FAQ: Synthesis и его возможности

Тема в разделе "FAQ/HELP", создана пользователем Phone Cuts, 7 янв 2007.

     
Статус темы:
Закрыта.
  1. Phone Cuts

    Phone Cuts New Member

    Регистрация:
    7 сен 2004
    Сообщения:
    10.205
    Симпатии:
    1.284
    Род занятий:
    Graphic Design and Development
    Адрес:
    Toronto, CA
    <div align="center">Synthesis и его разновидности!</div>

    Ввиду часто задаваемых вопросов и споров на форуме, я решил написать не большу статью о звуковом синтезе.
    Для начала, давайте уточним, что же это такое за слово - синтез, и, что оно означает в музыке. По сути, синтез, это соединение или обьединение различных модулей/блоков(осциляторов, огибающих, фильтров, лфо, модуляций и т.д.) разных типов в единое целое(синтезатор).

    Для чего изобретался звуковой синтез? Конечно, в первую очередь его создавали для возможности воспроизведения уже существующих естественных звуков(например: пение птиц, шум моря и ветра, различные скрежеты дверей или звуки шагов, ну и т.д.) и для имитации различных акустических инструментов( например: пианино, орган, скрипка и т.д.), а также для создания совершенно новых, ни на что не похожих звуков. На сегодняшний день мы имеем довольное большое число различных видов(методик) синтеза, которые реализованы в различных синтезаторах. И конечно, в наши дни есть синтезаторы, которые используют сразу несколько видов синтеза, что конечно же даёт огромные возможности для создавания самых разных и необычных звуков. Мы же поговорим пока только о видах синтеза.

    Виды синтеза:
    Аддитивный синтез (additive synthesis) - основаный на преобразованиях Фурье*
    Субтрактивный синтез (substractive synthesis) – основаный на преобразованиях Фурье*
    Таблично-волновой синтез (wavetable synthesis) - основаный на преобразованиях Фурье*
    Синтез Бизье – основаный на модуляции
    Синтез волновых огибающих (Waveshaping synthesis)
    Гранулярный синтез (Granular synthesis)
    Физическое моделирование (Physical Modeling synthesis)
    Математическое моделирование(Mathematical function modeling)
    Формантный синтез (Formant synthesis)
    Синтез частотной модуляции (Frequency Modulation (FM) Synthesis) - основаный на модуляции
    Спектральный синтез (Spectral synthesis)
    Z-Plane synthesis
    Синтез переменной архитектуры (Variable Architecture Synthesis Technology - V.A.R.T. synthesis)
    Cинтез передового интегрирования (Advanced Integrated synthesis)
    Линейно-арифметический синтез (Linear/Arithmetic (L/A) synthesis)
    Ресинтезированный PCM (Resynthesized(RS)-PCM)
    Сэмплинг (Sample playback)
    Direct Draw

    Теперь в кратце разберём каждый из них.....


    Аддитивный синтез(Addictive synthesis)
    Самый первый вид синтеза был именно аддитивный, т.е. суммирующий( от слова Additive – суммирующий). Этот
    вид синтеза основан на методе сложения волн нескольких генераторов и базируется на Теореме Фурье*.
    Есть несколько разновидностей аддитивного синтеза. Одна из них называается Гармонической( гармонический синтез тембра). Это когда в качестве исходных колебаний используют синусоидальные волны с кратными частотами и возможностью регулирования амплитуд отдельных сотовляющих. Другая разновидность аддитивного синтеза – Регистровая. Различие в том, что в данном методе, в качестве исходных колебаний используют более сложные виды волн, такие как пилообразные или прямоугольные.

    Первые применения аддитивного синтеза были обнаружены в Церковных органах(третье столетие до н.э.), в которых использовалась настройка труб как звуковых генераторов, гибко подсоедитнённых к одной или нескольким клавиатурам. Передовой идеей звукового синтеза был Telharmonium(1987), в котором использовались диномашины как волновые генераторы. Ну и конечно всем известный орган Хаммонда(1934), в нём использовалась чуть другая электромеханическая схема, которая в последствии стала классической.

    Субтрактивный синтез(Subtractive synthesis)
    Субтрактивный метод, т.е. вычитательный( от слова subtractive – вычитательный) это вид синтеза совершенно противоположный аддитивному и его основа заключается в следующем. Берётся сложный сигнал с изначально богатым спектром(множеством частотных состовляющих) и подвергается фильтрации, в результате чего происходит выделение или ослабление отдельных частотных составляющих и получается фактически новый тембр. В качестве исходного сигнала обычно применяется прямоугольная волна(square), пилообразная(saw – прямая или обратная) и треугольная(triangle), а также различные виды шумов. в качестве фильтров используются полоснопропускающие фильтры и фильтры нижних частот.
    Конечно, основной состовляющей данного синтеза являются управляемые фильтры. резонансный (полосовой) - с изменяемым положением и шириной полосы пропускания (band) и фильтр нижних частот (ФНЧ) с изменямой
    частотой среза (cutoff). Для каждого фильтра также регулируется добротность (Q) - крутизна подъема или спада на резонансной частоте.
    Плюс данного синтеза заключается в его довольно простой реализации, а минус конечно в том, что для синтеза звуков со сложными спектрами нужно большое количество управляемых фильтров.
    Типичные представители данного синтеза:
    Так сказать пионеры субтрактивного синтеза – Moog и MiniMoog (60-ые годы), в которых использовалось аналоговое управление напряжением.
    Всем известный EMS VCS-3(1969), который применялся при записи Dark side of the moon.
    Один из первых японских синтезаторов Yamaha Cs-80 (1976)
    А так же монофонический басовый синтезатор Roland SH-101 (1980)


    Таблично-волновой синтез(Wavetable synthesis)
    Таблично-волновой(Т-В) синтез основывается на использовании уже готовых волн записаных в память синтезатора, называемой волновой таблицей. Т.е. в отличии от аддитивного синтеза, где применяются синусоидалдьные гинераторы, в Т-В синтезе приемяются уже готовые волны произвольной формы.
    По сути, Таблично-волновой синтез является разновидностью Сэмплинга(о нём чуть позже) и работает следующим образом. Внутри синтезатора находится память (ROM – read memory only), т.е. волновая таблица, куда записаны(оцифрованы) различные волны и/или звуки, разбитые на несколько фрагементов(атака, начальное затухание, фаза и концеове затухание), что кстате позволяет снизить обьём требуемой памяти. Все эти фразы записаны в различных частотах и при различных условиях, т.е. с разной атакой, мягкостью или резкостью удара по клавише, в результате чего мы получаем большой комплект фрагментов одного звука(инструмента). Для воспроизведения коротких звуков, такие фрагменты волн как правило записывают целиком, однако если нам надо воспроизвести длинный по протяжённости звук, то атака и затухание фраз используется без изменений, а средняя(нужная) часть просто циклируется(loop).
    Особым достоинством таблично-волнового синтеза конечно же является возможность предельно реалистично иммитировать звучание классических инструментов и простота получения звука. Другим же достоинством этого синтеза является возможность получения огромного количества различных необычных тембров, за счёт использования множества различных волн, количество которых лишь зависит от обьёма памяти синтезатора. Кстате, есть такие, которые дают возможность загружать в себя свои собственные волны/звуки, что ещё больше расширяет спектр возможностей.

    Яркие представители таблично-волнового синтеза: Waldorf Wave, Waldorf Wavetable, PPG Wave, Korg-DW-8000, Ensoniq ESQ-1.

    Синтез Бизье
    Синтез Бизье – это изменение точки управления кривой Бизье. Кривая Бизье формирует единственную форму волны, а синтез происходит за счёт того, что контрольные точки перемещаются за счёт модуляции и соответственно форма волны изменяется. Это соверешнно новая методика разработаная в Англии в университете UWE(University of the West of England, Bristol)


    Синтез волновых огибающих(Waveshaping)
    Синтез волновых огибающих это методика искажения исходной формы волны используя функцию преобразования.
    Синтезатор Casio CZ-101(1985) использовал изменение волновых огибающих, названым синтезов фазовых искажений (Phase Distortion).

    Гранулярный синтез(Granular synthsesis)
    Гранулярный синтез является последовательной генерацией звуковых гранул. Каждая гранула, это ультра-короткая частица звука длиной в 10-100 миллисекунд. Звук получается в результате быстрого взаимодействия частоты повторения и частотных составляющих гранул, который далее может быть отфильтрован и сформирован огибающей методами вычитающего синтеза. Гранулами часто управляет Клеточный Автомат, который производит псевдослучайные последовательности. Гранулярный синтез очень сложен в управлении, однако даёт совершенно неожиданые результаты.
    Одним из первых реализаций гранулярного синтеза была в программе Ross Bencina AudioMulch, в виде эффекта, а уж потом появилась в виде синтезатора в Ризоне.
    Из наиболее известных нам программных инструментов применяемых гранулярный синтез является наверно Аbsynth, а из эффектов Glitch. В аппаратной решении гранулярный синтез можно встретить в рабочей станции Kyma, а так же в приборах обработки звука Eventide.

    Физическое моделирование(Physical modeling)
    Физическое моделирование – это очень сложный вид синтеза, т.к. для имитации даже самых простых инструментов требуются огромные вычислительные методы, где за основу берётся моделирование физических процессов инструмента. Т.е. например при иммитации скрипки будут моделироваться характеристики инструмента определяющие его реальное звучание, такие как: парода дерева, составл лака, геометрические размеры, материал струн, смычка и т.д.
    Впервые результат физического моделирования нам показал фирма Yamaha, в ряде синтезаторов VL-1 и VL-7.

    Математическое моделирование(Mathematical function modeling)
    Одним из разновидностей физического моделирования является математическое моделирование, даже точнее сказать его «внутренностью». Этот вид синтеза вкладывает математические функции, обьединяя их в функциональные блоки, а уже из них создаёт математическиеалгоритмические модели. Другими словами, создаёт волну при помощи простых(синус, косинус, парабола) или сложных(составных) математических формул. В отдельности данны вид синтеза не очень распространён и по большей части может быть применён для иммитации аналогового синтеза с нуля, в случае если конечно хотите контролировать каждый элемент.

    Формантный синтез (Formant synthesis)
    Формантный синтез так же является частью физического моделирования. За его основу берется принцип формирования человеческой речи, где помимо основного тона и обертонов принято выделять формантную составляющую. Таким образом формируются речевые звуки используя как физическое моделирование, так и аддитивный метод формирования звуков.


    Синтез частотной модуляции(FM-synthesis)
    FM-синтез представляет собой следующий механизм. Звучание реализуется за счёт последовательной и/или паралельной генерации синусоидальных сигналов, т.е. синтез звука происходит из-за использования нескольких генераторов звуковых частот при их взаимной модуляции. Каждый из таких генераторов в совокупности с управляющей схемой, которая формирует амплитудную огибающую и другие параметры сигнала генератора, называют – оператором. Тембр звука создаёт схема соединения операторов и их параметры(частота, амплитуда и закон их изменения во времени), а максимальное число синтезируемых тембров определяется их количеством(операторов). Различные способы соединения операторов, когда сигналы с выхода одних управляют работой других, называют алгоритмами синтеза. Алгоритмы синтеза могут быть совершенно разными и включать в себя один и более операторов подключённых совершенно с совершенно разными сочитаниями и вариантами обратной связи.
    Данный вид синтеза очень активно использовала фирма Yamaha( например в синтезаторах DX), а так же данный FM-синтез использовался в звуковых картах в виде GM-устройств.


    Спектральный синтез (Spectral synthesis)
    Я надеюсь все видели когда-нгибудь спектрограмму и знают, что это такое. На спектограмме звук нам показан в её графическом представлении, где цвет нам указывает на силу колебаний, а высота и ширина, соответственно на частотную высоту и ось времени. Так вот спектральный синтез даёт возможность генерировать звук с имеющегося изображения(спектрограммы). Данный вид синтеза так же позволяет нам самим рисовать свои частотные полосы, что делает это вид синтеза уникальным в своём роди и раскрывает огромные возможности в звуковом дизайне.

    Z-Plane synthesis
    Z-plane синтез является уникальной разработкой фирмы E-Mu. Впервые был представлен в звуковом модуле E-mu Systems Morpheus. Работа этого синтеза заключается в следующем: берутся две волновые формы разных инструментов и одна промежуточная для плавного перетекания от первой к второй. Этот метод предусматривает очень сложные алгоритмы фильтрации, но при этом позволяет получить очень интересные новые звуки.

    Синтез переменной архитектуры (V.A.R.T. synthesis)
    Синтез переменной архитектуры это совершенно уникальный способ, разработаный компанией Kurzweil и он используетсся только в рабочих станциях и сэмплерах этой фирмы(начиная с Kurzweil K2000).
    Суть этого синтеза в комбинировании большого количества мощных и разнообразных вычеслений, на базе дсп процессоров. Т.е. по большому счёту, за счёт дсп он эмулирует всяческие разновидности синтезов с возможностью конечно их смешивания, а так же имеет функции сэмплирования. Этот синтез использует открытую архитектуру.


    Cинтез передового интегрирования (Advanced Integrated synthesis)
    Данный метод был впервые представлен в модели Korg M-1. Он использует сэмплированную атаку и другие волновые формы, которые впоследствии обрабатываются методами вычитающего синтеза, при этом для получения качественно новых звуков дополнительно могут использоваться сложные эффект процессоры.

    Линейно-арифметический синтез (Linear/Arithmetic (L/A) synthesis)
    За основу концепции L/A synthesis было взято смешивание небольшого фрагмента сэмпла "живого" инструмента (обычно атаки) с синтезированной волновой формой. Этот метод позволяет дать натуральную звуковую окраску, близкую к реальному звучанию, при этом получается выигрыш в меньшей загрузке аппаратных вычислительных мощностей. Атака инструмента - это один из самых сложных элементов при реализации натуральных звуков в синтезированном виде. Этот метод был введен фирмой Roland в конце 80-х, начиная с модели D-50.


    Ресинтезированный PCM (Resynthesized(RS)-PCM)
    Этот вид синтеза основан на анализе сэмплированного звука и его последующего воссоздания аддитивным методом синтеза. Синтез был разработан фирмой Roland.

    Сэмплинг (Sample playback)
    Сэмплинг работает по принципу воспроизведения готового(записаного) звука, т.е. по сути дела, для воспроизведения использует сэмплированые(записаные) звуковые фрагменты. Для получения звуков разной высоты воспроизведение ускоряется или замедляется; при неизменной скорости выборки применяется расчет промежуточных значений отсчетов (интерполяция). Звуковые фрагменты хранятся в памяти(ROM или RAM) синтезатора и воспроизводятся оттуда.
    Данный метод активно используется в сэмплерах и программно-аппаратных синтезаторах, и в звуковых картах.
    С помощью сэмплинга теперь у нас есть возможность создавать сложные многослойные звуки(инструменты), состоящие из нескольких сэмплов.


    Direct Draw
    В ряде синтезаторов используются осцилляторы, генерирующие звуковые волны со стандартными формами (синусоида, прямоугольная, пилообразная и т.п.). В варианте Direct Draw пользователь может самостоятельно рисовать любые формы. Данный метод еще не сильно изучен, хотя уже имеет место в ряде программного обеспечения и дорогих синтезаторах. По сути, нестандартную периодическую форму можно нарисовать в любом звуковом редакторе, и после использовать ее в качестве звукового фрагмента…



    * Теорема Фурье гласит, что любое периодическое колебание можно представить в виде суммы синусоидальных колебаний различной частоты и амплитуды.

    Предупреждаю сразу, что информация написаная выше это не моё личное мнение, а информация взятая с книжек и/или статей на вебресурсах, я лишь всё это дело собрал воедино и в некоторых местах подредактировал.
    Огромная просьба не флудить.
    Если есть какие то заметки(добавления) или замечания, просьба излагать внятно с аргументацией подтверждающей правоту ваших утверждений.
     
    f-m, arkaine, lidt-ik и 13 другим нравится это.
  2. bloodykot

    bloodykot st0rmbringer

    Регистрация:
    31 дек 2004
    Сообщения:
    2.393
    Симпатии:
    1.421
    Род занятий:
    бухгалтер
    Адрес:
    Альмет/Казань РТ
    Про V.A.S.T., не совсем точно написано. Этот вид синтеза основан на комбинациях заранее предопределенных алгоритмов, которых на настоящий момент 126. Каждый алгоритм состоит из заранее предпопределенного количества нескольких последовательно-паралельных цепочек DSP функций и/или генераторов, которые доступны для данного алгоритма (то есть для разных алгоритмов предлагаются на выбор свои наборы DSP и оциляторов). Существует возможность объединять до 3-х алгоритмов в единую последовательно-апаралельную цепочку т.н. triple. Triple создаются на основе 3-х групп алгоритмов. Причем, в первой группе алгоритмы всегда будут первыми, из второй можно использовать только вторыми, а из третьей, толко третьими-замыкающими. При этом комбинация возможных вариантов обработки зашкаливает за 30 млн. вариантов. Одновременно можно использовать до 192-х DSP/герераторов. С помощью V.A.S.T. синтеза можно работать как уже с готовыми семплами, так и генерировать звук "с нуля". С помощью triple можно реализовать многие 6-ти операторные варианты FM синтеза. С помощью V.A.S.T. без особого труда реализуются векторный синтез, Pulse Wide модуляция, (в какой то мере) аддитивный синтез, субтрактивный синтез, Wave shaping, семплирование.
    Да, неотъемлемой частью любого V.A.S.T. синтезатора является блок эмуляции органа Hamond B3, с помощью которого можно получать не тольку эмуляцию B3, но и бесчисленое множество других интересных тембров. Ибо суть работы этого блока - по определенным законам функционирующий набор 42 осциляторов. То есть прекрасный задел для аддитивного синтеза.

    Архитектура, в некоторой степени действительно открытая, поскольку количество алгоритмов и даже DSP функций могут быть дополненны в рамках обновления операционной системы синтезатора.
    В рулежке сложен в силу огромного количества настроек. Но грамотное меню и реалтайм прослушивание вносимых изменений несколько нивелируют эту особенность.

    В качестве примера, чтобы не очень умозрительно было, можно привести пример простейшего алоритма:
    Тембр ============> Hi Pass Filter======>Shaper================> Amp
    (управление____________Lo Pass Filter_________Sin_________________________управление
    выбором тембра)_________Band Pass Filter______ Saw________________________огибающими
    _______________________Pulse Wide modulation_Distrotion___________________ амплитуды
    _______________________Gate________________Noise
    При выборе такого (условного, ибо нарисовал от балды) алгоритма можно из списка выбрать определенную комбинацию 2-х DSP функций/генераторов. Каждая из указанных цепочек алгоритма обладает своим определенным количеством управляющих параметров, которые можно назначить на что угодно. Например, поставить зависимость резонирующего фильтра от высоты ноты, а частоту генератора волны от скорости нажатия. Или "привязать" их к любым доступным midi контролерам. Впрочем, имеются еще и LFO генераторы.

    В общих чертах, вот так. На исключительную точность описания не претендую, просто хотелось раскрыть сей вопрос, в силу крайне слабого освещения его в статьях.
     
  3. Mantrid

    Mantrid New Member

    Регистрация:
    21 мар 2006
    Сообщения:
    121
    Симпатии:
    2
    Не очень понятно, как выглядит элемент волновой формы атаки или затухания длительностью в 1 период. Из моего опыта общения с Waldoft PPG/Wave Vst сложилось впечатление что фазы огибающей рисуются VCA+EG
     
    Последнее редактирование модератором: 20 дек 2009
  4. Phone Cuts

    Phone Cuts New Member

    Регистрация:
    7 сен 2004
    Сообщения:
    10.205
    Симпатии:
    1.284
    Род занятий:
    Graphic Design and Development
    Адрес:
    Toronto, CA
    ну это всё хранится в волновой таблице. как оно всё внутри зашито у разных синтезаторов я к сожалению не знаю. сигнал гинерирует в зависимости от длительности ноты.....опять же, такие детали нужно узнавать конкретно о каждом синтезаторе в отдельности....

    ну возьми сэмпл и отрежь ему атаку и релиз =) так он и будет выглядеть......
     
    Последнее редактирование модератором: 20 дек 2009
  5. Mantrid

    Mantrid New Member

    Регистрация:
    21 мар 2006
    Сообщения:
    121
    Симпатии:
    2
    Вот в том то и дело что это сустейн! А если сэмплировать атаку/затухание целиком то это будет уже не классический WTS как на PPG Microwave, а разновидность sample playback, в целях экономии памяти применяемая в синтах бытовых звуковых карт.
     
    Последнее редактирование модератором: 20 дек 2009
  6. Phone Cuts

    Phone Cuts New Member

    Регистрация:
    7 сен 2004
    Сообщения:
    10.205
    Симпатии:
    1.284
    Род занятий:
    Graphic Design and Development
    Адрес:
    Toronto, CA
    Mantrid,
    Нет, ты не понял, прочитай статью, там же внятно написано.
    Я просто не совсем правильно выразился ...имея ввиду то, что сэмпл просто порезан на атаку, декей/сустейн, релиз.....
     
    Последнее редактирование модератором: 20 дек 2009
  7. Serg196

    Serg196 Без ансамбля. Сам, бля.

    Регистрация:
    1 окт 2003
    Сообщения:
    1.791
    Симпатии:
    97
    Адрес:
    Свердловская область
    Внесу маленькое уточнение.
    Wave table (буквальный перевод - таблица, хранящая форму волны). WT была придумана для возможности генерации сигнала сложной формы, которая, собственно, и записана в этой таблице. Отсюда следует, что в таблице хранится ОДИН период сигнала, но никак не атака и сустейн (это уже сэмплерный синтез). Атака и сустейн может храниться в нескольких таблицах (разбитые на периоды), которые автоматически переключаются при воспроизведении нужного звука; либо содержимое таблицы обновляется непосредственно во время воспроизведения. Зацикливания как такового тоже нет, точнее, оно есть всегда, ибо, повторюсь, в таблице хранится только один период волны.
     
    Последнее редактирование модератором: 20 дек 2009
  8. Phone Cuts

    Phone Cuts New Member

    Регистрация:
    7 сен 2004
    Сообщения:
    10.205
    Симпатии:
    1.284
    Род занятий:
    Graphic Design and Development
    Адрес:
    Toronto, CA
    ну так оно и есть. это ведь и написано в самой статье.
     
    Последнее редактирование модератором: 20 дек 2009
  9. Serg196

    Serg196 Без ансамбля. Сам, бля.

    Регистрация:
    1 окт 2003
    Сообщения:
    1.791
    Симпатии:
    97
    Адрес:
    Свердловская область
    Еще немного:
    таблица волн как раз служит для создания возможности генерировать произвольную форму волны с почти любой частотой (она ограничивается лишь высшей гармоникой спектра сигнала, записанной в таблицу). То есть, приведенная выше фраза вовсе не является отличительной особенностью таблично-волнового метода (ее же можно применить и к сэмплерному методу). Будет ли использоваться множество форм для разных тональностей, или форма волны в таблице будет одинакова, непринципиально, и зависит от конкретной реализации синтезатора.

    При чтении статьи я этого не уловил; у меня сложилось впечатление, что речь идет именно о сэмплах, записанных в таблицы.
    И еще.
    Описание принципа работы FM-синтеза не вполне внятно. Во всяком случае, мне показалось, что в нем не вполне раскрыта суть метода. Может быть, стоит немного отредактировать эти абзацы, как ты считаешь?
     
    Последнее редактирование модератором: 20 дек 2009
  10. Phone Cuts

    Phone Cuts New Member

    Регистрация:
    7 сен 2004
    Сообщения:
    10.205
    Симпатии:
    1.284
    Род занятий:
    Graphic Design and Development
    Адрес:
    Toronto, CA
    ну в общем, в самом начале я написал, что это лишь поверхностные обьяснения. просто что бы хотя бы получить не большое предсталвения. если описывать каждый вид синтеза подробно, то это надо на каждый вид по такой большой статье.....
    если ты хочешь, то можешь написать такую по wavetable и опубликовать тут.
     
  11. LOOPer

    LOOPer New Member

    Регистрация:
    21 янв 2007
    Сообщения:
    119
    Симпатии:
    11
    Род занятий:
    Звукорежиссёр, Арранжировщик, Диджей
    Адрес:
    London, UK
    Огромное спасибо за статью!!! Узнал много интересного!!! Только можно всё-таки разъяснить про Таблично-волновой метод!?? А то действительно похоже на семплирование!!!!
     
  12. Phone Cuts

    Phone Cuts New Member

    Регистрация:
    7 сен 2004
    Сообщения:
    10.205
    Симпатии:
    1.284
    Род занятий:
    Graphic Design and Development
    Адрес:
    Toronto, CA
    ну таблично-волновой синтез это и есть его продолжение.... сэмплирования))

    <div align="center"> Современный таблично-волновой синтез</div>


    Таблично-волновой (wave table) синтез является развитием более простого - самплерного (sampler), который основан на записи образца (сампла) какого-либо звучания и его последующем воспроизведении в неизменном виде или с какой-либо обработкой. Самплер в чем-то подобен обычному магнитофону, и первые модели таких инструментов содержали кольцевые магнитные ленты или барабаны, на которых записывались звуки. Впоследствии звук стали записывать в цифровом виде в оперативную память, а при воспроизведении добавили различные виды модуляции - амплитудной, частотной, фазовой, спектральной, звуковые эффекты и другие виды обработки. Однако первоначальная эйфория, вызванная небывалой ранее натуральностью звучания акустических тембров, довольно быстро прошла, и музыканты, которые раньше и не помышляли заменить акустические инструменты электронными, активно начали это делать - и вместе с тем начали жаловаться, что в игре не хватает естественности и выразительности. Это было обусловлено тем, что самплер воспроизводил записанный звук целиком, вместе с характерными приемами игры, использованными при записи, и сделать достаточно натуральное изменение тембра при изменении, например, силы удара по клавише не удавалось - здесь самплер мог лишь усилить громкость звука и добавить яркости при помощи фильтра, что лишь частично имитирует реальное изменение тембра. Поэтому для различных приемов игры приходилось заводить совершенно различные тембры, что увеличивало их объем, а необходимость постоянного переключения затрудняла оперативное управление.

    Таблично-волновой синтез отличается от самплерного прежде всего тем, что для создания звука одного тембра используется не один сампл, а несколько. В первую очередь различные самплы представляют звуки разной высоты, так как при изменении высоты тона обычным способом - ускорением или замедлением проигрывания - изменяется также тембр звука, который при больших отклонениях от "родной" высоты теряет естественность. Поэтому исходные самплы создаются на одну-полторы октавы каждый, а в хороших синтезаторах - на пол-октавы или даже на каждую клавишу. Диапазоны нот, разделяющие один и тот же сампл, называются зонами. При нажатии клавиш процессор синтезатора определяет, к какой зоне она принадлежит, и выбирает соответствующий сампл для воспроизведения.

    Использование самплов различной высоты порождает специфическую проблему их стыковки по тембру и громкости. Две соседние ноты, принадлежащие разным зонам, без специальных мер будут звучать совершенно различными тембрами, поскольку нижняя образована повышением высоты одного сампла, а другая - понижением высоты другого. Корректная стыковка зон - довольно трудоемкое занятие, и на недорогих синтезаторах (особенно звуковых карт) часто можно слышать весьма заметное изменение тембра при переходе к соседней зоне.

    Выбор сампла может управляться не только высотой ноты, но и силой удара по клавише (velocity), что облегчает достижение натуральности звучания. Тембр большинства инструментов довольно сильно зависит от силы удара, резкости щипка или давления воздуха, и простое увеличение громкости вкупе с приоткрыванием частотного фильтра далеко не всегда дает нужный эффект. Записывая несколько самплов при различной силе и резкости звукоизвлечения и воспроизводя их в нужной зависимости от интенсивности ноты, можно значительно повысить естественность звучания тембра. Конечно же, здесь тоже необходима стыковка - теперь уже по громкости и яркости звуков из соседних зон интенсивности.

    Использование зон высоты и интенсивности может служить не только повышению натуральности звучания, но и увеличению количества оперативно используемых тембров, когда различные зоны клавиатуры звучат совершенно различно, и вдобавок тембр меняется на другой в зависимости от силы удара. При желании можно каждой клавише назначить свой собственный сампл, однако количество различных по тембру самплов на одной клавише редко превышает два-три, так как при большем количестве довольно трудно безошибочно извлечь нужный звук.

    Кроме взаимоисключающего использования различных самплов, в таблично-волновом синтезе применяется также совмещение различных самплов во времени - так называемая слойность (layering). Технически это реализуется запуском при взятии ноты не одного звукового генератора, как обычно, а нескольких, работающих каждый в своем режиме и воспроизводящих в общем случае различные самплы. Этот нехитрый на первый взгляд прием при умелом использовании оборачивается чрезвычайно мощным средством для управления параметрами звука. Вот лишь некоторые приемы, которые довольно просто реализуются при помощи слойной структуры звука:

    * аккорд - слои состоят из самплов одного тембра, соотношение высот которых образует один из видов аккордов, и при нажатии одной клавиши звучит соответствующий аккорд;
    * подзвучка - на фоне основного тембра звучит дополнительный, обычно с уменьшенной громкостью и четко различаемый на слух; так нередко делаются комбинированные ударные звуки;
    * сложение - два или более тембра подбираются так, что при одновременном звучании они сливаются друг с другом, образуя новый комбинированный тембр;
    * перетекание (crossfade) - громкость одного набора слоев постепенно спадает параллельно с нарастанием громкости другого набора, что на слух воспринимается как плавное "перетекание" одного тембра в другой;
    * фэйзер - в двух слоях звучит один и тот же тембр, но второй слой незначительно модулируется по частоте, что порождает сдвиг фазы, воспринимаемый на слух подобно качанию головки в стереомагнитофоне;
    * фленжер - то же, но с более глубокой модуляцией, отчего сдвиг фазы чередуется с частотной интерференцией, что на слух похоже на характерные призвуки реактивного двигателя.

    Последние два приема относятся к классическим звуковым эффектам и в синтезаторах реализуются обычно при помощи отдельного эффект-процессора, через который пропускается сигнал с генераторов звука, однако на простых синтезаторах звуковых карт за неимением лучшего можно воспользоваться и слойной структурой - разумеется, если синтезатор и программное обеспечение ее поддерживают. Еще один классический эффект - повторение с задержкой (delay) - в некоторых простых синтезаторах реализуется при помощи периодического перезапуска сампла (retrigger).

    Слойная структура позволяет также реализовать - пусть и не совсем естественным путем - достаточно хорошую зависимость тембра от приемов звукоизвлечения, и в первую очередь - от его интенсивности. Известно, что основную информацию об оттенках звукоизвлечения несет начальная фаза развития звука - так называемая атака. Следующие за ней фазы установившегося (sustain) звучания и концевого затухания (release) несут гораздо меньше информации, и для многих звуков с различной атакой практически совпадают. Поэтому вместо того, чтобы записывать разные звуки целиком, как это делалось на первых самплерах, в таблично-волновой технологии записывается один-два образца фаз sustain/release, а фаз атаки записывается полный набор; после этого они оформляются в различные слои, а амплитуда управляется таким образом, чтобы звучание нужного сампла атаки плавно перетекало в звучание общего сампла sustain/release. В более сложных синтезаторах для этого используется последовательная стыковка самплов во времени с плавным переходом одного в другой при помощи преобразований спектра; эта технология носит название "morphing" и аналогична используемому в видеообработке эффекту, плавно превращающему, например, автомобиль в танк или самолет.

    Сам по себе таблично-волновой синтезатор в настоящее время выполняется на основе универсального или специализированного сигнального процессора (DSP) и содержит некоторое число виртуальных каналов, или голосов, каждый из которых может независимо от других выдавать собственный звук и управлять им. Число голосов синтезатора определяет максимальное количество одновременно звучащих звуков - в простейшем случае нот, однако из-за слойной структуры одна нота может занимать более одного голоса. Структура каждого канала синтезатора тоже является достаточно типовой и включает в себя:

    * генератор звука (oscillator), считывающий исходный сампл из памяти и с нужной скоростью выдающий его отсчеты для дальнейшей обработки;
    * генераторы огибающих (envelope), выдающие кривую определенного вида;
    * генераторы низкой частоты (LFO), выдающие периодический или шумовой сигнал частотой 0..30 Гц;
    * управляемый усилитель, усиливающий или ослабляющий громкость сигнала;
    * управляемый фильтр, усиливающий или ослабляющий определенные области частот сигнала. Наиболее популярен резонансный фильтр со срезом чуть выше частоты резонанса.

    По сути, эта структура полностью аналогична классической схеме любого другого синтезатора, за исключением того, что генератор не создает звук сам, а воспроизводит заранее записанный сампл, который, вообще говоря, совершенно необязательно должен быть записан с акустического инструмента. Исходный сампл может быть сформирован другим или этим же синтезатором, получен в звуковом процессоре или по математической формуле (например, треугольник, меандр или пила). Ну и не следует забывать, что все блоки канала на самом деле не существуют в отдельном виде, а имитируются микропрограммой сигнального процессора при помощи математических алгоритмов модуляции, усиления, фильтрации и т.п.

    В зависимости от сложности синтезатора варьируются и возможности управления описанными блоками. В простых синтезаторах обычно используется жесткое соединение, когда на выходе генератора включается фильтр, которого может и не быть вообще, а за ним - усилитель, и по одному генератору огибающей и LFO подключается к генератору и усилителю, реализуя частотную и амплитудную модуляцию сигнала. В синтезаторах средней сложности генераторы огибающей и LFO могут программно подключаться к различным блокам, которые, в свою очередь, могут влиять на их работу (обратная связь). А мощные синтезаторы типа Kurzweil Massies похожи на конструктор "электронные кубики", где различные блоки можно создавать в нужном количестве и произвольно соединять между собой - напрямую или через математические функции, получая чрезвычайно сложные преобразования звука.

    Выходные данные всех голосов суммируются между собой и подаются на общий выход синтезатора. Между выходами голосов и сумматором может включаться эффект-процессор, который тоже представляет собой один или несколько специализированных DSP и реализует различные виды звуковых эффектов: простые - реверберацию и хоровой, сложные - задержку, эхо, фэйзер, фленжер, дистошн, овердрайв, гармонизацию и т.п. В сложных синтезаторах каналы ЭП можно программно коммутировать, назначая, например, все эффекты одному каналу или распределяя их по разным каналам.

    Сигнальным процессором синтезатора обычно управляет обычный (центральный) процессор, который отвечает также за прием и интерпретацию MIDI–сообщений, слежение за органами управления, отображение информации на индикаторах и т.п. При получении команды старта ноты ЦП выбирает нужное количество свободных голосов, программирует их в соответствии с режимом синтеза и запускает генераторы звука, огибающей и LFO. При получении команд изменения параметров звука ЦП изменяет их во всех голосах, относящихся к данному MIDI–каналу, а при получении команды завершения ноты - переводит все голоса в режим отработки концевого затухания, после завершения которого голоса освобождаются.

    Автор статьи: Евгений Музыченко http://eugene.muzychenko.net
     
  13. kevin

    kevin Active Member

    Регистрация:
    4 окт 2004
    Сообщения:
    727
    Симпатии:
    58
    Последнее редактирование модератором: 20 дек 2009
  14. CJ MMx

    CJ MMx Spugedelik hupi

    Регистрация:
    4 май 2004
    Сообщения:
    523
    Симпатии:
    64
    Род занятий:
    Mad Scientist @ Hanty Mansy R&D Lab
    Адрес:
    SMR
    Общее дополнение про Wavetable (таблично-волновой) синтез: Дабы не было всяческого рода споров: разновидностей этого синтеза существует две, обе из которых тут уже в обще-то упомянуты. Первая появилась концепция когда в ячейки таблицы волн записывался 1 период волны и потом уже процессор синтезатора мог оперировать этими ячейками "бегая" по ним, интерполирую между волнами для получения необычных тембров. Это по заявлениям компании Вальдорф называется истинный wavetable.
    Эта технология применена в следующих железных и софтовых синтезаторах (которыя я знаю) - Waldorf Wave, microWave 1, microWave 2, microWave XT, Q, microQ, Q+, Acecss Virus TI, Terratec Komplexer VSTi, Concrete FX Kubik VSTi

    Вторая же разновидность это - Современный таблично-волновой синтез. про него см. выше
     
  15. Zed

    Zed Member

    Регистрация:
    23 сен 2003
    Сообщения:
    53
    Симпатии:
    3
    Привет, ребяты.

    Возможно я слегка в оффтопик уйду, но мне интересно мнение людей, разбирающихся более моего в синтезе. Я в принципе сам не профан, но теория моя хромает, такая уж у меня натура :)

    Я время от времени знимаюсь экспериментами в области синтеза, в основном юзаю для этого Reaktor. Пару лет назад, я начиная свой очередной синт с нуля, я натнулся на интересные результаты. Но потом бытавуха и всё такое, отложил эти результаты на полку. Через пару лет назад я решил не забрасывать свои изыскания, и открыл сайт (англоязычный) по синтезу в Reaktor'е.

    В марте этого года, я всё таки решился опублековать те интересные результаты у себя на сайте. В силу специфики своей натуры и малообразованности в теории синтеза звука, в той её части, где нужны серьёзные термины и выкладки, я написал статью в полухудожественном стиле, если так можно сказать. Так что прошу помидорами сразу не кидать.

    Статью, примеры звуков, файл для Reaktor'а можно знайти здесь - http://www.synthofmine.com/general-thoughts/qm-synthesis/
    Примеры сонограм полученных звуков - http://www.synthofmine.com/best-of/qm-synthesis-sonograms/

    Статья, как можно догодаться на английском, но сюда я пришёл именно потому, что было бы неплохо перевести её на русский. Причём, от художественной состовляющей надо избавиться и сделать её более наукоёмкой так сказать.

    Суть статьи (для невладеющих английским):

    Несмотря на то, что статья называется "QM synthesis I invented" (QM синтез который, я изобрёл), я не заявляю, что я изобрёл новый вид синтеза, но не исключаю того, что то, что я изобрёл можно назвать новым видом синтеза звука, раннее никем не опублекованного. Так же, вполне вероятно, что если написать некий более наукоёмкий документ, то *моему* методу синтеза можно дать собственное имя. В статье у себя на сайте, я нахожу возможноным использовать придуманное (подобранное) имя QM Synthesis, где QM - Quantized Modulator.

    Суть в синтеза. Для минимальной реализации QM синтезатора нужно 3 осцилятора. В самой простой реализации достаточно 2-х осциляторов синусоидальной волны и 1-го ипульсного осцилятора. Основная идея застваляющая *работать* QM синтез в усложнении, как можно видеть в его названии, модулятора путём его квантовании во времени (ресемплинг через sample&hold). Берёться одна простая волна (синус например), любой частоты, и она квантуется (ресемплируется) с другой частотой, в результате, получается очень сложный сигнал, в зависимости от соотношения базовой и квантующей частоты, он может варьироваться от квантового шума до жётско выстроенных гигантских последовательностей с меньшим разбросом выходных уровней чем у квантого шума. И если этот квантованный (ресемплированный) модулятор использовать в качестве FM модулятора второго синус осцилятора, то, при различных базовых и квантующих частотах, можно получать абсолютно разные звуки. При сохранении структуры 3х простых осциляторов колличество получаемых звуков будет зависит от разрешающей способности (частоты дискретизации) системы на которой выстроен синтезатор. К примеру, в Reaktor'е, даже при частоте 44100 можно получать тысячи и тысячи разных звуков. А учитывая небольшое колличество управляющих органов (в простой QM системе), звуки "находяться" очень быстро. Типичная скорость нахождения новых звуков в моей реализации QM синтезатора - несколько звуков в минуту. Большое колличество возможных звуков обусловлено чувтствительностью QM синтеза к изменениям базовой и квантующих частот. Даже при обычной компьютерной реализации необходимая для более-менее полноценной работы разрешающая способность (точность) регулятора частот должна быть в пределах +-1 герц.

    Сам QM синтез не привязан к нотам и не в коем случае может использоваться для попытки синтезировать какие-либо музыкальные инструменты. Результаты QM синтеза как правило звучат как результат сложного FM синтеза, но стоит отметить, что сложный модулятор получаемый после квантования простого, можно использовать иначе как для FM модуляции. Я использовал его для FM модуляции, так как это наиболее простой и наглядный способ показать простоту и эффективность этого способа для поиска новых звуков.

    Мне было бы очень интересно узнать мнение профессионалов в области синтеза. Так же я очень заинтереснован в поиске человека способного реализовать QM синтезатор в "железе". Его структура очень проста - 3 осцилятора, 1 sample&hold и 2 регулятора частот. И было бы чертовски интересно поработать, с эдаким чёрным ящиком, у которого 2 аналоговых фейдара частоты с гигантским диапазоном частот, и миллионами звуков на выходе.
     
Статус темы:
Закрыта.

Поделиться этой страницей