Дочерняя музыкальная карта YAMAHA PLG100-VL


В 1998 году вниманию музыкантов, использующих электронные инструменты, фирма YAMAHA предложила интересную концепцию построения звукогенерирующей части музыкальной студии. В синтезаторы (S30, CS6X), тон-генераторы (MU128) и звуковую карту SW1000XG был встроен интерфейс, к которому можно подключить различные звуковые платы, расширяющие музыкальные возможности «материнского» устройства. Такие дочерние карты несут в наименовании буквы PLG. Данная концепция построения, в первую очередь, домашней студии интересна тем, что за очень умеренные деньги (порядка $200 — $300 за каждую дочернюю карту) можно дооснастить любой совместимый аппарат профессиональными возможностями, которыми он не обладает.

Краткий обзор серии PLG был дан в статье про звуковую карту YAMAHA SW1000XG. Здесь мы подробно изучим одно из первых устройств данной серии — тон-генератор физического моделирования звука PLG100-VL, являющийся аналогом модульного тон-генератора VL70-m.

Говоря коротко, YAMAHA PLG100-VL моделирует звучание акустических инструментов на основе построения и реализации математических моделей реальных музыкальных инструментов. На борту имеется 256 встроенных пресетов, моделирующих звучание различных музыкальных инструментов, как реальных, так и с синтезированными тембрами. Имеется возможность создания на основе имеющегося набора алгоритмов новых инструментов. На карту встроен собственный эффект-процессор.

Необходимо отметить, что фирма YAMAHA выпустила версию данной карты под наименованием PLG150-VL. C пользовательской точки зрения оба устройства ничем не отличаются друг от друга и всё изложенное ниже соответствует для обеих карточек.

В конце статьи приведен сравнительный тест звучания PLG100-VL и программного синтезатора S-YXG100, обладающего возможностью воспроизведения MIDI-файлов с VL-инструментами (технология Sondius-XG). По результатам тестирования станет понятно, может ли «бесплатный» софтовый синтезатор заменить профессиональную примочку от Ямахи за $180?

Принципы моделирования музыкальных инструментов, реализованные в PLG100-VL

Читатели iXBT уже знакомы с технологией физического моделирования звука — Sondius-XG, реализованной в недорогих звуковых картах на чипе YMF-7x4 и в программном синтезаторе S-YXG100 (Звуковые карты на базе YMF-7x4 и XG MIDI, YMF-7x4 vs DB50XG vs SoftSynthesizer S-YXG100).

В этом разделе статьи принципы физического моделирования акустических инструментов изложены более подробно.

Структурная схема Sondius-XG

В целом, генерируемый звук определяют три блока: тембр первоначально формируется в блоке «инструмент» (instrument), затем он изменяется под влиянием множества параметров блока «контроллеры» (controllers) и, наконец, проходит через блок «модификаторы» (modifiers), включающий в себя различные фильтры.

Как известно, звучание акустических инструментов можно достаточно достоверно описать с помощью математических уравнений, учитывающих все их особенности: тип источника звука (вибрация губ, движение смычка), форма корпуса инструмента, материал, из которого он изготовлен и пр. В блоке «инструмент», как раз и происходит формирование тембра на основе данных зависимостей. Первоначально выбирается источник звука — один из шести типов. Все они перечислены в таблице:

Источник звука Комментарий Примеры реальных инструментов
Single Reed Духовые с одной тростью и мунштуком Саксофон, кларнет
Double Reed Духовые с двумя тростями Гобой, фагот
Lip Reed Духовые медные, «играют» губы Труба, тромбон, туба
Jet Reed Звук формирует острая кромка Флейта
Bow Струнные, трение смычка о струну Скрипка, контрабас
Pluck Щипковые, колебания струны Гитара, арфа, балалайка, скрипка без смычка

Далее этот источник звука соединяется с одним из типов корпусов, представленных в таблице:

Тип корпуса инструмента Комментарий Примеры реальных инструментов
Conical (large) Узкое входное отверстие, переходящее в коническую широкую трубу Саксофон
Conical (small) Узкое входное отверстие, переходящее в коническую неширокую трубу Гобой
Straight (double-ended) Прямой корпус с входным отверстием между его концами Флейта
Straight (single-ended) Прямой корпус с входным отверстием на конце трубы Блок-флейта
Flare Длинный, раздвигающийся за счёт кулисы корпус Тромбон
String Изменяется длина струны, прижатием к грифу, корпус усиливает громкость Гитара, скрипка

Наконец выбираем одну из вариаций инструмента. Например, выбрав тип источника — Double Reed, тип корпуса — Conical (small), мы можем использовать одну из вариаций: гобой, английский рожок или фагот.

Интересно, что никто не запрещает нам выбрать комбинацию, которой в реальных инструментах не существует, например, Double Reed и Flare. В этом случае мы будем использовать «фантастический» инструмент в одном из регистров — альт или тенор. В зависимости от комбинации источника звука и корпуса могут быть доступны еще два регистра: сопрано и баритон.

После формирования основного тембра в блоке «инструмент» на него можно воздействовать через блок «контроллеры» включающий в себя множество параметров регулирования звука, встречающихся в реальных инструментах. Все они перечислены в таблице:

Параметр Описание
Throat Formant Контролирует характеристики положения губ, трахеи и горла
Pressure Контролирует силу давления воздуха исполнителем или скорость смычка для струнных
Embouchure Соотносится с плотностью сжатия губ и языка или с силой давления смычка на струну
Tonguing Эмулирует технику исполнения на саксофонах, заключающуюся в изменении расстояния между кончиком языка и мундштуком
Growl Регулирует модуляцию давления воздуха в духовых инструментах
Pitch Параметр, регулирующий изменение высоты звука
Scream Производит хаотическую генерацию звучания (по сути искажения)
Damping Регулирует эффект демпфирования (приглушения и понижения высоты) звука
Absorption Контролирует глубину высокочастотных потерь в спектре звука

Технически влияние блока «параметры» реализовано посредством MIDI-сообщений SYSTEM EXCLUSIVE MESSAGES с соответствующими параметрами.

Наконец, окончательно звучание выбранного инструмента корректируется блоком «модификаторы», включающим в себя следующие секции:

Секция Описание
Harmonic Enhancer Регулирует структуру и величину гармоник звука
Dynamic Filter Фильтр, изменяющий свои характеристики с течением времени от начала возникновения звука
Frequency Equalizer Эквалайзер, включающий в себя низкочастотный (Low Gain) и высокочастотный (High Gain) фильтры
Resonator Для некоторых звуков эмулирует влияние резонирующих полостей, присутствующих у реальных инструментов

Действие блока «модификаторы» предопределено и различно для каждого инструмента.

Таким образом, можно отметить, что схема моделирования тембров акустических инструментов учитывает множество весьма тонких параметров, которые сложно или невозможно реализовать посредством волнового синтеза (сэмплов), присутствующего у большинства электронных инструментов.

Комплект поставки и внешний вид

Внешний вид модуля В комплект поставки кроме самой платы входит руководство пользователя и CD-ROM. Для владельцев звуковой платы YAMAHA SW1000XG, планирующих увидеть аппаратный Sondius-XG в действии, на компакт диске полезными будут лишь семь MIDI-файлов. Эти файлы наглядно демонстрируют возможности метода физического моделирования звука. Руководство пользователя, на взгляд автора этой статьи, более-менее неплохое, в частности, оно включает полную спецификацию MIDI для данного устройства.

Внешне дочерняя карта PLG100-VL ничем ни примечательна. Скромные габариты: 138,5×89 мм, зеленый цвет. На фото внизу слева хорошо виден 15-пиновый коннектор, служащий для подключения к материнскому устройству. Четыре отверстия вблизи углов карты предназначены для её крепления посредством пластмассовых штырьков, входящих в комплект материнского устройства.

Инсталляция

Последующее описание рассчитано на установку PLG100-VL в музыкальную карту SW1000XG, хотя, напомню, она может ставиться и на другие автономные электронные музыкальные инструменты производства Ямахи.

В отличие от плат, «втыкаемых» в слоты PCI или AGP, инсталляции, как таковой, в данном случае нет. После монтажа PLG100-VL на борт SW1000XG и включения компьютера карточка готова к работе — можно прослушать демонстрационные MIDI-файлы с компакт-диска. Далее башковитые музыканты, используя MIDI-спецификации, уже могут в любом секвенсоре что-то сочинять. В фирменном ямахинском секвенсоре XG-Works можно выбрать в числе прочих и инструменты PLG100-VL, которые там изначально предусмотрены. В этом секвенсоре можно также визуально изменять и их многочисленные параметры. Обратите внимание: в XG-Works версии 2, поставляемой вместе с SW1000XG набор VL-инструментов неполный!

Программное обеспечение

Для любителей синтезировать новые тембры YAMAHA подготовила очень неплохую программку под названием VL Visual Editor, которую можно найти на диске, который поставляется с SW1000XG в каталоге Plug-in. К сожалению, она работает только в среде XG-Works.

главном окне программы VL Synthesis можно «собрать» из трех частей любой инструмент, в том числе в природе не существующий (см. выше раздел «Принципы…»), далее в окне VL Edit доработать его параметры, включая обработку эффект-процессором. Слева от основного окна имеется небольшое окошечко, откуда можно добавить к инструменту тип звукоснимателя (8 типов), тип фильтра (6 типов), тип резонансного корпуса (7 типов от скрипки до фортепиано), а также различные виды реверберации, хоруса и эффекта — вариации.

Редактируемый инструмент можно сохранить на диске для последующей загрузки или вставить его параметры прямо на MIDI-дорожку в секвенсоре. Имеется возможность сохранить не один, а целый список инструментов вместе.

В Интернете можно найти также автономные программы управления PLG100-VL, например, здесь http://www.leonclarke.demon.co.uk/vl_edit.html.

Технические возможности

Наконец, переходим к главному разделу статьи (самый интересный — тестирование — ниже). Разумеется, PLG100-VL, обладая возможностями синтеза звука, которые описаны выше, имеет также на борту и набор встроенных инструментов. Организованы они довольно хитроумно.

PLG100-VL предоставляет 137 инструментов, совместимых со спецификацией XG. Если читатель вспомнит огромную таблицу распределения мелодических инструментов в разрезе по программам и банкам, то инструменты VL автоматически добавляются в старшие незадействованные ранее банки памяти с 112 по 119 (банки LSB). Чтобы их задействовать, необходимо также выбрать банк MSB 81. Новые инструменты размещаются в следующих GM группах: Organ, Guitar, Bass, Strings, Brass, Reed, Pipe, Synth Lead, Ethnic, Synth Effects и Sound Effects. В таком ракурсе все инструменты подвержены воздействию контрольных MIDI-сообщений. Вот их список:

Номер Контроллер   Номер Контроллер
01 Modulation Wheel   67 Soft Pedal
02 Breath Controller   71 Harmonic Content
04 Foot Controller   72 Release Time
05 Portamento Time   73 Attack Time
06 Data Entry MSB   74 Brightness
07 Volume Control   91 Reverb Effect
10 Panpot   93 Chorus Effect
11 Expression   94 Variation Effect
38 Data Entry LSB   96 After Touch
64 Hold1   97 Velocity
65 Portamento Switch   98 Pitch Bend

Кроме контрольных сообщений, в запасе еще остаются «тонкие» изменяемые параметры, описанные в предыдущем разделе статьи «Принципы…». Они передаются через класс эксклюзивных MIDI-сообщений, подробные таблицы которых можно найти в Руководстве пользователя. Разумеется, их лучше редактировать визуально, например в XG Works

Обратите внимание, что количество VL-XG инструментов чуть больше половины всех имеющихся. Полный набор содержится в двух банках по 128 инструментов в каждом. Эти банки находятся по адресу MSB 33, а LSB, соответственно, 0 и 1. Как отмечено в документации, первый банк больше рассчитан на работу с клавишным MIDI-контроллером (клавиатурой), второй qq с MIDI-контроллером духовых инструментов. Описанный выше XG-набор — лишь составная часть данных банков.

Кроме того, имеются еще два банка. В первый (CUSTOM) могут загружаться до шести пользовательских инструментов, созданных, например, с помощью программы VL Visual Editor. Здесь необходимо отметить, что для загрузки инструмента в память PLG100-VL необходимо время — приблизительно 2 секунды, поэтому 6 ячеек памяти вовсе не роскошь при проигрывании MIDI композиции.

Второй банк (INTERNAL), включающий 64 инструмента, используется картой для собственных целей.

Список встроенных инструментов перечислен на страницах 30-33 Руководства Пользователя. Рядом с названием звука указан рекомендуемый диапазон для использования. Дело в том, что метод расчета характеристик конкретного инструмента зависит от высоты его звучания, поэтому вне указанных диапазонов имитация не гарантируется, также вполне возможно, что ноты, взятые вне рекомендуемых рамок, звучать не будут (на самом деле доступный для игры диапазон можно расширить программно).

Несмотря на то, что метод физического моделирования звука рассчитан на имитацию реальных акустических инструментов, в состав встроенных пресетов входит некоторое количество необычных звуков, включая шумовые.

Как было сказано в начале статьи, звучание PLG100-VL является монофоническим, т. е. одновременно может звучать только одна нота (кстати, не надо путаться с терминами — звучание Ямахи в акустическом смысле конечно стереофоническое). Монофония принята, конечно, не в результате какой-либо концепции (если, например, звучание флейты должно быть монофоническим, то гитару трудно представить без аккордов), к сожалению, пока это ограничение технологии. Пока. В будущем, несомненно, появится в железе многоголосный вариант метода физического моделирования.

В любой момент времени звучит нота, взятая последней. Для многих инструментов имеет значение техника игры — стаккато или легато. В случае, если берется нота в момент, когда предыдущая еще не отпущена — вполне вероятно, что звучать она будет по иному, чем взятая отдельно.

В отличие от своего софтового аналога, реакция карты на MIDI-сообщения проходит без ощутимой задержки. Вероятно, особое удовольствие получат владельцы MIDI-контроллеров духовых инструментов. Карточка просто предназначена для динамичных изменений звукового давления, при этом происходит не только изменение громкости звучания, а по иному работает вся схема генерации звука, производя «живое» звучание.

При внимательном ознакомлении со встроенными инструментами можно найти много непонятных на первый взгляд особенностей. Музыканты, привыкшие к WT-синтезу, например, легко могут подстроить высоту флейты колесом PitchBend как какой-нибудь гитары. Каждый эффект может применяться к любому инструменту в принципе одинаково. В случае с PLG100-VL все не так просто. Например, многие инструменты вообще не реагируют на динамику клавиш (т. е. параметр Velocity)! Вместо него громкость звука зависит от параметра Expression. Подобные инструменты больше рассчитаны на использование с контроллерами духовых инструментов. В данном случае можно программно переназначить Expression на Velocity. Иногда никак не реагируют на управляющие параметры фильтры. Подобные особенности нужно принять как должное, хотя иногда они могут раздражать.

В заключение стоит отметить — чтобы максимально полно использовать возможности PLG100-VL, лучше перейти в режим не XG, а VL70-m.

Тест: YMF724 vs S-YXG100 vs PLG100-VL

Наконец, сравним звучание PLG100-VL, аппаратного дешевого чипа YMF724 и софтового синтезатора S-YXG100, в той их части, которая реализует VL-синтез. Для сравнения будем использовать демонстрационные MIDI-файлы с CD, входящего в комплект поставки. Выбор данных файлов обусловлен тем, что они довольно полно охватывают различные стили музыки и активно задействуют возможности VL-синтеза. Для чистоты эксперимента уберём громкость всех MIDI-каналов, кроме занятого VL-синтезом.

Для тестирования использовался компьютер, имеющий следующие характеристики: Pentium III 566, Asus P2B, 64 MB RAM, IBM Telesto 20GB, Asus AGP-V3800, SW1000XG, Diamond MX-300.

Для тестового прослушивания использовались мониторы YAMAHA MSP5, мультимедийные колонки Yamaha YST-M15 с сабвуфером YST-MSW10 и наушники Aiwa X815.

Разница в звучании видна, как говорится, невооруженным слухом. На взгляд автора статьи, качество виртуального акустического синтеза у софтового синтезатора значительно ниже, причем заметны существенные различия не только на уровне эффектов, но и в реализации самого VL-синтеза. Софтовый синтезатор также заметно шумит.

Ниже размещены четыре отрывка из MIDI-композиций. Эти фрагменты были записаны в Wav-файл на звуковой карте SW1000XG и конвертированы в mp3 с помощью программы CDex Version 1.30.

Композиция S-YXG100 YMF724 PLG100-VL
Cool JiVA syxg100-1.mp3 ymf724-1.mp3 plg100-1.mp3
Nobody Knows syxg100-2.mp3 ymf724-2.mp3 plg100-2.mp3
Vambient syxg100-3.mp3 ymf724-3.mp3 plg100-3.mp3
Silhouettes syxg100-4.mp3 ymf724-4.mp3 plg100-4.mp3

Ниже приводятся пояснения (А — комментарии автора статьи, М — комментарии «живого» музыканта).

1. MIDI-файл Cool JiVA. Соло альт саксофона, сменяющееся тромбоном.

А: Здесь звучание файлов более-менее похоже. Заметна разница в реверберации. PLG100-VL исполняет партию саксофона отчетливей.

М: Тембр саксофона не слишком правдоподобен во всех вариантах (сначала, в третьей октаве, звучит подобие сопрано саксофона, затем спускается вниз до альта). На мой взгляд, наиболее правдоподобен был S-YXG100. Сравнению очень мешает различная во всех вариантах реверберация. Кулисный тромбон звучит в реальности совершенно по-другому.

2 Файл Nobody Knows. Vl-инструмент носит название Lite Alto.

А: Звук S-YXG100 с жесткой атакой на данном фрагменте оставляет неприятное впечатление. По контрасту с ним мягкие переливы PLG100-VL полностью соответствуют создаваемому настроению.

М: Перебор с реверберацей совершенно не даёт понять — что же за тембры у YMF724 и PLG100-VL? Сравнивать очень сложно.

3. Файл Vambient. Инструмент — Waterphn (синтезированный).

А: Обращает на себя внимание высокий уровень шума у S-YXG100. Звучание PLG100-VL пронзительнее.

М: А это что вообще такое? :) При прослушивании у меня начинает крошится зубная эмаль…

4. Файл Silhouettes. Инструмент — Fretles! (бас).

А: Здесь разница в звучании напоминает сравнение FM и Wavetable синтеза. Чрезвычайно высокий шум, полное несоответствие обработки эффектами.

М: Звуки абсолютно ничем не отличаются, кроме реверберации и эха в последнем случае.

А: Увы, реализация «софтового» аналога физического моделирования звука, используемого в PLG100-VL и VL70-m, далека от совершенства, но технология Sondius-XG, вероятно, и не претендует на серьезное использование в создании музыки.

М: Нужно уметь отличать влияние эффект-процессора от качества исходных тембров, которое находится приблизительно на одном уровне у всех трёх вариантов.

Субъективные впечатления

После работы с этой дочерней картой у автора сложилось двоякое впечатление. С одной стороны, качество реализации синтеза многих акустических инструментов, особенно духовых, впечатляет своей достоверностью и множеством управляющих звучанием параметров. Безусловно, технология физического моделирования звука имеет будущее и её текущая реализация в PLG100VL может успешно использоваться в практической работе.

С другой стороны, монофония и однотембральность, конечно, смазывают благоприятное впечатление. Автор предполагает, что в фирме YAMAHA продолжаются исследования по совершенствованию данной технологии, а это значит, что нас ждут новые интересные продукты.

Выводы

YAMAHA PLG100-VL понравится музыкантам, желающим «электронным» путем добиться выразительности звучания в композиции мелодических акустических инструментов. Также она может быть интересна любителям создания новых солирующих тембров.






Дополнительно