Модульные аналоговые синтезаторы

    Перебирая старые документы, нашел статью, с которой у меня началась страсть к аналоговому модульному синтезу звука. Хочу вдохновить и вас.




    Статья, к сожалению, сохранилась только локально, а оригинал не открывается. Благодарю автора — неизвестную Ambush. Текст немного скорректирован и переработан мной.

    Электронно музыкальные синтезаторы можно разделить на 4 класса.

    1. Аналоговые синтезаторы
    2. Цифровые синтезаторы
    3. Опто-электронные синтезаторы
    4. Механические или пневматические синтезаторы.

    Сегодня, дорогие друзья, мы поговорим с вами об аналоговых синтезаторах.
    Аналоговые синтезаторы можно тоже разделить на 4 типа по способу формирования

    Субтрактивный


    Под субтрактивными подразумеваются синтезаторы с богатым спектральным составом исходных генераторов (генераторы спектра, генераторы шума). Спектрально частотная обработка в этих синтезаторах осуществляется посредством вырезания излишков спектра при помощи фильтров управляемых напряжением, а амплитудно-временные характеристики изменяются посредством усилителей управляемых напряжением и генераторов функций времени.



    Аддитивный (гармонический синтез)


    Гармонический синтез являет собой наиболее точный и тонкий способ синтеза звука. Осуществляется это методом суммирования синусоидальных функций, где у каждой функции может произвольно изменяться амплитуда и частота. Для построения такого синтезатора необходимо N-ое количество генераторов таких функций (примерно от 40 и выше, в среднем где-то 256 генераторов).



    FM-синтез


    Напишу вкратце, так как я не знаю, как вводить сюда всякие формулы. Образно говоря, это когда один генератор с произвольной функцией модулирует второй генератор тоже каких-то функций, а он в свою очередь может модулировать третий генератор, а тот в свою очередь первый и т.д. Количество комбинаций восьмиголосного FM-синтеза вы можете примерно подсчитать сами: ) Генераторы там могут модулироваться в произвольном порядке и последовательности.



    Всякие самобытные и оригинальные способы синтеза


    Способы, которые в силу некоторых обстоятельств не нашли дальнейшего применения. Этих способов так много, что рассматривать их, наверное, не имеет смысла.



    Субтрактивный синтез


    Субтрактивные синтезаторы тоже делятся на 2 класса. Это концертные синтезаторы и студийные синтезаторы. Но принцип их построения одинаков. Этот способ придумал в 1964 году Роберт Муг, хотя устройства подобного типа существовали задолго до его открытия. Эти устройства назывались аналоговые электронно-вычислительные машины. Роберт Муг всего лишь систематизировал и адаптировал этот тип аналоговых машин для музыкального применения. Аналоговые синтезаторы (сегодня мы будем рассматривать только студийный аналоговый синтезатор) также как и электронно-вычислительные машины состоят из модулей.

    Клавиатуры, секвенсоры и джойстики…


    1. Keyboard — это клавиатура: ) Она может быть как полифоническая, так и одноголосная. Клавиатура представляет собой источник калиброванного управляющего напряжения и управляющих импульсов («старт», «строб», по англ. GATE). Короткий управляющий импульс «старт» появляется в момент нажатия на клавишу. Управляющий импульс «строб» равен времени длительности нажатия на клавишу. Эти импульсы необходимы для синхронизации и запуска управляющих блоков в синтезаторе. Существуют клавиатуры, у которых есть дополнительное управляющее выходное напряжение, которое определяется силой нажатия на клавишу. Такие клавиатуры называются динамическими и стоят весьма дорого, но позволяют музыканту проявить все свое исполнительское мастерство.



    2. Ribbon Controller — это полоска из специального материала, скольжением пальца по которой можно достичь плавного эффекта глиссандо



    3. Sequencer — это секвенсор. Они бывают аналоговыми и цифровыми.

    Аналоговые секвенсоры — это программные устройства, которые позволяют на выходе получать управляющее напряжение, мультиплексируемое аналоговым устройством с потенциометров. Положение угла поворота ручки потенциометра определяет управляющее напряжение. У секвенсоров может изменяться не только частота (скорость сканирования матриц потенциометров), но и скважность (соотношение паузы на длительность). Количество сканируемых потенциометров может быть произвольным. Количество каналов этих ячеек тоже. Все зависит только от свободного места на передней панели секвенсора, т.е. его размеров: ) Как правило емкость памяти таких секвенсоров не велика и обычно варьируется от 8 до 32 ячеек.





    Цифровые секвенсоры — это цифровые запоминающие устройства, которые заносят в память код со сканирующей матрицы клавиатуры. Они могут иметь огромный объем памяти и запоминать партитуру, как полифонических, так одноголосных музыкальных произведений. Так же как и в аналоговых секвенсорах, там можно редактировать темп и произвольно менять длительность и частоту ноты.



    4. Joystick — это джойстик. Как правило это два потенциометра, находящиеся под углом 90 градусов, механически сконструированных таким образом, что позволяют одним рычажком свободно перемещаться по двум координатам — Х и Y, т.е. позволяют одним движением управлять сразу двумя параметрами. Существует еще колесико, которое называется Pitch Bend. Служит для того, чтобы получать «подтяжки».









    Модули генераторов



    1. VCO — это генератор управляемый напряжением, как правило генерирует импульсы 4 видов — это пилообразные, треугольные, прямоугольные и синусоидальные напряжения. У каждой формы импульсов своя специфическая спектральная характеристика, поэтому так много всяких форм и используется для этого. Например, прямоугольное напряжение может иметь возможность менять скважность импульсов (соотношение паузы к длительности импульса) в зависимости от управляющего напряжения, что позволяет изменять спектральный состав этих импульсов. Все эти импульсы, как правило, смешиваются в микшере и подаются на балансный модулятор или фильтр управляемый напряжением.







    2. Noise — это генератор шума. В студийных синтезаторах, как правило, используется генератор белого шума и генератор розового шума.





    3. LFO — это низкочастотный генератор, предназначенный для управления блоками VCO, VCF и VCA. Как правило выходная функция такого генератора достаточно сложна и позволяет варьировать эти выходные функции в широких пределах, от синусоидальной функции до треугольной или прямоугольной, в большом диапазоне низких частот — 0,01-100 Герц. Эти устройства в свою очередь могут быть тоже управляемы напряжением и модулироваться таким же генератором, как и он сам. Но, как правило, запускается такой генератор сигналом «строб» или «старт», коррелирующими с функциями времени клавиатуры, секвенсора и других устройств. В качестве LFO иногда можно использовать ADSR, на котором можно заранее выстраивать необходимую функцию.





    4. ADSR — это генератор огибающей функции.
    A — (attack) — начальная фаза, подъем
    D — (decay) — фаза перехода звука в установившееся состояние
    S — (sustain) — фаза «поддержки»
    R — (release) — послезвучание
    Используется для управления блоками VCO, VCF, VCA, а так же LFO. Сущестуют блоки ADSR с большим количеством аппроксимирующих функцию элементов — от 4 до 8. Иногда эти модули выполняют с изменяемым от напряжения уровнем элементов, т.е. время атаки может задаваться напряжением от некоевого внешнего генератора функций времени, например, LFO или секвенсора. Так же интересно использовать для этой цели клавиатуру. В таком случае время атаки будет изменяться по всей длине звуко-высотного ряда клавиатуры. ADSR, как правило, запускается сигналом «строб» («gate») с клавиатуры или секвенсора. Также его можно запускать прямоугольным импульсом с LFO. Выходную функцию ADSR иногда интересно инвертировать.











    5. Sample & Hold — генератор случайной выборки. Вместе с двумя генераторами Noise и LFO призван создавать случайную последовательность низкочастотных импульсов, которые используются для управления других функций синтезатора. Как правило имеет очень колоритное звучание. Иногда вместо генератора Noise можно использовать любой другой спектр — VCO, VCF, VCA, другой LFO. (не согласен, модуль по стробу запоминает сигнал со входа и держит его на выходе, а генератор случайной выборки получается из S&H именно при соединении noise и LFO, но могут быть и другие варианты применения)





    Модули, управляемые напряжением



    1. VCF — это фильтр, управляемый напряжением, служит для изменения спектрально-временных функций в зависимости от управляющего напряжения. Делятся, как правило, на 3 класса:

    LPF — низкочастотный фильтр (ФНЧ).
    Полоса пропускания этого фильтра по умолчанию находится в низкочастотной области спектра. При повышении управляющего напряжения частота среза этого фильтра движется в область высоких частот.
    HPF — высокочастотный фильтр (ФВЧ).
    Полоса пропускания этого фильтра по умолчанию находится в высокочастотной области спектра. При повышении управляющего напряжения частота среза этого фильтра движется в область низких частот.
    BPF — полосовой фильтр (образуется последовательным включением двух предыдущих фильтров) (полосовой фильтр).
    Полоса пропускания этого фильтра может находиться в произвольной области спектра и представляет собой полосу пропускания, ширина которой зависит от добротности фильтра. Добротность фильтра (Q) тоже может управляться управляющим напряжением.
    Как правило в фильтрах студийных синтезаторов используются фильтры от 2 до 8 порядков. Один порядок равен 6 db/okt. Обычно используются фильтры 4 порядка, т.е. 24 децибела на октаву.





    2. VCA — управляемый напряжением усилитель. Используется для управления функцией амплитудно-временных характеристик. Как правило работает вместе с генератором ADSR и LFO. Шумовые параметры такого усилителя очень важны. Компоненты, используемые для изготовления такого усилителя, должны быть очень высококлассные и иметь очень низкий коэффициент шума.



    3. RM — балансный модулятор (обычно это простой 4 квадрантный перемножитель). Используется для придания звуку своеобразия и колоритности.





    Вспомогательные модули



    1. Mixer — это микшер. Необходим для смешивания N-го количества звуковых или управляющих сигналов. Как правило, это небольшие микшеры от 4 до 8 каналов. Существуют микшеры, которые выполняют функции суммирования и вычитания одновременно. В среднем положении потенциометра выходное напряжение канала равно 0. При повороте от 0 влево сигнал суммируется с другим каналом, а при повороте вправо вычитается из него, что дает больше разнообразия.



    2. Signal Selector — это коммутатор. Выполняет функцию тройника: ) В том случае, если количество входов или выходов недостаточно, используют этот модуль.



    3. FCV — преобразователь частоты в напряжение. Еще один занятный модуль, который можно использовать для преобразования частоты звука в напряжение, которое в свою очередь может использоваться для управления блоками синтезатора. Если подключить к его входу микрофонный усилитель, а выход этого устройства к VCO, то легко можно управлять звуко-высотным рядом синтезатора посредством голоса, флейты или какого-либо другого внешнего музыкального инструмента.



    4. Lost modules — это могут быть какие угодно самые разнообразные модули, которых пока не существует в природе: ) Все зависит только от вашей творческой выдумки: ) Например, это может быть высокочувствительный энцефалограф, который позволяет снимать всевозможные альфа, вета, гамма с вашего мозга или биоэлектрическую активность с мышц тела и преобразовывать это в управляющее напряжение, что, на мой взгляд, даст интересные результаты при изучении обратной связи человек-машина, машина-человек. В конечном итоге даст возможность глубже интегрироваться в мир «силиконовых чудовищ»: ) Или, например, достаточно скудный по звучанию Терменвокс можно очень просто интегрировать в синтезатор, что позволит в свою очередь использовать дополнительные возможности для управления этим синтезатором. Ну и т.д. В сущности такой студийный синтезатор представляет собой электронно-акустическую лабораторию, в которой можно исследовать и использовать свои творческие задумки…



    Теперь переходим к самому интересному — коммутации блоков между собой.






    Чем больше степеней свободы в коммутации, тем больше свободы в практике звукоизвлечения мы имеем. Не нужно бояться коммутировать блоки между собой. Единственно, о чем нужно помнить, это не объединять два выхода между собой. Для коммутации в модулях на переднюю панель лучше всего выводить гнезда под микроджеки. Они более компактны. Кому не нравится «борода» из проводов, те могут сделать себе наборное поле. По оси X выводятся управляющие выходы, по оси Y управляемые входы, или же можно сделать электронный аналоговый коммутатор и клавиатурное поле N/M. В среднем примерно кнопочек так 40х40 в зависимости от сложности и количества модулей в аналоговом студийном синтезаторе. Вот поэтому я и говорю, что «борода» из проводов, наверное, будет все-таки лучше: ) Простенько и надежно.





    Обычно в студийных аналоговых синтезаторах используется от 8 до 16-32 генераторов VCO, 4-16 VCF и столько же VCA. LFO я бы поставила на каждый управляемый модуль по одному, т.е. VCO+LFO, VCF+LFO, VCA+LFO. Чего там мелочиться: ) Тоже самое я бы проделала и с ADSR, т.е., проще говоря, на один управляемый блок приходится два управляющих блока. Все эти модули очень удобно размещать в каком-нибудь неглубоком ящичке, шкафчике в вертикальном положении стандарта Mini-Rack или, кто может, самостоятельно изготовить рековскую стойку, или приобрести ее и набить ее минирековскими модулями.



    Получается очень красиво, особенно если панельки покрашены в черный матовый цвет. Ручки лучше всего подбирать одной фирмы и одной модели. Можно использовать ручки разных диаметров. Мне, например, очень понравились серые пластмассовые ручки, которые обычно используют в профессиональных микшерах. Да и стоят они относительно недорого — 3 рубля штучка (оптом). Потенциометры лучше всего использовать поворотные, а не полосковые. В полосковые очень часто попадает пыль, поэтому они быстро портятся, а также поворотные потенциометры гораздо компактнее, поэтому панелька модуля также может быть достаточно компактной. Если кто работал за большой консолью микшера, те меня, наверное, поймут. Лазить по очень большому периметру очень утомительно: ) Еще также неплохо выводить светодиодные лампочки на панель управляющих модулей. Тогда сразу можно визуально определить какой блок в данный момент работает.
    Конструктив студийного синтезатора может быть самым разнообразным. Главное придерживаться модульности конструкции. Это позволит наращивать устройство до бесконечности: )

    by Ambush 16.04.2008

    Ну и теперь лично от меня

    Эмуляторы


    Не многим доступны большие студийные модульные аналоговые синтезаторы. Но если очень хочется, понять принцип можно используя программную эмуляцию.

    VSTi Moog Modularwww.arturia.com/evolution/en/products/moogmodularv/intro.html
    Эмуляторы реально существующих синтезаторов. Для изучения могут быть сложны. Структура жесткая (количество модулей не поменять).



    Там же есть другие синты разной степени модульности

    Arturia


    ARP


    SynthMaker www.synthmaker.co.uk
    Среда для создания собственных синтезаторов и его интерфейса.


    Эмулятор синтезатора, эмулирующего аналоговый синтез NordModular :)


    VOID Modular Systemwww.psoft.co.jp/en/product/void

    VSTi, который я бы рекомендовал для изучения модульного синтеза. Можно самому собирать синтезатор из произвольного количества модулей.


    ALSA modular Synth — alsamodular.sourceforge.net


    Pure Data — PD Community Site — puredata.info

    Audiomulch — www.audiomulch.com

    И многие другие: lesitedeburnie.free.fr/lalistedeburnie1-en.html#synthesizers

    Ссылки по теме


    diyfactory.ru — Сайт и форум наших самодельщиков.
    ruskeys.net — Музей советских синтезаторов. Там же активный форум.
    asmir.info/lib/index.htm — Библиотека термен центра.
    www.muzoborudovanie.ru/articles/midi/midi1.php — Полнейшее из всех найденных описаний MIDI протокола на русском языке.
    www.idreamofwires.org — documentary film about the phenomenal resurgence of the modular synthesizer
    gieskes.nl — Огромное количество DIY звуковых прикольных устройств.
    shustikov.by.ru/index.html — Интересные конструкции, в т. ч. барабанной установки
    www.sdiy.org/knas — Интересные проекты с аналоговыми синтезаторами
    www.tellun.com/motm/motm.html — Модульный синтезатор. Модули+схемы.
    www.sdiy.org/ensign — Еще немного модулей.
    www.sdiy.org/philgallo — Еще один автор на sdiy.org
    dropmix.xs4all.nl/rick/Emusic/Synth-diy — Ссылки на другие проекты
    www.indiegogo.com/individuals/227451 собрал денег на 3 проекта-модуля, стал производителем shop.hexinverter.net
    www.ucapps.de — огромное количество конструкций
    mutable-instruments.net — производители
    www.analoguesystems.co.uk/index2.htm — Производители
    www.doepfer.de/home.htm — Производители
    www.synthesizers.com/q118.html — Производители
    www.cyndustries.com — Производители
    www.cgs.synth.net — Добрая кошка. Раздает схемы
    yusynth.net — Добрый французский дядька. Раздает схемы.
    www.musicfromouterspace.com — Добрые производители. Раздают схемы.
    www.linusakesson.net/chipophone/index.php — Чипофон. Вторая жизнь электрооргана.
    habrahabr.ru/blogs/DIY/124112 — Цифровая драммашина на базе семплов
    www.fpga.synth.net — синтезаторы на базе ПЛИС и их же вики www.fpga.synth.net/pmwiki
    www.strellis.com/fpga.shtml — синтезаторы на FPGA
    electro-music.com/forum — электромузыканты самодельщики
    scott.joviansynth.com/FPGA_synth — интересные синтезаторы на базе ПЛИС с примерами звучания
    www.96khz.org/htm/pldddselectronicorgan.htm — электроорган и другие аудиоустройства на ПЛИС
    www.dubrovenko.ru/ddssite/dshglw.htm — схемки
    sites.google.com/site/analogsynthdiy — моя библиотека, которую собираю в основном из советских материалов (Радио, МРБ, книги).
    группы вконтакте:
    vk.com/anysynth — обзоры, демо
    vk.com/analog_sints — обзоры, демо
    vk.com/synthandtits — синтез и сиськи (! осторожненько!)
    vk.com/fpga_synth — моя группа
    vk.com/controllerism_group — Контроллеризм / Controllerism

    Буду рад узнать о новых проектах в области Analog Synth DIY
    Метки:
    Поделиться публикацией
    Похожие публикации
    Реклама помогает поддерживать и развивать наши сервисы

    Подробнее
    Реклама
    Комментарии 37
    • +1
      А еще есть классный инструмент для построения синтезаторов, такой как ALSA modular Synth
      • 0
        Спасибо. Так он еще и на Qt!
        • 0
          Пожалуйста!

          Да, есть такое.
      • +3
        4. Joystick — это джойстик. Как правило это два потенциометра, находящиеся под углом 45 градусов...

        Понимаю, что эта часть текста не ваша, но может все-таки 90 градусов?

        P.S. В посте крайне не хватает картинок звуков :)
        • 0
          Спасибо за замечание, только сейчас заметил, в оригинальной статье та же ошибка. На нее тоже указали в комментариях.
        • +4
          • +2
            Я удивлен, что в посте про синтезаторы ни разу не упомянут Жан Мишель Жар :)
            • 0
              Так он, в основном, юзер)
              • 0
                Но его аппаратура, как минимум, заслуживает внимания:)
            • +2
              Дополню, что Nord Modular таки является железкой, и цена некоторых версий сравнима со стартовым набором еврорэка.
              На мобильных платформах Caustic и Jasuto
              • 0
                У него аппаратные генераторы и/или фильтры?
                • +1
                  Конечно все считается на DSP, но на компьютере запускается только редактор патчей.
                  www.nordkeyboards.com/products/nord-modular

                  Кстати, понятие «патч» пришло как раз от модульных и полумодульных синтезаторов.
              • +4
                Картинкой к самобытным способам синтеза, между прочим, идёт такая безумная и безумно восхитительная машина как синтезатор АНС. Эта вундервафля есть в рабочем виде в музее Глинки.



                Ну и любимейшего терменвокса в придачу.

                • +1
                  Я сам без ума от АНСа.
                • 0
                  эх, гляжу на свою коллекцию микросхем FM синтезаторов Yamaha, которые я пока так и не применил…
                  • 0
                    Так нужно уже начинать! Сначала хотя бы через LPT. А там уж видно будет. Надо загореться идеей.
                    У меня коллекции нет… а, пардон, это же FM. У меня попроще:
                    • 0
                      у меня на макетке Z80 играет
                    • 0
                      www.ucapps.de/midibox_fm.html
                      Если сами не захотите, то я бы у вас эти чипы купил.
                      • 0
                        именно этот мидибокс я и хочу собрать
                    • +3
                      Зачем эти куски копипаста? Напишите что-нибудь от себя, расскажите о чем-нибудь интересном. Уверяю, у вас получится намного лучше.

                      Слишком мало мануалов про субтрактивный синтез (padsynth) в zynaddsubfx. Есть немного сухих текстов на английском, и можно установить и протыкать руками — сделайте статью-мануал на русском? У вас будет много поклонников, если вы сделаете это.
                      • –1
                        Закините в личку статьи, перевод которых вы хотели бы увидеть.
                        • +1
                          Лично мне переводы не интересны. С ними и гуглотранслейт справляется. Мне интересны авторские статьи.
                          • +3
                            Вот доделаю синт на ПЛИС и обязательно напишу. Пусть эта статья будет как введение :)
                            • +1
                              Делал MIDI-синтезатор на верилоге
                              www.marsohod.org/index.php/projects/marsohod2/229-midi-sync
                              Звук мне до сих пор не нравится, но можно взять оттуда например разборщик MIDI- команд.
                              • 0
                                Да, я в курсе этого проекта. Забыл указать в источниках. Спасибо!
                            • 0
                              Хорошо, как закончу разработку секвенсора, напишу статью.
                              • +1
                                Готов подключиться как пользователь этого замечательного синтезатора.
                          • 0
                            Не упомянут «Pure Data», хотя он не аналоговый, а софтовый.
                            • 0
                              За то модульный. Еще есть Audio Mulch, не сколько синтезатор, сколько хост, но принцип тот же.
                            • +1
                              Пост был бы не полным без последней ссылки, да.
                              • 0
                                После прочтения заинтересовался АНС.
                                Вот Virtual ANS — программный симулятор легендарного советского фотоэлектронного синтезатора АНС
                                warmplace.ru/soft/ans/index_ru.php

                                Если где-то всплывал, простите.
                                • –1
                                  Самое время послушать Kraftwerk — популяторизаторов синтезатора в музыке.
                                  • +2
                                    По истории и нынешнем положении модульного синтеза советую неплохую документалку I dream of wires.
                                    • +2
                                      image
                                      • 0
                                        Полайкал статью не в последнюю очередь из-за фотки кошака на KORG :)

                                        «Аналоговые синтезаторы можно тоже разделить на 4 типа по способу формирования» — что-то тут не договорено. По способу формирования чего?

                                        Потом, деление на 4 типа довольно прямолинейно. Например, KORG Poly 800 — первый аналоговый синтезатор с цифровым управлением.

                                        Опять же, чуть затронули FM, а можно было бы рассказать хотя бы вкратце про операторный синтез, раз уж фото DX-7 есть.
                                        • 0
                                          Спасибо! Согласен, по способу формирования сигнала, видимо. Статья и так получилась жирной после добавления видео. Деление автор решила применить то, какое было изначально, и я с ней согласен. Но сейчас деление нужно делать не на типы синтезаторов, а на принципы формирования звука. Потому что да, сейчас есть и цифровые и гибридные и аналоговые и чего только нет. В целом же статья ориентирована на модульный синтез и построение нужного звука из модулей, а остальные способы формирования указаны «чтоб было».
                                        • +1
                                          Рекомендую интересующимся следующие курсы:
                                          www.coursera.org/course/digitalsounddesign
                                          www.coursera.org/course/musicproduction

                                          Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.