Основы субтрактивного синтеза с retrologue (конспект)

• 3 марта 2019

• 4614

• Павел Новиков

• 

• 

• 

• 

• 

Синтезированные звуки повсюду: в песнях, рекламных роликах, кинематографе, — везде, где нужен звуковой дизайн. Сейчас даже многие профессионалы не смогут с точностью отличить «живой» звук от синтезированного, так как даже искусственный звук будет максимально приближен к референсу. Посмотрим на основные принципы синтезирования, чтобы знать, как «накрутить» тот или иной звук самому, а не искать готовые пресеты.

VST синтезатор Lennar Digital Sylenth1 / Lennar Digital

Звуковой синтез — построение спектров звуковых сигналов при помощи генерации простейших волноформ (waveforms) и их последующей обработки. Занимаемся мы этим, чтобы сымитировать звучание какого-либо инструмента, природного звука или даже чтобы создать звук, не существующий вовсе. Есть несколько видов синтеза, назовем основные.

• Аддитивный
• Синтез частотной модуляции (FM — Frequency Modulation)
• Субтрактивный

Cуммирующий вид синтеза. Любой сложный звук состоит из множества одномоментно присущих гармоник, так что его можно представить в виде суммы гармонических колебаний с разными амплитудами и частотами.
Несколько простых волноформ модулируют друг друга по частоте и суммируются, выдавая на выходе звук, богатый гармониками.
Этот вид синтеза работает по принципу вычета составляющих из первоначально богатого гармониками сигнала с помощью блока настраиваемых фильтров. Так вышло, что именно субтрактивный вид синтеза ассоциируется с синтезаторами в целом, так что рассмотрим именно этот тип подробнее. Важно заранее объяснить, что внутренняя коммуникация синтезатора производится с помощью управляющего напряжения (CV — control voltage). Можно сказать, это его локальный язык. Это не звук, но он контролирует разные элементы синтезатора, которые уже создают аудиосигнал. К примеру, само по себе нажатие на клавишу никакого звука не производит, однако посылает определенное значение управляющего напряжения в секцию осциллятора, чтобы изменить высоту аудиосигнала. Самое время расшифровывать незнакомые слова.

Осциллятор

Если УН — это язык синтезатора, то осциллятор — сердце. Осциллятор — это колебательный контур, который как раз управляется напряжением. Он генерирует волну, частота и форма которой зависит от напряжения. Обычно у осциллятора в субтрактивном синтезаторе есть несколько типов волн.

1. Синусоидная (sine) — простая волноформа без гармоник.
2. Квадратная (square) — насыщена нечетными гармониками, присутствует металлический призвук;
3. Пилообразная (sawtooth) — богата четными и нечетными гармониками;
4. Треугольная (triangle) — имеет мягкость синуса, но нечетные гармоники «пилы».

Существует также генератор шума ‘Noise’. В студийных синтезаторах это обычно белый и розовый шумы.

Фильтр

Модуль VCF (Voltage Controlled Filter) — это фильтр, который регулируется с помощью УН. С помощью этого фильтра можно вырезать определенные частоты из спектра, чтобы достигнуть нужно тембра.

Именно поэтому этот вид синтеза и называется субтрактивным: он строится на принципе вычитания определенных частот из спектра сигнала. Есть несколько видов фильтров.

LPF (low-pass filter) — фильтр пропуска низких частот.

Не путать с low-cut фильтром, который срезает низкие частоты. Low-pass, напротив, пропускает низкие, срезая высокую часть спектра.

HPF (high-pass fiter) — фильтр пропуска высоких частот.

Аналогично с low-pass: этот тип фильтра срезает низкие частоты, пропуская высокие.

BPF (band-pass filter) — полосовой фильтр.

 
Первые два типа могут комбинироваться. Полоса пропускания настраивается, а ширина пропуска зависит от настройки добротности (Q). Она также может регулироваться с помощью УН. С помощью настройки резонанса (resonance) также можно выделять определенные частоты. Резонанс возникает, когда звук в том же диапазоне, что и частота среза, направляется обратно в фильтр, создавая обратную связь.

 

Усиление (VCA — Voltage Controlled Amplifier)

Далее сигнал отправляется в секцию усиления, где ему сперва предстоит столкнуться с ADSR-огибающей.
ADSR–огибающая помогает сформировать из «голой» волны нужную нам, регулируя определенные параметры.

A — (attack) — начальная фаза, время «разгона» с нулевого значения до максимального;

D — (decay) — фаза спада с максимального значения;
S — (sustain) — фаза поддержки установившегося состояния; R — (release) — фаза окончательного спада, время угасания сигнала до нулевого значения; Настраивая время каждой из фаз индивидуально, можно достичь нужного вам звука.

LFO (Low Frequency Oscillator)

Не менее важным является модуль LFO — осциллятор низких частот. Так как это все тот же осциллятор, он также может генерировать уже знакомые нам виды волноформ, однако генерируемый им сигнал расположен настолько низко (ниже 20 Гц), что мы попросту не можем его слышать, однако его задача и не в этом. Предназначение LFO в синтезаторе — контроль других внутренних модулей синтезатора, LFO — это управляющий сигнал для модуляции. Например, с помощью него можно регулировать высоту сигнала, фильтры, имитировать эффект вибрато и так далее. К слову, один из способов создания небезызвестного Wobble Bass — применение осциллятора низких частот LFO.
Сейчас есть огромное количество видов синтезирования, однако они все часто основываются именно на этих фундаментальных правилах. Зная их, вы сможете создавать свои звуковые фактуры как в аналоговых, так и виртуальных синтезаторах.
Обложка: Steve Harvey

Популярное

Обзоры

Бекмамбетов продюсирует военную драму о Михаиле Девятаеве, Осипьян снял ретро-драму с Пироговым, Сидихин и Крайнова играют в сериале НТВ

Практика

Ирина Жигмунд вспоминает художников по костюмам, работавших над ранними экранизациями романа «Маленькие женщины», и объясняет, почему «Оскар» Жаклин Дюрран в этом году — не самое справедливое решение

Мнение

Мы одни из первых посмотрели «Хищные птицы: Потрясающая история Харли Квинн» и удивились: зачем такое длинное название, откуда взялся Юэн МакГрегор в непривычном для себя амплуа и почему так мало Мэри Элизабет Уинстед

Обзоры

Практика

К выходу в российский прокат философской притчи Роберта Земекиса «Форрест Гамп» разбираемся, как создателям фильма удалось поместить героя Тома Хэнкса в историческую хронику, снять полет перышка и собрать полные стадионы ограниченным числом статистов

Источник: https://tvkinoradio.ru/article/article15150-osnovie-principi-sinteza-zvukov

Основы саунд-дизайна или синтез звука на аналоговых синтезаторах

________________________________

Из чего же состоит аналоговый синтезатор и как в нем зарождается тот или иной звук? Чтобы это понять, заглянем в прошлое, где мирно покоятся предки современных синтезаторов – огромные ламповые шкафы, набитые различными электросхемами.

Если приглядеться к ним повнимательнее, можно заметить, что эти инструменты состоят из модулей – такие модули могут выглядеть и как отдельные ящички, и как небольшие ячейки-пластинки, закрепленные внутри общего шкафа.

Подобные модули старинных синтезаторов не имели прямой связи друг с другом, поэтому, чтобы синтезатор работал как единое целое, эти модули нужно было соединять специальными проводами.

Взгляните, например, на панель современных аналоговых синтезаторов Moog Voyager и DSI Mopho Keyboard – вы увидите секции ручек и других контроллеров, выделенные с помощью тонких линий и прямоугольников. Это и есть модули, каждый из которых выполняет свою собственную задачу, ну а общее звучание синтезатора будет зависеть от различных настроек этих модулей и их количества.

Модули аналогового синтезатора

Теперь давайте разберемся, из каких модулей состоит синтезатор, и для чего нужен каждый из них. Существует 5 основных типов модулей:

• Модули осцилляторов. Осциллятор (oscillator) – это основа основ любого синтезаторного звука, его голос. Здесь, в этом модуле, зарождается звук, и, затем, проходя через все остальные модули инструмента, попадает на аудиовыход инструмента.
• Модуль микшера. Микшер (mixer) обычно один, и он работает как обычный аналоговый микшер, суммируя звуки всех осцилляторов в единый звук.
• Модули фильтров. Такие модули непосредственно влияют на звук, который попадает сюда с осцилляторов. Фильтр (filter) может обрезать или усилить отдельные частотные составляющие звука, изменяя тембр.
• Модуляторы. Эти модули сами не воспроизводят никакого звука и не влияют на него непосредственно. Однако, они могут управлять другими модулями синтезатора, например, осцилляторами или фильтрами, и автоматически изменять их характеристики во времени, что повлияет на звучание инструмента. К модуляторам относятся такие модули, как огибающая (envelope), генератор низкой частоты (LFO), аналоговый секвенсор и другие.
• Модуль усилителя (amp, volume) усиливает звук синтезатора до слышимого уровня. Обычно представлен в виде классической ручки громкости Volume.

Существуют и другие виды модулей, однако основными модулями синтезатора являются именно осциллятор, микшер, фильтр, огибающая, LFO и усилитель. Благодаря различным сочетаниям настроек этих модулей мы сможем получить огромную палитру различных синтезаторных звуков! Теперь рассмотрим подробнее каждый из этих модулей, и объясним, как с ними обращаться.

Осцилляторы

Начнем с осцилляторов. Эти модули, как уже было сказано, непосредственно генерируют звук. Генерируемый осциллятором звук может быть разным, и зависит от модели и типа синтезатора. Аналоговые синтезаторы обычно оснащены осцилляторами, которые умеют выдавать самые простые формы волны различных геометрических форм – квадрат, треугольник, пилу, синус, шум и т.д.

Кстати, как бы странно это на первый взгляд не звучало, но большинство любимых нами синтезаторных тембров – будь то яркие синтезаторные соло, жирные и плотные басы или густые и обволакивающие атмосферы, рождаются именно из таких простых волноформ – треугольника, синуса, квадрата, пилы и других. Смешивая эти простые «краски» в различных пропорциях, наслаивая, фильтруя и модулируя их, мы получаем живые и интересные синтезаторные пэтчи.

Обычно, каждый из осцилляторов может генерировать только какую-то одну форму волны, поэтому, чем осцилляторов больше – тем насыщеннее будет звук еще на исходной стадии его создания.

Кроме того, осцилляторы можно «раздвигать» относительно друг друга – для этого каждый из них имеет ручку настройки его высоты.

Регулируя высоту осцилляторов, мы можем создавать звуковые интервалы, а совсем немного «расстроив» их относительно друг друга – получим мощный жирный звук, подобный звуку, который получается при использовании эффекта «хорус» (chorus).

Высота осциллятора обычно управляется регулятором «frequency» или просто «freq».

Также в секции осцилляторов мы можем найти так называемые саб-осцилляторы (sub-oscilator) – это дополнительные осцилляторы, которые усиливают и насыщают басовую составляющую звука.

Кстати, чаще всего мы можем начать модулировать звук, не выходя за пределы секции осцилляторов – для этого, некоторые синтезаторы оснащены дополнительными возможностями осцилляторов – такими как жесткая синхронизация (hard sync), перекрестная (cross mod) или кольцевая (ring mod) модуляция, FM-синтез, и др.

Эти способы работы осцилляторов не входят в рамки нашего сегодняшнего урока, поэтому, пока просто пропустим их.

Микшер

В секции микшера (Mix или Mixer) мы можем активировать (on) или заглушать (off) звучание отдельных осцилляторов (VCO или OSC), а также регулировать их громкость (level – не путать с volume!) и иногда – панораму (Pan). Кстати, иногда шумовой осциллятор может находиться именно здесь. Смешивая звучание осцилляторов в различных пропорциях, мы получаем исходный набросок будущего звука.

Фильтры

Фильтр – один из важнейших и интереснейших элементов синтезатора, обработка звучания осцилляторов этим модулем может очень сильно повлиять на итоговый звук. Как мы уже говорили, фильтр частично «обрезает» определенную частотную составляющую звука. Что именно фильтр будет отрезать, а что оставлять, во многом зависит от типа фильтра.Существует 3 наиболее распространенных типа фильтра:

• Низкочастотный фильтр (LP, low pass filter) обрезает высокие частоты, оставляя нетронутыми низкие частоты.
• Высокочастотный фильтр (HP, high pass filter) обрезает низкие частоты, оставляя нетронутыми высокие частоты.
• Полосной фильтр (BP, band pass filter) – обрезает все частоты вокруг указанной области, оставляя только отдельную частотную полосу.

Вообще, чтобы понять, что именно делает со звуком фильтр, проще всего покрутить ручку частоты среза (cutoff или filter frequency). Эта ручка отвечает за ту частоту, на которой и происходит срез.

Например, установив параметр «cutoff» низкочастотного фильтра на 200Гц (10-11 часов циферблата) мы оставим все частоты, что лежат ниже 200Гц и отрежем звук, который находится выше этого значения.

С высокочастотным фильтром всё наоборот – в таком положении он отсечет все что ниже 200Гц и оставит нетронутым, что, что находится выше.

Нетрудно догадаться, что фильтр служит для придания звуку определенной формы, геометрии.

Например, если мы ходим сделать звук гулким и глубоким, убрав резкость – мы используем низкочастотный фильтр, а если мы хотим отрезать «низ» звука, сделать его колким и сухим – тогда мы должны использовать высокочастотный фильтр. Кстати, поворот ручки фильтра – излюбленный прием электронных музыкантов, особенно часто этот прием используется в техно-музыке.

Большинство фильтров синтезатора оснащено еще одним управляемым параметром – это резонанс фильтра (filter Q или res или resonance). Изменение этого параметра приводит к ощутимому усилению звука на выбранной параметром «cutoff» частоте, вплоть до того, что звук может «засвистеть», заводя отдельные гармоники – так бывает с микрофонами, расположенными напротив динамиков.

Самое эффектное звучание фильтра достигается тогда, когда мы, усилив резонанс, начинаем управлять его частотой – именно так, например, делаются знаменитые «кислотные» техно-секвенции.

В секции фильтра также могут присутствовать и дополнительные возможности: например, фильтр может иметь отдельный регулятор перегруза (overdrive), иметь регуляторы глубины модуляции другими модулями синтезатора, также довольно-таки распространен параметр трекинга фильтра (keyboard tracking), настроив который, мы сможем управлять частотой среза фильтра с помощью клавиатуры синтезатора.

Огибающая

Огибающая синтезатора (envelope или ENV или EG) – это отдельный модуляционный блок, который может управлять различными параметрами синтезатора, автоматически изменяя их во времени.

Чаще всего, огибающая состоит из 4 частей: атаки (attack), спада (decay), пьедестала (sustain) и послезвучия (release). Огибающую можно представить в виде графика функции, где горизонталь будет временем, а вертикаль – изменением модулируемого параметра.

Поворачивая ручки настроек огибающей, мы перемещаем во времени отдельные «узлы» этого графика. Огибающие перезапускаются после каждого нажатия отдельной клавиши синтезатора.

В отдельных синтезаторах огибающие могут быть изначально жестко привязаны к управлению конкретным модулем – например, огибающая фильтра (filter envelope), в других синтезаторах они свободно назначаются. Мы рассмотрим 2 самых распространенных способа использования огибающих – для модуляции фильтра и для модуляции громкости (amplifier envelope или VCA envelope):

• Огибающая фильтра управляет частотой среза фильтра, автоматически «поворачивая» ручку частоты среза на основе настроек огибающей. Звучит эта огибающая весьма эффектно – управляя атакой, мы можем получить, например, «квакающие» звуки. Вообще, правильно настроенная огибающая фильтра формирует плотность и упругость звука – секвенционные и перкусионные звуки, техноидный бас и т.д. можно получить именно с помощью настроек этого модуля.
• Огибающая громкости управляет громкостью звуков. Эта огибающая формирует характер атаки звука, его «штрих». С помощью настроек огибающей громкости мы можем создавать протяжные, отрывистые, короткие «металлические» звуки, можем заставить звук плавно появиться в пространстве и т.д.

Кстати большинство огибающих умеет модулировать звук не только в прямом, но и в перевернутом режиме. Сделать это можно с помощью регулятора «envelope amount» – если данный регулятор имеет отрицательные значения, то огибающая станет как бы зеркально отраженной.

LFO

LFO – это генератор низких частот. Он похож на осциллятор, но генерирует очень низкие, не слышимые ухом частоты примерно от 1 до 20 герц. Однако, даже если частота LFO попадет в слышимый диапазон, мы ее все равно не услышим! Генерируемая LFO волна не попадает на аудиовыход синтезатора – она нужна для того, чтобы управлять другими модулями.

LFO, как и осцилляторы, может иметь различные формы волны: синус, треугольник, пила, квадрат, случайная форма волны и т.д. По принципу действия он похож на огибающую, ну а основное отличие их в том, что огибающая имеет начало и конец, а LFO работает бесконечно, циклично.

LFO может модулировать различные параметры – фильтр, усилитель (т.е. громкость звука), высоту осцилляторов и др. Различными настройками этого параметра мы можем создавать эффект вибрато, пунктиры, «вау-вау» эффект и т.д. – в целом, работа LFO придает звуку определенную пульсацию и ритмичность.

Управляется LFO так: для начала мы должны назначить его на модуляцию какого-то параметра (или использовать заранее назначенный LFO) и выбрать форму волны. Параметр частоты LFO ( LFO freq.

Кроме того, частота LFO очень часто может быть синхронизирована с темпом (tempo sync), в этом режиме LFO может генерировать ритмичные пульсирующие секвенции.

Параметр LFO amount отвечает за глубину воздействия LFO на модулируемый модуль синтезатора.

Например, при небольших значениях amount, синусоидальное LFO, модулирующее высоту осцилляторов будет звучать как вибрато, а если мы увеличим значение amount – звук станет атональным, похожим на сирену.

В том же режиме, квадратное LFO придает звуку некоторую «восьмибитность», особенно на высокой скорости.

Усилитель

Чаще всего этот модуль не имеет никаких специальных регуляторов, кроме ручки громкости volume, однако он может быть целью для модуляционных модулей синтезатора, например, огибающей или LFO, которые могут управлять громкостью автоматически.

Основные советы, которые я могу дать начинающим саунд-дизайнерам:

• Изучайте звучание всех модулей синтезатора по очереди – например, начните с создания интересных звуков используя только осцилляторы.
• При создании звукового пэтча не забывайте про клавиатуру синтезатора. Пробуйте воспроизвести создаваемый звук в различных октавах, т.к. часто характер звука зависит от диапазона не меньше, чем от любых других параметров.
• Постарайтесь запомнить звучание всех основных форм волны осцилляторов.
• Не нужно слишком сильно усложнять звуковой пэтч: большая часть самых популярных и интересных звуков – это простые формы волны, обработанные огибающей фильтром и LFO.
• Ну, и, пожалуй, самое главное – никогда не бойтесь экспериментировать! Помните – на синтезаторе невозможно сделать что-то «не так» — наоборот, часто самые неожиданные решения приводят к яркому и уникальному результату!

На сегодня всё! Помните: саунд-дизайн – это огромный живой мир, полный различных интересных приемов и техник, но все великое всегда начинается с малого! Желаем вам удачи и побольше вдохновения!

• Ваш MusicMag.
• Видеоурок по данной статье находится внизу страницы!

Источник: https://mmag.ru/info/stati/1145-osnovy-saund-dizajna-ili-sintez-zvuka-na-analogovykh-sintezatorakh.html

Синтез звука из головы и анализ. Основы как накрутить звук

Дата: 26.06.2017 20:52 | Павел Уоллен | Категория: Ответы

Как накрутить звук из головы

Моментальный дисклеймер – нельзя научиться накручивать этот самый «звук из головы» за день или два, этот чуткий навык звукореализации приходит только с опытом и практикой «накрутки» в синтезаторах, накрутки того, что мы слышим или чего мы хотим добиться. И чем больше и чаще вы будем крутить, тем быстрее придет хороший результат и умение накрутить практически любой желаемый звук, в том числе «из головы», чтобы там у кого в голове не звучало.

Самая лучшая практика такого навыка, как звукореализация – это постоянно накручивать звуки и тембры, которые Вы слышите в треках своих любимых артистов. Тот или иной Lead, или тот или иной Pluck, Bass либо Pad.

В первую очередь, важно правильно оценить звук который Вы слышите и хотите накрутить в своем любимом синтезаторе. Для всех начинающих я бы для начала советовал накручивать в простых и логичных синтезаторах, это Sylenth1, Spire или Harmor (который является не столь традиционным, но все же логичным во многих смыслах модуляции).

Как правильно оценить звук? Анализ звука

1. Тип и вид тембра или инструмента

Конечно перед всей глубокой оценкой – поймите, что перед вами – какой тип инструмента или синтезатора….

(кстати, если перед Вами звучит живой инструмент, советую обратиться к библbотекам сэмплов от Kontakt, чем убивать сотни часов на звукореализацию, того чего даже самые отменные мастера синтеза до сих пор стремятся смодулировать на синтезаторах – поэтому «живые инструменты» для нас пока не в счет)

… итак, что перед Вами? – Lead, Pluck (Arp), Pad, Bass или другой вспомогательный тембр Synth. От этого зависит и форма звучания, и его высота (регистроктавность).

2. Характер тембра.

Теперь, для начала, обращайте внимание на характер тембра. Здесь важный совет; научитесь различать две самые популярные формы волны – это пилообразная звуковая волна и квадратоида.

Их можно прослышать в их форме «по-умолчанию» в любом простом синтезаторе, к примеру, 3x Osc в FL Studio.

Прослушайте и охарактеризуйте для себя эти две волны. (Пилообразная – это самый полный и яркий тембр, квадратоида звучит очень по компьютерному и электронно).

Бывает так же еще достаточно частый тембр для основы – это синусоида, но эту мягкость не перепутать ни с чем, если Вам вдруг не удавалось услышать, как звучит простая синусоида, но побалуйте себя таким шансом и, на том же 3x Osc, послушайте как она звучит и запомните так же на долгое время!

Итак, для начала анализируйте характер тембра и соотнесите ближе к какой базовой звуковой волне он звучит (здесь некоторые необычные звуки могут ввести Вас в заблуждение, но здесь не стоит расстраиваться, впереди еще много пояснений, как это может реализовываться).

И, определив, базовый характер звука – просто ставьте на первом же осцилляторе нужную звуковую волну.

Фильтров бывает несколько типов:

— Low Pass (Срезает высокие частоты, оставляя низкие)- Band Pass (Срезает и высокие и низкие, оставляя полосу по центру)

— High Pass (Срезает низкие частоты, оставляя высокие)

И главные органы управления у фильтра — это всего пара ручек, которые практически одинаково работают у всех этих трех видов фильтра.

— Cut-Off — главный параметр фильтрации (частота на которой будет вестись срез в выбранном режиме (Low Pass, Band Pass, High Pass)- Width — добротность или ширина области среза (пробуйте менять и оценить эффект лично сами, так как эффект действительно будет разный от разной «добротности».

— Resonance — это компенсация или усиление уровня частот на частоте среза. Данный параметр в утрированном значении может заставить тембр засвистеть или загудеть до перегруза.

С фильтром всегда стоит поиграться самому опробовав его на разных тембрах (в разных типах фильтрации). Через пару минут мы поговорим о самом результативном шаге в работе с фильтрацией.

3. Unison характеристика звука и его мультиголосные оттенки.

• Это похоже, самый сложный и труднореализуемый для музыкантов в синтезе шаг.
• В каждом осцилляторе любого современного синтезатора есть такая функция как унисон (Unison), которая позволяет множить имеющиеся тембры (волновой формы), то есть буквально копировать и умножать их число в одном осцилляторе для получения самых разнообразных и вариантивных комбинаций их звучания.
• У унисона как правило несколько органов управления:

Источник: https://fl-studiopro.ru/otvety/256-sintez-zvuka-iz-golovy-i-analiz-osnovy-kak-nakrutit-zvuk.html

Виртуальный полифонический аналоговый синтезатор на основе субтрактивного синтеза

Яковлев Данила Святославович – студент отделения Программной инженерии факультета Бизнес-информатики Национального исследовательского университета Высшей школы экономики. (НИУ ВШЭ, г.Москва)

Аннотация: В работе рассмотрен вопрос актуальности разработки виртуального полифонического аналогового синтезатора, перечислены основные особенности разработанного синтезатора, описаны преимущества метода реализации на основе субтрактивного синтеза и объяснён принцип работы данного синтезатора.

Ключевые слова: Субтрактивный синтез, виртуальный аналоговый синтезатор, управляемый напряжением осциллятор, генератор ADSR-огибающей, управляемый напряжением фильтр.

В настоящее время большое количество музыкантов, сочиняющих электронную музыку, использует аналоговые синтезаторы (в основном их виртуальные формы). Они отдают предпочтение именно этому типу синтезаторов, поскольку ему присущи уникальное звучание и гибкая система настройки звука.

Однако подобные коммерческие программные продукты имеют высокую стоимость и не всегда доступны пользователю. Бесплатные виртуальные полифонические аналоговые синтезаторы, имеющие количество различных функций, сравнимое с их платными аналогами, встречаются крайне редко.

По этой причине целью данной разработки было создание виртуального аналогового синтезатора, который бы содержал стандартные модули аналогового синтезатора и помимо этого обеспечивал некоторые дополнительные функции.

Основные особенности разработанного синтезатора:• Полифония. Эта особенность считается одной из самых желаемых во всех виртуальных аналоговых синтезаторах.• Широкий набор настроек звука.

Синтезатор имитирует следующие аналоговые модули: управляемые напряжением осцилляторы, управляемый напряжением фильтр и управляемый напряжением усилитель, а так же генератор низкочастотных колебаний. o Управляемые напряжением осцилляторы обладают следующими параметрами: тип формы звуковой волны, громкость, выбор октавы и параметр «расстроенности».

o Управляемый напряжением фильтр обладает настраиваемыми параметрами типа фильтра, пороговой частоты и резонанса. o Параметрами управляемого напряжением усилителя являются параметры его генератора ADSR-огибающей: время атаки, время спада, уровень задержки и время затухания. o Параметры генератора низкочастотных колебаний – тип звуковой волны, частота и глубина.

• Система шаблонов настроек. Разработанный синтезатор обладает системой шаблонов настроек, позволяя пользователям сохранять или загружать свои собственные шаблоны или использовать встроенные.• Панель звуковых эффектов (phaser, delay, реверберация). Эта особенность является относительно новой для виртуальных аналоговых синтезаторов, разрабатываемых как отдельная программа.

Она позволяет не только использовать различные звуковые эффекты, но также даёт пользователям возможность изменять порядок подключения этих эффектов и даже использовать в цепочке несколько одинаковых модулей. Такой подход похож на использование педалей звуковых эффектов, когда все педали соединены друг с другом, с источником звука и с выходом сигнала проводами.

• Поддержка MIDI-клавиатур. Эта особенность считается стандартной деталью большого количества виртуальных аналоговых синтезаторов. Она необходима в подобных программных продуктах по двум причинам. Во-первых, играть на синтезаторе, используя MIDI-клавиатуру, намного удобнее, чем с обычной компьютерной клавиатурой.

Во-вторых, большинство компьютерных клавиатур позволяют нажимать не более трёх клавиш одновременно, что сильно ограничивает полифонию синтезатора при возможных 16 голосах.• Элемент управления тоном.

• Удобный графический пользовательский интерфейс. Графический пользовательский интерфейс виртуальных аналоговых синтезаторов не должен иметь пустых пространств, и все звуковые настройки должны быть сгруппированы в модули синтезатора. Также считается, что приятный внешний вид программного продукта важен для пользователей, особенно когда это касается продуктов для творчества.

Субтрактивный синтез считается самым популярным среди производителей аналоговых синтезаторов и разработчиков виртуальных аналоговых синтезаторов. Главным достоинством данного метода является его строгая и хорошо-организованная структура.

Имея относительно меньший набор параметров в сравнении с аддитивным синтезом и FM-синтезом, субтрактивные синтезаторы предоставляют широкий спектр различных возможных звучаний.

Более того, графический пользовательский интерфейс таких синтезаторов является наиболее удобным, потому что пользователь может предсказать эффект от изменения какого-то определённого параметра. В дополнение к этому, данный метод не требует высокой производительности компьютера [1].

Учитывая все достоинства этого метода, субтрактивный синтез был выбран в качестве основного метода для реализации виртуального аналогового синтезатора.

Схема, представленная ниже, показывает, как устроены модули разработанного синтезатора на основе субтрактивного синтеза:

Рисунок 1. Схема работы разработанного виртуального аналогового синтезатора.

На схеме видно, что данная программа содержит все стандартные модули аналогового синтезатора: генератор низкочастотных колебаний (LFO), 3 управляемых напряжением осциллятора (VCO), управляемый напряжением фильтр (VCF) с генератором ADSR-огибающей и управляемый напряжением усилитель (VCA) с генератором ADSR-огибающей.

В дополнение к этому справа, рядом с аудиовыходом, на схеме изображён модуль панели звуковых эффектов. Изначально, при нажатии клавиши на клавиатуре синтезатора значение её частоты передаётся на осцилляторы, а сигнал о нажатии/отпуске передаётся на генераторы ADSR-огибающих.

Каждый осциллятор генерирует звуковую волну в зависимости от полученного значения частоты нажатой клавиши, значения частоты, полученного от генератора низкочастотных колебаний, и соответственно параметров самого осциллятора.

Затем сгенерированные частоты из осцилляторов соединяются в микшере (“Mixer” на схеме) в одно значение, которое затем передаётся на фильтр. Управляемый напряжением фильтр срезает определённые частоты полученного сигнала в зависимости от параметров фильтра.

Также, генератор ADSR-огибающей фильтра контролирует процент смешивания чистого входного сигнала с отфильтрованным с помощью функции атака-спад-задержка-затухание, настраиваемой пользователем с помощью параметров генератора.

В дополнение к этому, точно такой же генератор ADSR-огибающей у управляемого напряжением усилителя контролирует громкость сигнала. Однако, несмотря на то, что сам усилитель присутствует на схеме, технически в виртуальном аналоговом синтезаторе он отсутствует, поскольку входной сигнал не нужно усиливать. И, наконец, с усилителя на выход сигнал (значение частоты) проходит через цепочку выбранных пользователем звуковых эффектов (phaser, delay, реверберация).

Список литературы:

1. Antti Huovilainen (2010). Design of a Scalable Polyphony-MIDI Synthesizer for a Low Cost DSP. Master of Science (Technology) thesis, Aalto University School of Science and Technology, Espoo, Finland.

Интересная статья? Поделись ей с другими:

Источник: http://na-journal.ru/3-2013-tehnicheskie-nauki/305-virtualnyj-polifonicheskij-analogovyj-sintezator-na-osnove-subtraktivnogo-sinteza

Субтрактивный синтез

Cубтрактивный синтез (Subtractive Synthesis) — это метод синтеза, основанный на вычитании элементов друг из друга. В синтезаторах определяющим элементом субтрактивного синтеза является наличие фильтров. Фильтр «вырезает» часть спектра из звука, формируя нужную тембральную окраску.

Субтрактивный синтез часто называют «аналогово-субтрактивным», отдавая дань прародителям всех синтезаторов — аналоговым инструментам.

Основные виды фильтров

• HPF — пропускающий фильтр высоких частот (он же — обрезной фильтр низких частот) — вырезает из спектра низкочастотную составляющую (ниже частоты среза, см. подробнее ниже), делая звук более «тонким», «высоким»…
• LPF — пропускающий фильтр низких частот (или обрезной фильтр высоких частот) — вырезает верхние частоты, субъективно смягчает звук, делает его «темнее» и глубже.
• BPF — полосовой пропускающий фильтр — пропускает частоты определенного диапазона, вырезая весь остальной спектр.
• Notch-filter — полосовой вырезающий фильтр (режекторный, заграждающий фильтр) — вырезает определенную полосу из спектра, оставляя нетронутыми нижне- и верхнечастотную составляющие.
• Comb-filter — гребенчатый фильтр (решётчатый фильтр) — тип фильтра, вырезающий ряд частот спектра и пропускающий частоты, находящиеся между ними. При прохождении сигнала через гребенчатый фильтр к нему добавляется он сам с какой-то задержкой, в результате чего получается фазовая компенсация. Его спектр имеет вид гребня, отсюда он и получил своё название.

Параметры фильтров

Основные характеристики фильтра — частота среза (cutoff frequency) и резонанс (resonance).

Если фильтр обладает «резонансом» — он называется резонантным (иногда резонансным), если нет — нерезонантным. Частотой среза называется частота, выше или ниже которой начинается действие фильтра.

Фунция резонанса заключается в увеличении уровня сигнала на частоте среза. При использовании резонанса звук становится более резким, жестким и агрессивным.

Фильтры также можно различать по добротности, которая применительно к синтезаторам обычно выражается значениями количества децибел на октаву.

Чаще всего синтезаторы оснащаются 12-децибельными (2-pole) или 24дб (4-pole), реже можно встретить 36дб (6-pole) или 48дб (8-pole).

Например, 12-децибельный обрезной фильтр высоких частот обрезает все частоты выше указанной частоты среза таким образом, что частота выше на октаву будет звучать на 12дб тише заданной.

Дополнительная информация

Для более полного понимания процесса необходимо усвоить также следующее:

• Повышение высоты тона на октаву обзначает увеличение частоты этого сигнала в два раза. Например, нота ля первой октавы звучит на частоте 440 герц, соответственно — ля второй октавы соответствует частоте 880 герц.
• Изменение мощности звука на 3дб означает приращение мощности в два раза. Соответственно, если децибелы суммируются — мощность умножается. Например, если один сигнал звучит на уровне на 12дб ниже второго, то мощность его звука меньше в 16 раз.

12дб = 3дб + 3дб + 3дб + 3дб = 2 х 2 х 2 х 2 = 16

• Что же касается субъективного восприятия звука — оно скорее связано с напряжением, потому используется другое отношение. Увеличение напряжения (субъективного восприятия уровня звука) в два раза соответствует измению в децибелах на 6. То есть, 12-децибельный фильтр обеспечивает понижение субъективного восприятия уровня сигнала в 4 раза через октаву от частоты среза фильтра.

12дб = 6дб + 6дб = 2 х 2 = 4

24.04.2009 Алексей Данилов При перепечатывании ссылка на источник обязательна

© SynthMusic

Источник: http://synthmusic.ru/articles/synthesistypes/subtractive

Синтез звука. Аддитивный и субтрактивный методы

Здравствуйте уважаемые читатели. Сегодня мы будем говорить о синтезе звука и разберём два метода образования новых тембров. Поехали.

• Что же такое синтез, точнее — синтез звука?
• Синтез — процесс соединения или объединения ранее разрозненных вещей или понятий в нечто качественно новое, целое или представляющее набор.
• Синтез звука – процесс генерации звука, представленного в виде дискретного сигнала (сигнала, который может принимать лишь конечное число значений).

Существует довольно таки много методов синтеза (способов образования звука). В сегодняшней статье мы поговорим о аддитивном и субтрактивном методах синтеза.

Аддитивный метод синтеза

Аддитивный метод синтеза (add – складывать, метод сложения) основывается на теореме Фурье, заключается она в том, что любое периодическое колебание можно представить в виде сумы синусоидальных колебаний различной частоты и амплитуды. Звук образовывается за счёт  сложения двух или более волн различной формы.

Например:

Синусоида

http://fierymusic.ru/wp-content/uploads/2011/12/Sin.mp3

Пила

http://fierymusic.ru/wp-content/uploads/2011/12/Saw.mp3

Синусоида+пила

http://fierymusic.ru/wp-content/uploads/2011/12/Sin+Saw.mp3

2. Существует два вида такого синтеза – гармонический и регистровый.
3. В гармоническом (этот термин соответствует гармонической гамме, в которой частоты одноимённых нот соседних октав различаются вдвое) виде синтеза в качестве исходных используются синусоидальные колебания с кратными частотами (отличающиеся в целое число раз) и при этом амплитуды могут быть различны.
4. Например:
5. Синусоида+синусоида

http://fierymusic.ru/wp-content/uploads/2011/12/Sin+sin.mp3

• В регистровом виде синтеза используются волны более сложных форм.
• Например:
• Пила+прямоугольник

http://fierymusic.ru/wp-content/uploads/2011/12/Saw+Pulse.mp3

Субтрактивный метод синтеза

Субтрактивный метод синтеза (subtract – вычитать, метод вычитания) заключается в том, что новый тембр получается за счёт вычитания определённых частот из первоначального богатого спектра колебания. Этот метод обычно используется совместно с аддитивным, они дополняют друг друга.

С помощью метода сложения образовывается первоначальный богатый тембр (используются волны типа пила, треугольник, прямоугольник и более сложные). Далее при помощи частотных фильтров (о них мы ещё поговорим) из сигнала удаляются лишние частоты для того, чтобы с имитировать нужный звук.

Например:

Первоначальный сигнал

http://fierymusic.ru/wp-content/uploads/2011/12/Pedator.mp3

Обработка низкочастотным фильтром

http://fierymusic.ru/wp-content/uploads/2011/12/Filter.mp3

Аддитивный и субтрактивный  методы синтеза звука используются практически во всех аналоговых синтезаторах. Достоинство этих методов заключается в простоте реализации и возможности синтезировать множество различных звуков.

Источник: https://fierymusic.ru/rabota-so-zvukom/sintez-zvuka/additivnyi-i-subtraktivnyi-sintez

Аддитивный и субтрактивный синтез цвета

Процесс получения различных цветов
с помощью нескольких основных (первичных)
излучений или красок называется цветовым
синтезом. Существует два принципиально
различных метода цветового синтеза:
аддитивный и субтрактивный синтезы.

В
аддитивном синтезе смешиваются
первичные излучения. В качестве первичных
могут быть использованы два, три и более
различных по цвету излучений, но наиболее
распространен трехцветный аддитивный
синтез. Первичные цвета и создающие
их излучения называются основными.

Основные излучения аддитивного синтеза
— синие, зеленые и красные, т.е. излучения
трех основных зон спектра. Аддитивный
синтез цвета — воспроизведение
цвета в результате оптического смешения
излучений базовых цветов (красного,
зелёного и синего — R, G, B).

Используется
в мониторах издательских систем при
создании цветных изображений на экране,
а также на экране телевизора.

Последовательное смешение или образование
различных цветов при быстрой
смене излучений вне глаза, например, на
диске типа волчка или на экране цветного
телевизора. При быстром вращении
окрашенного в разные цвета диска цвета
суммируются вследствие рассмотренных
выше явлений инерционности зрения.

Пространственное смешение —
это разновидность аддитивного способа.
Пространственное смешение
основано на том, что глаз не различает
очень близко расположенные друг к другу
мелкие разноцветные участки, а воспринимает
их слитно, как одно целое. Если эти мелкие
участки имеют различную окраску, то мы
видим только их обобщенный цвет — цвет
аддитивной смеси.

Если ряд очень мелких разноцветных
пятнышек, лежащих близко одно от другого,
рассматривать на достаточно большом
удалении, то эти пятнышки в отдельности
зрительно не различаются.

Вместо
разноцветных мелких пятнышек мы видим
одинаковые по цвету участки. Например,
отдельные песчинки на берегу мы различаем
лишь на близком расстоянии.

Листы бумаги,
слегка покрытые угольной пылью, на
удалении мы видим серыми, не различая
на них отдельных пылинок и просвечивающую
между ними бумагу.

Смешение
цветов мелких разноокрашенных
участков с образованием единого для
них цвета происходит по правилам
аддитивного синтеза, т. е.
оптическим смешением излучений.

Пространственное
смешение разноцветных мелких окрашенных
участков имеет место при синтезе
цвета на оттисках высокой и офсетной
(плоской) печати, на картинах живописи,
особенно, направление «пуантилизм».
(Французские художники изобрели в
живописи подобный автотипному синтезу
художественный прием, назвав его
пуантилизмом.

Он был изобретен для
создания ярких и чистых цветов на
полотне. Суть приема состоит в нанесении
на холст четких раздельных мазков (в
виде точек или мелких прямоугольников)
чистых красок в расчете на их оптическое
смешение в глазу зрителя, в отличие от
механического смешения красок на
палитре.

Изобрел пуантилизм французский
живописец Жорж Сёра на основе теории
дополнительных цветов. Было замечено,
что оптическое смешение трех чистых
основных цветов (красный, синий, желтый)
и пар дополнительных цветов (красный —
зеленый, синий — оранжевый, желтый —
фиолетовый) дает значительно большую
яркость, чем механическая смесь красок.

Пуантилистическая техника помогла
создать яркие, контрастные по колориту
пейзажи П. Синьяку и тонко передающие
нюансы цвета полотна Ж. Сёра, а также
повысить декоративность картин многим
их последователям, например итальянскому
живописцу Дж. Балла.)

В субтрактивном синтезе новый
цвет получают наложением одного на
другой красочных слоев — желтого,
пурпурного и голубого. Синие, зеленые
и красные излучения поглощаются этими
красками (т.е. последовательно вычитаются
из белого света).

Поэтому цвет
окрашенного участка определяется теми
излучениями, которые проходят через
все три слоя и попадают в глаз наблюдателя.
Желтая, пурпурная и голубая краски —
основные (первичные) для субтрактивного
синтеза.

Субтрактивный синтез
цвета — получение цвета в результате
вычитания отдельных спектральных
составляющих из белого. Такой синтез
наблюдается при освещении белым светом
цветного оттиска.

Этот синтез используется при смешении
окрашенных сред, например, красок вне
машины, для получения нужных цветов или
оттенков на оттиске при печати
дополнительной краской, при наложении
слоев разных красок на оттиске в глубокой
печати, а также при наложении разнокрасочных
растровых элементов на оттиске в высокой
и плоской печати.

Само название цветового синтеза указывает
на принцип образования различных цветов.
Слово «аддитивный» —
слагательный. Субтрактивный
способ — вычитательный.

При аддитивном
синтезе цвета меняются от изменения
соотношения интенсивности основных
излучений, а при субтрактивном синтезе
— от толщины слоев или концентрации в
них красящих веществ. Поэтому помимо
понятия о первичных цветах и красках
для характеристики синтеза вводят
понятие о количестве первичных излучений
или красок.

Эти величины, которые
характеризуют количества первичных
излучений или основных красок, называют
аддитивными или субтрактивными
координатами цвета.

Аддитивные координаты цвета
указывают на относительные мощности
смешиваемых (слагаемых) излучений при
аддитивном синтезе. Субтрактивные
координаты цвета указывают на
относительные количества желтой,
пурпурной и голубой красок, которыми
воспроизводятся все другие цвета на
оттиске.

Как и в аддитивном, в субтрактивном
синтезе новый цвет может быть образован
меньшим или большим, чем три, числом
основных красок. На практике для
субтрактивного синтеза часто
используют большее число красок.
Например, к трем цветным добавляют
четвертую — черную.

В цветных репродукциях, изготовленных
способом высокой и плоской печати,
образование цветов происходит путем
изменения относительной площади мелких,
не видимых невооруженным глазом растровых
элементов, закрашенных желтой, пурпурной
и голубой красками.

Цветовой синтез, при котором разные
цвета на запечатанных поверхностях
образуются изменением относительной
площади закрашенных растровых элементов,
называется автотипным
(растровым) синтезом.

Автотипный синтез может быть
однокрасочным, когда печать ведется с
одной растровой печатной формы и на
бумагу переносится только одна краска.
Черно-белые иллюстрации, изготовленные
способами высокой и плоской печати, —
это однокрасочные изображения, полученные
автотипным синтезом.

В некоторых случаях печать
ведется и большим числом красок. (В
последнее время после 1995 г. практическое
применение находит технология Hi — Fi.)
Однако в основе всех видов автотипного
синтеза лежит принцип смешения излучений,
отраженных от мелких разноокрашенных
участков.

Поэтому для выяснения
закономерности автотипного синтеза
необходимо рассматривать процесс
наложения красок с трех растровых
изображений. При трехкрасочном автотипном
синтезе на бумагу последовательно
накладываются слои желтой, пурпурной
и голубой красок. Допустим, что первой
печатается желтая краска.

При нанесении
пурпурной краски на бумаге запечатываются
не только неокрашенные, но и уже окрашенные
первой краской участки.

Таким образом,
на единице площади, ограниченной рядом
расположенными линиями растровой
решетки, получаются не только желтые и
пурпурные однокрасочные участки, но
также и двухкрасочные, полученные
вследствие перекрывания некоторых из
разноокрашенных растровых элементов.

В рассмотренном примере двухкрасочные
участки в результате наложения на желтый
слой пурпурной краски имеют красный
цвет. При наложении третьего
растрового изображения голубая краска
ложится на желтые, пурпурные и красные
участки, в результате образуются новые
двухкрасочные участки синего и зеленого
цвета, а также трехкрасочные черного
цвета. Таким образом, цвета двухкрасочных
и трехкрасочных участков образуются
субтрактивным синтезом. Краски
для автотипного синтеза
выбирают с тем расчетом, чтобы цвета
при автотипном синтезе получались не
только насыщенными, но и достаточно
светлыми, яркими.

Таким образом, автотипный синтез
цвета — это воспроизведение цвета
в полиграфии на оттисках высокой и
плоской печати.

При автотипном синтезе
цветное полутоновое изображение
формируется разноцветными растровыми
элементами (точками или микроштрихами).

Источник: https://studfile.net/preview/5021224/