Arial Georgia Tahoma Times New Roman Verdana

Дочерняя звуковая карта YAMAHA PLG100-DX

В памяти любителей музыки на PC пока свежи воспоминания о FM-синтезе, реализованном во множестве SoundBlaster-совместимых картах еще несколько лет назад. Напомню, что при реализации звучания General MIDI-инструментов в то время использовалась лицензированная у Ямахи технология частотной модуляции для синтеза звука (FM — frequency modulation). Качество реализации MIDI по методу FM изначально было рассчитано на игровое применение (первый, использованный фирмами AdLib и Creative чип — YM3812 — Ямаха ставила в свои игрушечные инструменты).

В связи с этим, упоминание технологии частотной модуляции некоторое время назад использовалось в негативном смысле для рекламы действительно лучше звучащих Wavetable-карт, которые позиционировались и на музыкальное использование. Тем не менее, далеко не все знают, что когда-то в восьмидесятых годах FM был профессиональным музыкальным синтезом и был реализован в популярных синтезаторах серии DX. С той поры прошло пятнадцать лет, и Ямаха снова вернулась к профессиональному FM, выпустив дочернюю музыкальную плату PLG100-DX — аналог знаменитого синтезатора DX7.

Как обычно для дочерних карт серии PLG, ее можно подключить к музыкальной плате SW1000XG, к некоторым клавишным и тон-генераторам от Ямахи.

Данная статья будет полезна тем читателям, которые используют свой PC (или Mac) для музыкального творчества, хотели бы расширить свой кругозор и познакомиться с профессиональным методом звукового FM-синтеза — возможно, он будет полезен в творческой работе.

Немного истории

Первый успешный в коммерческом плане синтезатор, реализующий FM-синтез, был DX7, выпущенный Ямахой в 1983 году. За четыре года было продано 160 тысяч единиц (по некоторым данным 180) — гигантская по тем временам цифра для профессионального музыкального оборудования. DX7 был одним из первых полностью цифровым инструментом. Элементная база того времени не позволила сделать, по нашим современным представлениям, качественный аппарат — DX7 имел 12-битовый ЦАП на 28 кГц и имел монофонический звук. Однако, именно DX7 продемонстрировал удобство цифровых технологий. Последующие модификации (DX7II и др.) ликвидировали недостатки первой модели — ЦАП стал 16-битным, звук — стереофоническим. Особенности используемого метода FM-синтеза не позволили достоверно имитировать звучание большинства акустических музыкальных инструментов, но DX-синтезаторы прекрасно подошли для генерации необычных синтетических звуков.

В конце 80-х выпуск DX-синтезаторов прекратили, и лишь сравнительно недавно, в 1998 году Ямаха выпустила тон-генератор FS1R, который продолжил технологическое развитие FM (на момент написания статьи был также анонсирован новый синтезатор DX200).

Разработав PLG100-DX, Ямаха вернулась к классической модели FM-синтеза, но уже на более высоком уровне развития элементной базы.

Немного теории

Читатель, знакомый с основными принципами FM-синтеза может перескочить на следующий раздел.

Как известно, любой звук можно разложить на множество элементарных составляющих — синусоидальных волн различной частоты и амплитуды. У простой синусоидальной волны «тембр» звучания прост и невыразителен. Но, если воздействовать на частоту и амплитуду генерации синусоидальной волны другой волной, тембр существенно меняется, обогащаясь различными гармониками, зависящими уже от частоты и амплитуды воздействующей волны. Синтез звука, использующий различные комбинации взаимодействующих синусоидальных тонов, получил название частотной модуляции (frequency modulation), сокращенно — FM.

Так вот, в терминах FM электронный блок, генерирующий синусоидальную волну заданной частоты и амплитуды, и имеющий два входа для его модуляции (по частоте и амплитуде) получил название оператор (operator).

В связке из двух операторов тот, который непосредственно воспроизводит звук, именуется носителем (carrier), а тот, который модулирует звучание — соответственно модулятором (modulator). На рисунке показаны некоторые их простые комбинации.

В цепочке последовательно соединенных операторов последний из них является носителем (источником звука), а остальные — модуляторами.

Сигнал с выхода оператора может поступать на его вход. В этом случае говорят, что оператор имеет обратную связь (feedback). Уровень обратной связи может регулироваться. Чем больше сигнал с выхода оператора проникает на его вход модуляции по частоте, тем более сложный спектр приобретает общий выходной сигнал.

Теоретически, имея достаточно большое количество операторов и подходящую схему их совместного соединения, можно достоверно имитировать любой звук. В реальности, для большинства звучаний, особенно с шумовыми признаками, достоверная имитация сложна, т. к. требует обилия динамически изменяющейся управляющей информации для операторов и большого количества последних. В синтезаторах серии DX и PLG100-DX используется только шесть операторов, соединенных 32-мя различными способами. Эти комбинации называются алгоритмами (algorithms).

Схема звукового синтеза DX7 (PLG100-DX)

В инструментах серии DX используется шесть равноценных операторов. Для синтеза звука выбирается одна из 32-х возможных схем (алгоритмов) их соединения.

Сконструировать собственный алгоритм нельзя. Один из операторов всегда соединен обратной связью, хотя имеется одно исключение — в алгоритме номер 4 обратной связью объединены сразу три оператора.

Каждый из шести операторов независимо друг от друга управляется собственным набором контроллеров, включающим в себя следующие элементы:

Далее, блок FM-синтеза в целом управляется еще одним набором контроллеров:

Анализируя представленную схему синтеза, можно заметить существенную зависимость генерируемого звука от силы и высоты взятой ноты. Запомним это на будущее.

Комплект поставки, внешний вид, установка

В комплект поставки кроме платы синтезатора входит руководство пользователя на 53 страницах и компакт-диск. Последний содержит облегченный вариант секвенсора XG Works Lite с дополнительными программами для дочерних карт. Как и в случае с PLG100-VL, для владельцев материнской платы SW1000XG полезными будут лишь демонстрационные MIDI-файлы, в разных стилях показывающие некоторые возможности DX FM-синтеза. Для владельцев совместимых тон-генераторов и клавишных инструментов интерес представят дополнительные патчи (Performance), сочетающие FM и AWM инструменты.

YAMAHA PLG100-DX имеет типичные для серии PLG габариты: 138,5×89,0×8,5. Сверху справа — разъем для подключения к материнскому устройству. Внизу справа (самая крупная микросхема) — собственно, чип FM-синтеза. Четыре отверстия по краям платы предназначены для ее крепления на пластмассовых штырьках к материнской звуковой карте.

Инсталляция, как обычно для карт серии PLG, проста. Аккуратно подцепляем «дочку» к борту SW1000XG, соединяем шлейфом и включаем системный блок. Всё, можно проигрывать демо файлы. Перед дальнейшим чтением прослушайте одну из композиций: EP Ballade. Играет связка PLG100-DX и SW1000XG.

Программное обеспечение

В комплект поставки входит программное обеспечение визуального управления DX-синтезом, работающее, как обычно, только в среде фирменного ямахинского секвенсора XG Works. После его установки, в меню Plug-in указанного секвенсора можно запустить две утилиты — DX Easy Editor и DX Simulator.

Утилита DX Easy Editor позволяет выбрать один из встроенных инструментов и легко управлять его основными параметрами. На вкладке DX:

можно включать/выключать операторы, изменять относительные уровни операторов, влиять на степень обратной связи, выбрать тип контроллера и его чувствительность для управления генератором огибающей. На вкладке XG можно изменять параметры огибающей для амплитуды и частоты, вибрато, параметрического эквалайзера и фильтра.

Сделанные изменения (фактически новый инструмент) могут быть сохранены в отдельном файле или внесены на MIDI-дорожку (на одном из 16 каналов) в секвенсоре. Соответственно, можно далее загрузить сохраненный файл или прочесть данные с MIDI-дорожки.

Утилита DX Simulator, как и следует из ее названия, имитирует синтезатор DX7.

Если под рукой нет MIDI-клавиатуры, то можно поиграть мышкой на нарисованных клавишах. Основное управление синтезатором сконцентрировалось в окне Edit Panel.

Представленная панель довольно точно имитирует органы управления старого «железного» синтезатора. Автор переписал из библиотеки Yamaha руководство пользователя DX7 и изучил его, используя утилиту DX Simulator как практическое пособие. Все работает так, как было напечатано в 1983 году. Отличия имеются только в процессе сохранения и чтения редактируемых инструментов. Оригинальный DX7 имел для этой цели сменные картриджи, а PLG100-DX использует все-таки возможности компьютера J, т. е. можно сохранять и читать установки на диск, один из MIDI-каналов секвенсора или использовать MIDI-порт секвенсора.

DX Simulator имеет еще одно окно управления — Edit List. Здесь компактно в цифровом виде показаны все установки FM-синтеза. Пожалуй, из этого окна удобнее всего непосредственно изменять параметры синтеза звука.

Технические подробности

Итак, исследуем, наконец, технические возможности дочерней музыкальной платы YAMAHA PLG100-DX.

В точности, как и рассмотренная в предыдущей статье плата виртуального акустического синтеза PLG100-VL, эта карточка занимает один MIDI-канал. Канал можно выбрать любой из 16-ти, но в целях совместимости предпочтительнее выбрать первый. Соответственно, в один момент времени может звучать только один инструмент, т. е. PLG100-DX является монотембральным устройством. Но, в отличие от VL, PLG100-DX обладает полноценной полифонией в 16 голосов.

Как уже говорилось выше, синтезирующая часть Ямахи включает в себя шесть независимых операторов, объединенных в 32 фиксированных алгоритма. Этого вполне достаточно для генерации убедительного звучания многих тембров. Необходимо отметить, что идеология FM-синтеза в принципе отличается от широко распространенного синтеза на основе готовых сэмплов. В последнем случае, говоря коротко, источником звука является сам звук. В случае FM-синтеза источником звука можно считать управляющую информацию, объем которой на порядок (или несколько порядков) меньше. Напрашивается полная аналогия в сравнении между волновым файлом (типа .wav или .mp3) и MIDI-файлом (.mid). В первом случае, мы слышим то, что непосредственно записано в файле, во втором — мы слышим конкретный MIDI-синтезатор, управляемый сравнительно небольшим потоком информации.

В принципе, используя имеющиеся возможности FM-синтеза, можно самим получать бесконечно разнообразный ряд звуков. Но, для удобства музыканта в комплекте с PLG100-DX фирмой YAMAHA уже подготовлен набор из 912 (!) инструментов. Эти инструменты включены в DX-XG спецификацию и содержатся во всех GM группах, исключая группу Sound Effects. Рассмотрим подробнее встроенные DX-банки.

Основной набор (он называется DX-XG/A) располагается по адресам MSB 83 и LSB 0, 64 — 80, 96 — 109. Он содержит 849 инструментов. Дополнительный набор с различными эффектами (DX-XG/SFX) находится по адресу MSB 67 и LSB 0. Он включает в себя 63 звука, в основном шумовые, ударные и «космические». Список встроенных инструментов можно найти на стр. 30 Руководства пользователя.

Кроме набора DX-XG/A в Руководстве на стр. 35 обозначен еще DX-XG/B, но последний лишь повторяет часть набора А, включая инструменты с MSB 99 и LSB 0 и 64 - 80. Вероятно, он сделан для возможной совместимости с другими DX устройствами, например YMF-7х4DX за $15 (шутка).

Имеется еще один набор (совместимый с пресетами в DX7 и именуемый Custom Voices) по адресу MSB 35 и LSB 0. По умолчанию, последний набор содержит те же инструменты, что и оригинальный DX7 с картриджем и в этот набор можно загружать патчи, созданные для старого синтезатора. Автор переписал из Интернета множество банков для DX7 в SysEx-формате (всего 607, в каждом по 32 инструмента) и все они работают. Иначе говоря, к 912 встроенным инструментам добавилось еще 19000 :). По формату SysEx-сообщений дочерняя карта совместима со многими синтезаторами серии DX и модулями серии TX.

Разумеется, имеется возможность тасовать различные инструменты в Custom-банке, а также комплектовать новые под себя, т.е. можно создать банк из 64 инструментов и включить туда, например, только электроорганы или «космические» эффекты.

Кстати говоря, SysEx-файл, содержащий установки для 32-х DX-инструментов, занимает объем 4 Кб. Отсюда можно подсчитать, что на один инструмент «тратится» примерно 120 байт памяти и этот размер постоянен для любых звуков. Сравните данный факт с типичными объемами Wavetable-инструментов, впрочем, в наше время объем занимаемой памяти уже не критичен.

Как и любой XG-совместимый аппарат, PLG100-DX реагирует на типичные MIDI-сообщения, но есть одна тонкость. DX-плата не имеет на борту собственного эффект-процессора, поэтому эффекты типа реверберации за нее воспроизводит материнское устройство. Впрочем, на PLG100-DX стоит двухполосный параметрический эквалайзер и два управляемых фильтра низкой и высокой частоты.

В заключение стоит отметить режим Unison, отсутствовавший в оригинальном DX7. В этом режиме к выбранному тембру присоединяется звучание еще трех аналогичных, но с небольшим (регулируемым) отклонением частоты. В итоге получается «жирный» хорусоподобный звук. Естественно, в данном случае полифония понижается с 16-ти до 4-х голосов

Оценка звучания

Переходим к самому интересному. В наши дни FM-синтезатор явно не предназначен для имитации большинства реальных инструментов. Сэмпловые синтезаторы это умеют делать лучше. Прослушайте, как звучит фортепиано PLG100-DX: 02piano.mp3. А вот флейта: 03flute.mp3. Труба: 04trumpet.mp3 (с сильной реверберацией). Похоже на «правду», но FM-природа заметно ощущается, особенно на трудном для FM синтеза тембре фортепиано.

Тем не менее, часть акустических инструментов имитируется хорошо. К ним относятся всевозможные колокола (колокольчики), челеста и другие инструменты похожего плана. Прослушайте этот отрывок: 05 vibetron.mp3. Также неплохо играют духовые органы: 06organ.mp3. Ну, а DX-Piano вошло в репертуар лучших звуковых модулей 01ep.mp3.

Все-таки истинное предназначение FM-синтеза — создание новых необычных электронных звучаний. Вот парочка, может, и не самых удачных примеров (все они взяты с дополнительных библиотек, созданных для оригинального DX7): 07synth1.mp3 и 08synth2.mp3.

Из раздела «Схема синтеза» можно заметить, что имеется много контроллеров, зависящих от высоты ноты и ее громкости. Соответственно и много звуков своеобразно реагируют на эти параметры. Например, создатели оригинальных тембров любят на силу удара по клавише навесить управляемый фильтр, сопровождаемый, зачастую, относительным изменением громкости отдельных операторов: 09velocity.mp3. Иногда фантазия авторов принимает причудливые формы: 10fantasy.mp3.

Также, имея определенную долю фантазии, FM-синтез можно вполне применять для имитации «живых» шумов так, как, например, это сделано здесь: 11wild.mp3.

Прослушаем, как влияет на звук включение режима Unison (упомянутого выше) на примере тембра электрооргана: 17unison.mp3.

Во многих тембрах PLG100-DX (особенно на низких звуках) явственно слышатся шумовые признаки. Это связано не с недостаточным соотношением сигнал/шум платы — это «побочная» особенность выбранного метода FM-синтеза. В данном случае можно попробовать подкорректировать звучание встроенным двухполосным параметрическим эквалайзером или фильтрами.

Отметим, что на данный момент YAMAHA PLG100-DX не имеет аналогов среди компьютерных плат, если таковыми не считать старые добрые FM-Sound Blaster-ы и совместимые с ними устройства. Тем не менее, отдадим дань уважения карточкам, с которых началось наше знакомство с миром мультимедиа на PC и не ради теста, а просто для сравнения послушаем, как звучит General MIDI классического представителя раннего поколения — Creative Sound Blaster 16 (модель CT2960) образца 1996 года.

Представленные ниже фрагменты соответствуют отрывкам, показанным выше для PLG100-DX. Фортепиано: 12sbpiano.mp3, флейта 13sbflute.mp3, труба 14sbtrumpet.mp3, челеста 15sbcelesta.mp3 и духовой орган 16sborgan.mp3.

Очевидно, что профессиональный и «игровой» FM-синтез разделяет огромная пропасть качества.

DX-эмулятор — кто бросит вызов?

В последнее время мы становимся свидетелями стремительного наступления программных синтезаторов, из детских игрушек выросших в профессиональные инструменты. Аппаратным решениям всё труднее доказывать свое превосходство в звуке и удобство в работе. Множество старых синтезаторов нашло второе рождение в программах-эмуляторах. Minimoog? — пожалуйста. PPG? (мало, кто о нем слышал) — вот он VST-инструмент. DX7? А вот DX7-эмулятор автор не нашел. Нашлась единственная программа — Virtual Sampler, в которой была заявлена поддержка DX FM-синтеза. Мне удалось загрузить DX SysEx-файлы в данную программу, но звучали они не совсем так, как на PLG100-DX, и управление FM-синтезом практически не реализовано. Но это сегодняшний день, а что будет дальше?

Несколько последних замечаний

Для интересующихся подробностями о синтезаторе DX7 могу рекомендовать следующий сайт: byrd.math.uga.edu. Здесь можно найти массу полезной информации и ссылок. Сайт регулярно обновляется.

Подробнее о музыкальной карте SW1000XG смотрите на iXBT.com, там же можно кратко познакомиться с другими PLG.

Про серию PLG и SW1000XG можно еще почитать здесь www.xgfactory.com и здесь www.yamahasynth.com/pro/plg150/ms.html

YAMAHA также выпустила обновленную версию рассмотренной в статье платы под наименованием PLG150DX. Она отличается лишь поддержкой еще одного программного интерфейса — Modular Synthesis Plug-in System, используемого в последних ямахинских электронных инструментах. С точки зрения технических характеристик данная плата ничем не отличается от PLG100-DX.

Стоимость карты в России на момент публикации статьи $270. Возможно, цена несколько завышена (не нашими дилерами, а Ямахой), но, впрочем, ведь нужно окупать вложения в разработку действительно новых продуктов, от этого потребители только выигрывают.

Выводы

YAMAHA PLG100-DX — очень интересный инструмент для музыкантов, интересующихся электронными звучаниями. Звук, генерируемый этим плагином, имеет свой характерный оттенок. Особенности FM-синтеза непривычны для тех, кто работает с сэмплами. Имеется возможность работать с патчами, созданными для старого синтезатора DX7. Обратите также внимание, что PLG100-DX является монотембральным устройством и для работы с ней необходимо «материнское» устройство. Эта карточка может понравиться «электронным» музыкантам и оказаться для них хорошим дополнительным инструментом в студии