Arial Georgia Tahoma Times New Roman Verdana

Аналоговый синтезатор
YAMAHA PLG150-AN

В середине 60-х годов прошлого века американец Роберт Муг (Robert Moog) построил первые электронные синтезаторы, основанные на аналоговых модулях управления синтезом звука. С этого момента началась эра коммерческого выпуска и использования в современной музыке электронных синтезаторов классического модульного типа. Со временем устоялся обязательный набор этих модулей, который повторялся во многих поколениях аналоговых синтезаторов. Все они долгое время были монофоническими (т. е. в каждый отдельный момент времени могла звучать только одна нота) и поэтому использовались для сольных мелодических партий, получения «спецэффектов» и ритмической пульсации. Но технический прогресс не стоял на месте, и в 1978 году появились многоголосные (с полифонией до пяти голосов) аналоговые синтезаторы Prophet-5.

Тем временем бурно развивались удобные для практического использования семплерные и FM-технологии, постепенно они оттеснили на задний план классический аналоговый синтез. Но когда цифровые технологии достигли уровня, позволяющего легко моделировать старый модульный синтез, он вернулся уже на новой элементной базе. Электронным музыкантам хорошо известны инструменты Access, Clavia, Novation, Waldorf, Roland. Не отстают и производители софтовых (программных) синтезаторов. Фирма YAMAHA выпустила клавишный синтезатор AN1x, а в 1999 году пополнила линейку дочерних карт серии PLG модулем аналогового синтезатора PLG150-AN. Этот, пожалуй, самый сложный модуль данной серии в целом соответствует классической модели синтеза, реализованного ранее в инструментах Prophet, но, кроме того, обладает рядом новых возможностей. Как обычно, его можно подключить к звуковой плате SW1000XG или к другим электронным инструментам от Ямахи.

Данная статья адресована всем любителям аналогового звука, т.к. изложенные в ней технические сведения одинаково полезны и для немногочисленных владельцев железных клавишных синтезаторов и для потенциально многочисленной братии любителей программного синтеза.

Наши были среди первых (исторический экскурс)

Сейчас многие считают, что именно синтезаторы Муга, появившиеся в 60-х годах, стали первыми электронными музыкальными инструментами, но это далеко не так. Еще в первой половине ХХ века советские инженеры, опередив западных и восточных коллег, разработали ряд замечательных инструментов.

В 1920 году Л.С. Термен изобрел бесконтактный музыкальный прибор, названный впоследствии терменвоксом. Высота тона и громкость этого необычного одноголосного инструмента определялись приближением рук к металлическим стержням. На терменвоксе успел поиграть сам В.И. Ленин. В 30-х годах Термена командировали в США, где он в свободное от шпионской работы время руководил компанией, производящей электромузыкальные инструменты. Терменвокс дожил до нашего времени. В Интернете можно найти довольно много ресурсов, посвященных этому инструменту, например, www.thereminworld.com. Москвичи и гости столицы могли увидеть и услышать терменвокс на открытом концерте Ж.М. Жарра (J.M.Jarre) в сентябре 1997 года.

Другой советский инженер — А.А. Володин разработал целую линейку мелодических электромузыкальных инструментов под названием «Экводин». Один из них — В-9 демонстрировался на международной технической выставке в Брюсселе в 1956 году и был награжден золотой медалью. Экводины в основном предназначались для имитации тембров акустических инструментов и отличались, можно сказать, совершенными средствами управления выразительностью звука. Между прочим, их электронная конструкция носила модульный характер и предвосхитила последующие наработки западных инженеров.

Самый необычный синтезатор изобрел в конце 50-х годов Е.А. Мурзин. Для синтеза звука в этом инструменте использовалась оптическая технология! Тембр определялся расположением прозрачных пятен на зачерненной стеклянной пластинке, которая протягивалась сквозь оптическое считывающее устройство. Звук этого синтезатора был столь необычен, что и спустя 40 лет не кажется таким наивным, как, например, многие опусы электронных групп конца 60-х — начала 70-х. Музыку для этого синтезатора, названного АНС (по инициалам русского композитора А.Н. Скрябина), сочиняли именитые советские композиторы того времени: Э. Артемьев, А. Шнитке и др. Интересующиеся электронными композициями для АНС могут заглянуть сюда www.electroshock.ru.

Истории аналоговых синтезаторов в Интернете посвящено множество сайтов, например www.synthmuseum.com.

Как устроен классический аналоговый синтезатор

Рассмотрим типичную схему простого аналогового синтезатора.

Основной особенностью модульных синтезаторов является принцип построения конечного инструмента из относительно независимых блоков, количество которых не регламентируется. Каждый блок (модуль) выполняет определенную функцию. Аналоговые сигналы между блоками (по сути, интерфейс) обычно стандартизированы. Поскольку сигналы не цифровой природы, уровни напряжения согласованы. Обычно изменение высоты тона на октаву соответствует увеличению или уменьшению напряжения на 1 В. Названия основных блоков носят трехбуквенные обозначения, и их следует запомнить, т. к. именно в этом виде они часто фигурируют в соответствующей литературе.

Сигнал от нажатой на клавиатуре клавиши поступает на вход генератора звуковой частоты VCO (voltage controlled oscillator). Напряжение этого сигнала информирует о высоте тона. На выходе VCO генерируется звуковая частота различной волновой природы (пилообразная, треугольная, импульсная с регулируемой скважностью), формирующая базовый тембр звука.

С помощью миксера (mixer) можно управлять относительными уровнями волновых форм и подмешивать сигнал от генератора шума (noise). Последний обычно используется для создания тембров с шумовыми признаками (морской прибой, например) и часто имеет регулировку типа шума — белый или розовый.

Далее микшированный сигнал поступает на вход регулируемого фильтра VCF (voltage controlled filter). Обработка звукового сигнала фильтром позволяет динамически скорректировать тембр или вовсе его изменить. Именно в этом модуле реализуется множество характерных «синтезаторных» эффектов.

Последний блок обрабатывает амплитудную огибающую сигнала VCA (voltage controlled amplifier). Здесь формируются протяженность и величины атаки, задержки и затухания исходного тембра.

Блоки VCF и VCA модулируются генераторами огибающих FEG (filter envelope generator) и AEG (amplitude envelope generator).

Еще один обязательный модуль — низкочастотный генератор LFO (low frequency oscillator). Он предназначен для модуляции других блоков при создании эффектов типа вибрато и тремоло.

«Настоящие» синтезаторы, в т. ч. PLG150-AN, так или иначе расширяют функциональные возможности подобной конструкции при помощи новых или дублированных модулей.

Схема синтеза звука в PLG150-AN

Рассмотрим подробнее схему синтеза звука, используемого в данной модели ямахинского виртуального аналогового синтезатора.

Итак, есть два независимых друг от друга генератора звуковой частоты — VCO1 и VCO2, для которых предусмотрены следующие формы волны: пила, прямоугольник, треугольник (имеется возможность комбинировать пилу и треугольник, менять их скважность). Управляя параметром Edge, можно сглаживать форму волны, например, плавно превращать пилообразную форму в синусоидальную.

Блок VCO1 на самом деле состоит из двух генераторов — Master и Slave. С помощью блока FM (частотной модуляции) можно воздействовать на VCO1, превратив последний в простенький двухоператорный FM-синтезатор.

Сигналы обоих генераторов звуковой частоты можно подать на кольцевой модулятор (Ring Modulator), который обогащает спектр входного сигнала новыми гармониками, полученными путем умножения и деления исходных частот. Например, если на входе присутствует волновая форма с двумя частотами — 200 и 300 Гц, то на выходе добавляются еще две: 300-200=100 Гц и 300+200=500 Гц.

Генератор шума (Noise Generator) выдает только белый шум во всем спектре слышимых частот.

Последний (пятый) элемент формируемого звукового тембра — это обратная связь (Feedback), снимаемая с выхода блока VCA.

Относительными уровнями всех компонентов тембра (VCO1, VCO2, RM, Noise, Feedback) можно управлять с помощью миксера.

Сигнал с миксера поступает на вход управляемого фильтра VCF. Фильтр с управляемыми характеристиками — это мощное оружие в руках опытного синтезаторщика. Блок VCF в исполнении PLG150-AN включает все стандартные функции.

• Velocity определяет чувствительность фильтра к силе нажатия на клавишу. В случае положительного значения данного параметра при сильных ударах на клавиши FEG воздействует на спектр больше, а при отрицательных — меньше.
• Cutoff влияет на частоту среза фильтра.
• Resonance управляет подъемом уровня фильтра на частоте среза.
• Keyboard Tracking задает чувствительность частоты среза фильтра от высоты тона (точнее, нажатой клавиши). Это позволяет, например, более точно позиционировать по высоте шумовые признаки музыкального тембра.

Для VCF можно выбрать тип фильтра:

• низкой частоты (Low Pass) с крутизной 12, 18 и 24 дБ/октаву;
• полосовой (Band Pass) — 12 дБ/октаву;
• высокой частоты (High Pass) — 6 и 12 дБ/октаву;
• полосовой исключающий (Band Eliminate) — крутизна не указана, похоже, 12 дБ/октаву.

После фильтра звуковой сигнал поступает на блок огибающей по амплитуде VCA, имеющий типичные параметры, управляемые по схеме ADSR (Attack, Decay, Sustain, Release). Кроме того, в VCA входит параметр Velocity (аналогичный VCF) и громкость (Volume), задающий общий уровень выходного сигнала.

Последний блок — блок эффектов, состоящий из секций Distortion и EQ. Distortion включает в себя параметры Drive и Dry/Wet (при Dry/Wet = 0 звук идет без искажений), а параметрический эквалайзер позволяет управлять тремя полосами Low, Mid, High, выбирая их частоту и уровень.

Виртуальный аналоговый синтезатор PLG150-AN имеет несколько модулирующих генераторов. Генератор огибающей по высоте (Pitch Envelope) PEG позволяет регулировать глубину, время атаки и спада высоты тона для одного или обоих VCO. Два независимых низкочастотных генератора LFO1 и 2 можно направить на модуляцию VCO, VCA и VCF. Для них, как обычно, можно выбрать тип волны: синус, треугольник, прямоугольник, пилу, ступеньку (Sample & Hold) и частоту модуляции. Генераторы огибающей для фильтра FEG и амплитуды AEG имеют типичную ADSR-характеристику.

В данном разделе была описана лишь незначительная часть возможностей PLG150-AN, некоторые из его функций мы подробнее рассмотрим ниже.

Инсталляция, программное обеспечение

В комплект поставки, кроме платы синтезатора, входят руководство пользователя на 74 страницах и три дискеты с программным обеспечением. В руководстве даются только базовые сведения о синтезаторе и справочные MIDI-таблицы в конце. На дискетах поставляются девять демонстрационных MIDI-файлов и два редактора для аналогового синтеза PLG.

  

Инсталляция дочерней карты ничем не отличается от установки других PLG-устройств, тестированных ранее (смотрите раздел «Мультимедиа» iXBT.com). Перейдем сразу к программному обеспечению.

Управляющие программы (как это свойственно ямахинским устройствам) работают только в среде собственного секвенсора XG Works. Имеются две утилиты, одна из которых представляет собой упрощенный редактор аналогового синтеза для чайников, а вторая — полный редактор для продвинутых юзеров. Посмотрим картинки:

Надо отдать должное Ямахе: обе утилиты выполнены добросовестно, не на скорую руку. К каждой программе прилагается онлайновая подсказка, в отличие от печатного руководства подробно разъясняющая все аспекты использования редактора. Редактируемый звук можно записать на диск, как массив данных (Bulk Dump) сохранить на MIDI-дорожке или внешнем устройстве (MIDI-Out). Возможны обратные операции чтения данных.

Некоторые технические подробности

YAMAHA PLG150-AN — сложная штука, её можно изучать неделями. Поэтому в этой статье мы подробно остановимся только на самых интересных особенностях данного синтезатора.

Подобно другим модулям серии PLG, AN - однотембральный инструмент, т. е. в каждый отдельный момент времени может воспроизводить только один звук с полифонией до пяти голосов. Имеется режим унисона (Unison), при котором звучание становится монофоническим и все пять генераторов, играя слитно с небольшой девиацией по частоте, производят очень насыщенный, «жирный» звук.

Как и большинство современных синтезаторов, PLG150-AN поставляется с уже готовыми пресетами. Их всего 256, и они раскиданы по двум банкам — 128 пресетов каждый. Есть еще один банк — пользовательский, в котором можно сохранять собственные наработки. Его емкость также 128 мест. После выключения питания все наработки пропадают (точнее, заменяются фабричными из двух первых банков), поэтому каждый раз следует сохраняться на внешнем записывающем устройстве (обычно PC). Из двух пресетных банков скомпонованы два XG-банка — XG/A и XG/B, причем второй является подмножеством первого. В приведенной ниже таблице сведены базовые данные по банкам:

В названии пресетов присутствует обозначение категории звука, к которой они относятся. По таблице ниже можно приблизительно оценить состав встроенных звуков:

Поскольку архитектура звукового синтеза не семпловой природы, а определяется настройками синтезатора, можно полностью изменять характер звучания и даже плавно перетекать из одного тембра в другой. На этом построен эффект морфинга (morphing): путем его назначения на какой-либо контроллер (по умолчанию after touch) можно «живьем» управлять тембровым составом, переходя от одного основного звука к другому.

Как и некоторые другие подобные инструменты, PLG150-AN имеет встроенный арпеджиатор (arpeggio). С его помощью при нажатии одной простой клавиши проигрывается целая ритмическая последовательность, которую можно запрограммировать самому. На рисунке ниже представлено окно управления арпеджио.

Еще одна замечательная возможность программирования звука связана с использованием четырехполосного свободного генератора огибающей (free EG). Можно вручную нарисовать кривую любой сложности и до четырех таких кривых назначить для управления практически любым параметром синтеза PLG. На фото вы видите окно рисования:

Нарисованную кривую можно назначить на следующие параметры синтеза:

Управление таким генератором дает возможность реализации почти неограниченных фантазий по модуляции звука.

Еще одна полезная штука — матрица программирования параметров (Ctrl Matrix Parameter). С ее помощью можно задействовать почти любые модуляторы для воздействия на 47 параметров синтеза. Этот процесс наглядно показан на рисунке ниже:

В заключение отметим, что PLG150-AN является XG-совместимым устройством, а значит, соответствуя этой спецификации, отзывается на типичные XG MIDI-сообщения.

Оценка звука

Для начала послушаем пару фрагментов из демок, поставляемых с картой (не забудьте подальше отвести от громкоговорителей маленьких детей и поклонников классической музыки: solo.mp3). Данный фрагмент показывает некоторые возможности синтеза звука и управления его параметрами в режиме реального времени.

Следующий отрывок записан в паре с аккомпанементом SW1000XG — old.mp3. Обратите внимание, что «голос» в начале композиции не эффект вокодера, а результат обработки эффект-процессором, находящимся на борту SW1000XG.

Говорить о качестве звука аналогового синтезатора довольно сложно из-за отсутствия четких критериев его оценки. В случае акустических инструментов всё просто: чем ближе синтезированный вариант к оригинальному тембру с учетом его динамики, тем лучше. Когда речь идет об аналоговом синтезе, не имеющем подобия в природе, критерии оценки зависят целиком от вкуса слушателей. Старые, по-настоящему аналоговые синтезаторы вовсе не были образцами качественного звука в его современном понимании, поэтому точность приближения виртуального аналогового синтеза к классическому (60-х — 80-х годов) вряд ли можно считать определяющей или даже значимой. Многие слушатели отвергают резкий электронный звук из-за его искусственности и отсутствия той теплоты, которая присуща множеству акустических инструментов. Поэтому, оценивая качество звука аналогового синтезатора, на мой взгляд, нужно принимать во внимание соответствие звучания той художественной задаче, которую решает исполнитель (композитор). Иначе говоря, все дело во вкусе, о котором, как известно, не спорят. Электронная музыка чаще нравится тем, кто помоложе — с возрастом люди становятся более консервативными и тяготеют к традиционному искусству.

Лично мне звук PLG150-AN понравился. Он такой, какой и должен быть у настоящего электронного инструмента — чистый и прозрачный. Это особенно заметно на низких звуках, на которых семпловые синтезаторы зачастую «обламываются». Жаль, что полифонии в пять голосов иногда не хватает и более старые затухающие ноты мгновенно выключаются.

Выводы

Виртуальный аналоговый синтезатор PLG150-AN должен понравиться музыканту, для которого сочинение электронной музыки — средство выражения своих талантов. Встроенные 136 пресетов покрывают различные категории тембров — от чистых солирующих до шумовых эффектов. Полифонии в пять голосов, как правило, оказывается достаточно для потребностей живого исполнения. Богатые возможности редактирования звука, включая режим реального времени, тоже многим понравятся. Звук скорее всего тоже придется по вкусу любителям электронной музыки.

Существенный недостаток современных программных и «картовых» железных синтезаторов заключается в невозможности «ощутить звук руками». Мышка не в счет. Поэтому настоятельно рекомендую серьёзным любителям покопаться с тембрами приобрести какой-либо MIDI-контроллер с ручками или слайдерами, позволяющий осуществить прямой физический контакт с параметрами синтеза. Могу рекомендовать Control Freak или Phat.Boy.

На момент публикации статьи плагин PLG150-AN можно купить в России приблизительно за $280.