Грей в 1876 году придумал «музыкальный телеграф» с рояльной клавиатурой в две октавы и встроенным динамиком. Практического значения это изобретение не получило, поскольку являлось концепт-инструментом, демонстрирующем возможности электричества.

Сохранившийся музыкальный телеграф

Через двадцать лет, в 1897 году другой американский изобретатель, Тадеус Кахилл , создал первый электромузыкальный полифонический инструмент, который считается прообразом современных синтезаторов — «Телармониум». Самый потрясающий момент в истории синтезаторов – весил первый синтезатор двести тонн. Большая часть веса приходилась на 145 динамо-машин. Что это была за студия, где находился такой инструмент, представить трудно.

Похожий на алтарь античного храма Теларомониум

Следующая дата в истории электронного звука. Отечественный учёный Лев Термен при поддержке советского правительства (указ В. И. Ленина) сконструировал терменвокс — синтезатор, который управлялся движением рук в зоне чувствительности специальных антенн. Это устройство очень чувствительно к движениям рук музыканта, и по чувствительности конкуренцию ему способна составить, пожалуй, только скрипка. На некоторое время об этом инструменте забыли, но сейчас наблюдается настоящий бум терменвокса. Очень многие музыканты используют его при записи своих альбомов.

  • Hammond

В 1935 году появился первый промышленный клавишный электромузыкальный инструмент — орган Hammond. Он позиционировался как недорогая альтернатива церковным органам, и как инструмент для домашнего музицирования. В тридцатые годы телевидение было ещё недостаточно распространено, и средний класс развлекался музицированием, поэтому рынок музыкальных инструментов был большим.

Изобрел инструмент Лоуренс Хаммонд, американский изобретатель, и назвал его, соответственно, собственным именем. Первая модель, которая называлась очень просто – «А», поступила в продажу в 1934 году, хотя официальной датой ее первого появления считается 15 апреля 1935 года, именно тогда изобретатель представил Hammond A на выставке, проводимой в Чикаго. Орган был небольших размеров, что могло бы послужить его популярности. Принцип формирования звука основывался на вращающихся с определенной частотой дисках, по одному на ноту. Диски приводились в движение с помощью двигателей, а напротив их находился магнит с обмоткой. Таким образом, скорость вращения и количество выступов на каждом из дисков влияли на высоту генерируемого тона. Революционным было то, что в органе Хаммонда уже использовался принцип добавочного (аддитивного) синтеза — тембр можно было менять за счет добавления к основному тону до восьми дополнительных гармоник (обертонов). Уровень гармоник устанавливался с помощью специальных регистров. То есть, по большому счёту, в середине тридцатых годов человечество уже имело полноценный аналоговый синтезатор. Аддитивный синтез используется в большинстве современных синтезаторов.

Лоуренс Хаммонд и его изобретение

Дальнейшим развитием модельного ряда органов Hammond стало добавление эффектов (реверберация, вибрато, хорус) и имитация различных акустических инструментов. Например, в модели Novachord (одной из самых успешных коммерческих моделей), выпускавшейся в период с 1939 по 1942 были попытки синтеза таких инструментов как пианино, клавесин, духовые. Генерировались и собственные, оригинальные звуки.

Орган Хаммонда модели A

В 1955 году в модели В3 для формирования тембра был добавлен перкуссионный звук с резкой атакой, который и поныне считается неотъемлемым для классического звучания органов Hammond.

Модельный ряд Hammond – это инструменты, наиболее часто используемые в индустрии звукозаписи начиная с самого зарождения электроинструментов. Это полноценные универсальные инструменты, которые не привязаны к определённому времени. Они используются и сейчас. Настоящее признание пришло к органам Хаммонда в эпоху рок-музыки: его звук хорошо известен по классическим альбомам ELP, Procol Harum и Deep Purple (музыку последней группы вообще невозможно представить без Hammond и Leslie).

Кстати, о Leslie. В 40-х годах Дон Лесли работал в фирме Hammond и предложил заменить эффект тремоло, применяя вращение рупора высокочастотного динамика для получения амплитудно-частотной модуляции. Его предложение тогда не имело успеха в корпорации, и выпускать свое устройство Дону пришлось самостоятельно. Но и сегодня мы говорим Хаммонд – подразумеваем Лесли, и наоборот. Первый Лесли был выпущен в 1949 году, после этого много раз видоизменялся, но концепция оставалась прежней.

Одна из моделей Lesie

Хаммонд и Лесли обладают ярко выраженными акустическим характером. Известен случай, когда производители духовых органов потребовали, чтобы Федеральная торговая комиссия запретила Хаммонду называть свои устройства органами. После экспертизы, в ходе которой выяснилось, что отличить на слух звук Hammond от звука духового органа никто не может, требования удовлетворены не были. Звучание первых электронных инструментов было похоже на звучание неизвестных акустических инструментов. В этом на орган Хаммонда похоже пианино Родеса

  • Rhodes Piano

Звучание этого инструмента неповторимо и давно уже стало классическим. Без него невозможно представить ни рок, ни поп, ни хаус, ни эйсид-джаз, ни множество других музыкальных направлений. Звук классического образца можно слышать в записях Passport, Incognito, Crusaders, Weather Report, Earth, Wind & Fire, Чика Кореа, Хербии Хэнкока, Джорджа Дюка.

Изобретатель Гарольд Родес сначала был прекрасным учителем музыки. В 20-летнем возрасте он основал «всеамериканскую» сеть музыкальных школ, в чем немало преуспел: «метод Родеса» по обучению игре на фортепьяно до сих пор заслуженно востребован.

С началом Второй мировой войны он записался добровольцем в армию. Руководство решило использовать талант педагога и Родесу поручили обучать музыке пациентов военных госпиталей. Для таких учеников нужен был особенный миниатюрный инструмент, дешёвый и надёжный. В 1942 он году создал такой: первые экземпляры в условиях военного времени собирались из запчастей отслуживших самолетов. «Пианино ВВС» (Army Air Corps Piano) представляло собой акустический инструмент: «струнами» служили алюминиевые трубы из гидравлической системы самолетов, выпрямленные и разделенные на отрезки соответствующей длины, подобно ксилофону. Клавиатура в две с половиной октавы была сделана из древесины хвойных пород, звук извлекался ударом деревянных молоточков о трубы. Было выпущено несколько тысяч таких устройств.

Концертный вариант одной из классических моделей

После войны Родес решил повторить успех, но с коммерческим расчётом. В новом трёхоктавном инструменте Pre-Piano в качестве генераторов звука использовались камертоны (выпускаемые на фабрике игрушек) диаметром около 1 сантиметра; самый низкий был длиной приблизительно 20 сантиметров. В инструменте были установлены электростатические звукосниматели; он был снабжен усилителем и встроенным 15-сантиметровым громкоговорителем. Эта модель стоила недорого (99 долларов), но спроса на неё не было. Причина – низкое качество звучания и ненадёжность. Через два года предприятие закрылось. Однако через некоторое время компания Wurlitzer, чья продукция известна и сейчас, разработала собственный инструмент на базе изобретения Родеса. После неудачи с Pre-Piano Родес начал работать над клавишным инструментом с 72 клавишами, корпус которого напоминал кабинетный рояль. Во время рекламного турне по Америке инструмент привлек внимание Лео Фендера, автора легендарных гитар и усилителей Fender. В 1959 году Родес и Фендер стали партнёрами. За шесть лет была выпущена только одна модель Piano Bass (басовое пианино). Сотрудничество оказалось неплодотворным, и Родес ушёл в компанию CBS. В 1965 появилось Rhodes Piano.

Гарольд Родес на фабрике, 1982 год

Струнами Rhodes Piano служат камертоны. Как объяснял сам Гарольд Родес: «Источником звука являются модифицированные камертоны с неравными ножками. Представьте себе закрученный стальной стержень, сдвоенный в месте расположения зубцов. При ударе по нему возникает звук, подобно камертону. Суть моего изобретения состоит в том, что я добавил зубцы с другой стороны камертона, благодаря чему его можно настраивать, перемещая пружину вперед или назад. Зубцы, выполненные из толстой рояльной струны, также более чувствительны к удару молоточков».

Последней из классических, полностью аналоговых по методу формирования звука моделей Rhodes Piano, была выпущенная в 1984 году Stage 2А. Музыканты, а особенно импровизаторы, до сих пор ценят модели Rhodes Piano за невозможность одинаково сыграть дважды одну и ту же ноту.

В каждом синтезаторе есть банки похожих на Rhodes Piano звуков. Иногда они называются «электропиано». Родес придумал звучание, которое стало музыкальным достоянием двадцатого века, и котрому подражают и сегодня. Хаммонд и Родес начали и закончили эпоху акустико-подобных синтезаторов. В дальнейшем звучание инструментов уже будет нести явно синтетический характер.

  • Minimoog

Первый полноценный синтезатор, то есть инструмент, позволяющий композитору самостоятельно создавать новые тембры был разработан компанией RCA в 1955 году. Инструмент назывался Mark I, и в рекламных целях на нем было записано несколько пластинок с переложениями классических произведений. В 1959 году появился Mark II, который теоретически мог выпускаться серийно для студий электронной музыки, но его габариты и цена (175 тысяч долларов) помешали успеху. Насколько синтезатор был необычным инструментом в те годы, можно понять, поставив какой-нибудь ранний альбом Фрэнка Синатры, скажем, Swing Easy (1955) – контрабас, тромбоны, трубы, рояль, перкуссии. Никакого синтетического звука и не ожидается.

Роберт Муг и Minimoog

Первый успех к синтезатору как к понятию пришёл в 1964 году, когда Роберт Муг сконструировал инструмент ценой всего в 7 тысяч при минимальной комплектации. На синтезаторы обратили внимание, но настоящее признание к синтезаторам пришло после выпуска в 1970 году легендарной модели Minimoog, стоимостью 1500 долларов. Minimoog выпускался одиннадцать лет, с 1970 по 1981 год. Этим синтезатором пользовались многие музыканты, настолько разнообразные, что заподозрить их в использовании одного и того же инструмента невозможно: ABBA, Pink Floyd, Kraftwerk, Depeche Mode, Michael Jackson, Rainbow, The Prodigy, Nine Inch Nails и так далее. Minimoog отличается своеобразным, специфическим и уникальным звучанием, что делает его актуальным и сейчас.

Легендарный Minimoog

По конструкции синтезатор достаточно прост – состоит из трёх аналоговых осцилляторов (VCO), микшера, генератора шума, VCA и резонансных фильтров, колесиков управления высотой тона и модуляцией, клавиатуры на 44 клавиши. Для компьютера выпущено большое количество эмуляций инструмента. Лучшая – полноценная эмуляция Moog Modular V от компании Arturia. Сам Роберт А. Муг назвал ее великолепной.

  • Yamaha GX-1

Следующий синтезатор, о котором хотелось бы рассказать – Yamaha GX-1. «B3 образца XXIII века» – так часто называли эту модель. GX-1 стоил около шестидесяти тысяч долларов и был впервые представлен на выставке NAMM 1973 года. Всего было выпущено семь штук. Знаменитый Стиви Уандер назвал Yamaha GX-1 машиной мечты. Бенни Андерссон из ABBA сказал, что возможности этого синтезатора не имеют пределов.

Один из семи экземпляров Yamaha GX-1

© GETTY IMAGES

В 1976 году был выпущен коммерческий вариант GX-1 – модель CS-80. Сегодня его компьютерная эмуляция CS80V предлагается многими производителями. Ханц Зиммер, автор сотен саундтреков к фильмам («Человек дождя», «Гладиатор» и другие), отдаёт предпочтение этому компьютерному аналогу. Он даже продал свой GX-1, поработав с программной эмуляцией.

Коммерчески успешная модель CS-80

© GETTY IMAGES

  • Roland

Так получилось, что компания Hammond стала настоящей кузницей конструкторов синтезаторов. Инженер Лесли из этой компании создал всемирно известный лесли-спикер, а другой сотрудник Hammond – Икутаро Какехаши, создал целый культ синтезаторов Roland. Эта компания с начала семидесятых годов занималась транзисторными музыкальными устройствами. Наиболее часто используемые сейчас старые инструменты – это ритм- и бас-машины TB-303, TR-808, TR-909, синтезатор TS-404 (TransistorSynth). С этими устройствами напрямую связано музыкальное направление acid. Roland – это не просто синтезатор, это новое на тот момент представление о звучании.

Настоящей революцией в звуке стали ритм-машины Roland, которые компания начала производить с первого дня своего существования. Это модели TR-33, TR-55, TR-77 (TR – Transistor Rhythm). Наиболее успешная – TR-808. KLF, Beastie Boys, Dr.DRE, Jean Michel Jarre, Public Enemy, Snoop Dogg – очень неполный перечень музыкантов, которые использовали и этот инструмент.

Roland TR-808

© GETTY IMAGES

Созданная в 1980 году ритм-машина была программируемой, имела свой банк синтезированных звуков, при этом обладала широкими возможностями редактирования. С момента выхода до популярности прошло некоторое время: музыканты с опаской смотрели на новый звук.

Но настоящий взрыв на рынке синтетического звука произошёл, когда компания выпустила до этого не существовавшее устройство – совмещенный бас/ритм модуль. В качестве бас-машины было разработано устройство TB-303 (TB – Transistor Bass), в качестве ритм-машины использовалась TR-606. Оба устройства синхронизировались между собой по MIDI-интерфейсу. Этот инструмент сильно повлиял на несколько стилей, от техно до транса. Вся современная танцевальная музыка вышла из этого аппарата.

Roland TB-303

© GETTY IMAGES

В 1983 году выпущен новый модуль ритм-машины TR-909. Он стал продолжением известной модели TR-808. Отличие заключалось в том, что теперь хэты и тарелки были сэмплированы, а не синтезировались, как в 808.

Особенно ценятся сейчас профессиональные синтезаторы Roland, в частности, серии Jupiter. Эти инструменты стоят весьма дорого.

Первая выпущенная модель Jupiter 4 Compuphonic не привлекала большого внимания, хотя ей пользовались несколько ведущих музыкантов. Она выпускалась три года подряд – с 1978 по 1981. Внешне она похожа на небольшой электро-орган. Клавиатура тоже маленькая – всего 49 клавиш. Аппаратная часть состояла из аналоговых осцилляторов, фильтров, блока PWM-модуляции, арпеджиатора. Инструмент поддерживал четырёхголосную полифонию. Из знаменитостей, использовавших данный инструмент можно назвать Stevie Wonder, Tangerine Dream, Depeche Mode, Gary Newman.

Roland Jupiter-4

© GETTY IMAGES

Следующим в модельном ряде стал Jupiter-8. Он начал выпускаться с 1980 года и отличался от предшественника не только внешне, но и внутренне. Это уже 61 клавиша, а не 49, полифония стала восьмиголосной. Два аналоговых осциллятора для каждого голоса, регулирование баланса между ними, PWM, фильтры, ADSR-envelopes, 64 пресета – на тот момент ни у одного из конкурентов не было таких возможностей.

Roland Jupiter-8

© GETTY IMAGES

Эта модель также очень востребована. Ей пользовались и пользуются: Ministry, Moby, Orbital, Depeche Mode, Jean-Michel Jarre, The Prodigy, Duran Duran, Pet Shop Boys, The Cure и ещё не одна сотня известных музыкантов. Jupiter-8 выпускался четыре года, с 1980 по 1984. По сегодняшний день Roland не выпустил ничего более успешного, чем эта модель.

В 1983 году была выпущена шестиголосная полифоническая модель Jupiter-6. Она имела ряд новшеств и расширений возможностей для серии Jupiter, но выпускалась всего лишь год и появилась в преддверии не менее известной серии Juno.

Roland Juno-6

© GETTY IMAGES

Серия Juno знаменита, благодаря синтезатору Juno-6. Отличает его шестиголосная полифония и впервые применённые цифровые (а не аналоговые) осцилляторы (DCO – Digital Controlled Oscillator). В отличие от аналоговых, цифровые осцилляторы позволяют получать более точное соответствие звука с представлением музыканта. Проще говоря, настройки звучания стали проще и стабильнее.

Juno-6 выпускался с 1982 по 1984 год. В 1984-м ее сменила Juno-106, где, помимо всего прочего, было качественно интегрировано MIDI. 106-я модель выпускалась до 88 года. Ей пользовались Chemical Brothers, EMF, Jean-Michel Jarre, The Prodigy, Reel 2 Reel, Eurthymics, Tangerine Dream.

Roland сегодня – одна из ведущих компаний-производителей электронных инструментов. Ассортимент очень широк, однако выпустить что-либо также узнаваемое и имеющее такое влияние на музыку, как аналоговые синтезаторы и ритм/бас-машины им так и не удалось.

Комментарии (0)


avatar

Чтобы оставить комментарий войдите или зарегистрируйтесь



История компьютерной техники и IT технологий

Термины: История компьютерной техники и IT технологий