[Attractor 0]

Доброго всем времени суток! В форуме недавно обсуждалась тема о синтезе одноголосого источника звука на МК, тема достаточно освещенная, однако она натолкнула меня на одно воспоминание из моего детства:) Был у меня советский синтезатор, здоровый такой, тяжелый. Насколько я понимаю, аналоговый (помню очень смутно, один раз я видел его внутренности, в памяти остался только вид огромного количества проводов). И сейчас у меня возник вопрос: а как этот синтезатор все-таки работал? Несмотря на год выпуска, звук он давал отличный, и звук от того же фортепиано ведь имеет сложную "структуру", множество гармоник. Хотя, может он все-таки был цифровым? Тогда я представляю себе какие-нибудь ПЗУ с записанными туда гармониками для каждого инструмента, снятыми с реальных. Или же все-таки аналоговый, тогда вдвойне интересно как он работает? Кто просветит в этом вопросе? Заранее спасибо:)

 

P.S. Несколько лет назад я уже задавался этим вопросом, т.е. как бы это сделал я. Тогда на ум приходило примерно следующее: звук фортепиано получается в результате удара по струне молоточком. Т.е. струна - объект воздействия, имеет определенные параметры (жесткость, длину и пр.), т.е. входное воздействие - удар (разной силы), выходное - колебания (звуковые). Стало быть, можно составить модель этой струны, а потом синтезировать четырехполюсник (фильтр) с такой же передаточной функцией. Входное воздействие поступает от нажатой клавиши на клавиатуре синтезатора, фильтр его "обрабатывает" так же, как бы это сделала струна, на выходе получаем такие же (ну или близкие к ним) звуковые колебания (уже из динамиков, конечно:)) Может быть наивно, но именно в таком направлении я бы работал, если бы пришлось делать синтезатор на необитаемом острове, где нельзя было бы узнать как он на самом деле устроен:)

Изменено 2 сентября, 2007 пользователем Attractor

[rezident 0]

Сейчас популярен звуковой синтез на основе Wave Table. Т.е. все ноты каждого звукового инструмента оцифрованы и хранятся в ПЗУ. Синтезатор берет эти ноты из таблицы ПЗУ, комбинирует их и выдает в ЦАП, на выходе которого получается аналоговый сигнал, подобный тому, что выдавал(и) бы реальный(ые) инструмент(ы).

Кстати, Wave Table одного и того же инструмента в синтезаторах разных производителей могут различаться. Потому, что оцифровка звука производится с реального музыкального инструмента на котором играет реальный музыкант. А способ извлечения звука у разных музыкантов бывает тоже различающийся.

[Attractor 0]

Сейчас популярен звуковой синтез на основе Wave Table. Т.е. все ноты каждого звукового инструмента оцифрованы и хранятся в ПЗУ. Синтезатор берет эти ноты из таблицы ПЗУ, комбинирует их и выдает в ЦАП, на выходе которого получается аналоговый сигнал, подобный тому, что выдавал(и) бы реальный(ые) инструмент(ы).

Кстати, Wave Table одного и того же инструмента в синтезаторах разных производителей могут различаться. Потому, что оцифровка звука производится с реального музыкального инструмента на котором играет реальный музыкант. А способ извлечения звука у разных музыкантов бывает тоже различающийся.

 

Ну в случае цифрового синтезатора я в общем-то так это и представлял:) Интересно как аналоговый устроен

[rezident 0]

Ну в случае цифрового синтезатора я в общем-то так это и представлял:) Интересно как аналоговый устроен

ИМХО там должно быть микширование частот генераторов для каждой ноты. Но на 100% я это не утверждаю.

[muravei 3]

Интересно как аналоговый устроен

Аналоговый состоял из разных блоков управляемых напряжением: VCO(управляемый напр. генератор , , VCF фильтр, итд.

В простейшем случае(одноголосый) состоял из клавиатуры , выдающей при нажатии имп. строба и напряжение , соотв. ноте , VCO (разных форм) генерящих эту ноту, блока Атака-Затухание- Поддержка -.Накапливание(ИМХО осноной модуль синтеза- создающий огибающую, она на 90% позволяет узнавать звук)запускаемого стробом, выдающего напряжение для модуляции сигнала VCO, VCF генератора шума.

Ну, типа того. :)

[Attractor 0]

Аналоговый состоял из разных блоков управляемых напряжением: VCO(управляемый напр. генератор , , VCF фильтр, итд.

В простейшем случае(одноголосый) состоял из клавиатуры , выдающей при нажатии имп. строба и напряжение , соотв. ноте , VCO (разных форм) генерящих эту ноту, блока Атака-Затухание- Поддержка -.Накапливание(ИМХО осноной модуль синтеза- создающий огибающую, она на 90% позволяет узнавать звук)запускаемого стробом, выдающего напряжение для модуляции сигнала VCO, VCF генератора шума.

Ну, типа того. :)

 

Ну я так думаю, клавиатура представляла там что-то вроде магазина сопротвлений, напряжение на которых менялось от 0 В у самой низкой ноты до какого-то максимума у самый высокой, делитель в общем. То, что этим напряжением управляются различные генераторы и блоки тоже в общем-то ясно:) Но аналоговый синтезатор выдает очень натуральный звук, не чета мобильным телефонам середины 90х (да и современным в общем-то тоже). Очень интересно, каким именно образом при нажатии клавиши получался звук именно пианино, богатый и сочный, а не какая-то бездушная нота непонятного происхождения :)

[INT1 0]

В ж-лах "Радио" (и не только) была рубрика "Электромузыкальные инструменты" - это 80е г. Там и теория и практика аналогового синтеза звука и даже психофизические аспекты затрагивались. Поднимите старые подшивки.

[muravei 3]

Очень интересно, каким именно образом при нажатии клавиши получался звук именно пианино, богатый и сочный, а не какая-то бездушная нота непонятного происхождения :)

Это риторический вопрос? Если нет , то "ручками".

Вы читаете что вам пишут?

Сделайте присоединенную схему , и усилитель упр. напряжением , подайте на вход прямоугольник или , даже синус , а на управление с выхода схемы , покрутите резисторы и наслаждайтесь .

А дальше , делайте его богатым и сочным , добавив шум , управл. фильтр, част. , ампл. и фаз. модуляцию.

[deka2000 0]

И сейчас у меня возник вопрос: а как этот синтезатор все-таки работал? Несмотря на год выпуска, звук он давал отличный, и звук от того же фортепиано ведь имеет сложную "структуру", множество гармоник. Хотя, может он все-таки был цифровым? Тогда я представляю себе какие-нибудь ПЗУ с записанными туда гармониками для каждого инструмента, снятыми с реальных. Или же все-таки аналоговый, тогда вдвойне интересно как он работает? Кто просветит в этом вопросе? Заранее спасибо:)

Вопрос непростой. Аналоговый и цифровой синтез делятся на ряд категорий каждый. Синтезаторы, моделирующие готовые инструменты, чаще всего относят к классу моделирующих (сюрприз ;)). В аналоговых используются генераторы сигналов, шума и фильтры. Генераторы (VCO, как тут уже справедливо отметили) могут выдавать сигналы разной формы (чаще всего набор из синуса, меандра, треугольника и пилы обоих типов), сигналы смешиваются друг с другом и могут подаваться на вход модуляции самих генераторов. Несмотря на кажущуюся простоту, классический синтезатор Муга (Minimoog), звук которого присутствует везде, начиная с битловского Abbey Road и Вебберовского Jesus Christ Superstar и до современных техно и рэйвов, даёт довольно богатые возможности в области синтеза звука. Одной из "абсолютных классик", которыми не брезгуют ни крупнейшие исполнители, ни студии звукозаписи известных компаний, является АRP 2600 - он состоит из такого же классического набора VCO/VCF/NG, входы и выходы которых (включая выход клавиатуры - уровень напряжения, соответствующий нажатой ноте) соединяются кабелями, что даёт полную свободу в выборе конфигурации звука.

Помимо такого типа инструментов были и аналоговые моделирующие синтезаторы, однако большого распространения они не получили. В лучшем случае инструмент пытался повторить основные характеристики некоего инструмента. Полученный результат был далёк от оригинала, но зато породил целый ряд инструментов и звуков, которые до сих пор активно используются(вспомнить синтетический "стринг", родесовское электропиано, любимое джазовиками, также любимый джазменами и хардрокерами электроогран Hammond и прочие инструменты).

С цифровыми всё интереснее. С середины 70х цифровые компоненты использовались в аналоговых синтезаторах, но большей частью для генерации опорных напряжений управления фильтрами и генераторами, поскольку эти комбинации проще было записать в память и быстро извлекать по мере необходимости (поддержка пресетов). Сравнить хотя бы классический ARP Omni, для записи пресетов которого использовалась память исполнителя или целый альбом листов с положениями регуляторов и переключателей, и не менее классический Yamaha CS80, изрядную часть конфигурации которого можно было хранить в пресетах и грузить одним нажатием на кнопку.

В начале 80х появились инструменты класса семплер. Суть инструмента была похожа на Melotron, самое известное звучание которого все помнят по битловской песне Strawberry Fields (вступление). Мелотрон из себя представлял батарею магнитофонов с несколькими дооожками, на плёнках которых были записаны реальные инструменты, исполняющие ноты, соответсвующие номат на клавиатуре инструмента. Семплер позволял делать то же самое - записать звук и использовать его как инструмент в синтезаторе, разве что запись была цифровая, и инструмент был наделён инструментарием, который позволял транспонировать звук в зависимости от высоты ноты, искать циклы для исполнения фрагмента "удержание" (пока нажата клавиша) и прочие средства обработки. Именно этот принцип залёг в основу синтеза WaveTable - когда в ПЗУ записываются фрагменты звучания инструмента и параметра алгоритма удержания (sustain), затухания (decay) изменения тона от скорости нажатия на клавишу (velocity) или повторного нажатия-дожатия (aftertouch). Однако семплеры проигрывали аналоговым синтезаторам в свободе создания производных звука - по сути помимо оконечной обработки эффектами никаких изменений в саунд вносить было нельзя. И на фоне этого появилось новое направление синтеза - различные комбинации из WT, аналоговой и цифровой обработки, цифрового моделирования звука и так далее. Современный синтезатор класса "рабочая станция" унутре содержит и модули цифрового моделирования аналоговых компонентов, и ПЗУ с формами сигналов, и мощные процессоры обработки, включая обработку моделированием.

Вот примерно так вкратце ;)

P.S. Несколько лет назад я уже задавался этим вопросом, т.е. как бы это сделал я. Тогда на ум приходило примерно следующее: звук фортепиано получается в результате удара по струне молоточком. Т.е. струна - объект воздействия, имеет определенные параметры (жесткость, длину и пр.), т.е. входное воздействие - удар (разной силы), выходное - колебания (звуковые). Стало быть, можно составить модель этой струны, а потом синтезировать четырехполюсник (фильтр) с такой же передаточной функцией. Входное воздействие поступает от нажатой клавиши на клавиатуре синтезатора, фильтр его "обрабатывает" так же, как бы это сделала струна, на выходе получаем такие же (ну или близкие к ним) звуковые колебания (уже из динамиков, конечно:)) Может быть наивно, но именно в таком направлении я бы работал, если бы пришлось делать синтезатор на необитаемом острове, где нельзя было бы узнать как он на самом деле устроен:)

Это не наивно - примерно этим путём шли создатели легендарного Rhodes Electropiano, нежный звук которого всем знаком хотя бы по композиции Riders On The Storm группы The Doors. Эта модель не учитывает, во-первых, того, что струн в фортепиано не одна - одна струна только на басовых нотах, а так - от одной до четырёх, во-вторых, это несколько струн, каждая из которых будет звучать по-своему, и зависеть звук будет и от силы нажатия, и от того, какие струны ещё звучат - поскольку, в-третьих, не учитываются аккустические свойства самой конструкции фортепиано. В общем-то именно из-за этих сложностей аналоговое моделирование звука осталось лабораторной темой, хотя бы из-за того, что хорошая моделирующая аналогавая лаборатория занимает очень большую площадь - взять хотя бы Doepfer A100...

 

Ну я так думаю, клавиатура представляла там что-то вроде магазина сопротвлений, напряжение на которых менялось от 0 В у самой низкой ноты до какого-то максимума у самый высокой, делитель в общем.

То, что этим напряжением управляются различные генераторы и блоки тоже в общем-то ясно:)

Не так просто. Монофонический синтезатор с клавиатуры чаще всего выдавал именно калиброванный потенциал. Как он был калиброван, зависело от схемотехники задающих генераторов - это мог быть линейный ряд с шагом 1/12, а мог быть логарифмический. Полифонический древнего образца (например, СССР-овские органолы типа "Юность") замыкали группы контактов, каждый из которых на микшер пускал тон от определённого генератора. "Ионика" вообще унутре помимо группы контактов содержала очень интересную конструкцию из кторки-экрана, неонки и какого-то электрода, что позволяло в зависимости от скорости нажатия и отпускания имитировать атаку и затухание. Современная клавиатура вообще массу чего генерит -- и адрес клавиши, и скорость нажатия, и силу.

Но аналоговый синтезатор выдает очень натуральный звук, не чета мобильным телефонам середины 90х (да и современным в общем-то тоже). Очень интересно, каким именно образом при нажатии клавиши получался звук именно пианино, богатый и сочный, а не какая-то бездушная нота непонятного происхождения :)

Мобильные телефоны унутре имеют те же синтезаторы. Простенькие, да. Вопрос в обработке звука. Роберт Муг, создатель классики синтезаторов - серии Moog - всю свою жизнь потратил именно на качество генераторов и фильтров. Именно поэтому вроде бы простенький полосовой фильтр его схемы стоит триста рублей США, а Minimoog стоит порядка трёх килобаксов, хотя его можно смоделировать десятком операциооников типа УД6 и банальной обвеской: схема аналогового синтезатора идеологии Муга была опубликована в журнале "Радио" в 1985 году.

 

Кстати, Wave Table одного и того же инструмента в синтезаторах разных производителей могут различаться. Потому, что оцифровка звука производится с реального музыкального инструмента на котором играет реальный музыкант. А способ извлечения звука у разных музыкантов бывает тоже различающийся.

Открою небольшую тайну: вопрос не в способе исполнения определённого инструмента, а в том, на какие композиции настраивается инструмент.

Между прочим, порядка 80% звуков в среднестатистическом WT-синтезаторе синтезированы, а не исполнены. Реальные инструменты звучат разве что у Kurzweil, EMU и Sequential Cirquits, да и и то у двух последних в комбинации с другими и изрядно ужатые. Даже у "классики" General Midi - Roland - бОльшая часть звучков обработанные и смикшированные сэмплы из Akai.

[Валентиныч 0]

Вопрос непростой. Аналоговый и цифровой синтез делятся на ряд категорий каждый.

...

Открою небольшую тайну...

Браво, уважаемый antuan avdioukhine!

В молодости сильно, тяжело и долго "болел" электромузыкой, начиная от "примочек" для гитары, и кончая самодельными аналоговыми синтезаторами (было собрано 3 модификации), схему которого откопал в немецком журнале начала 70-х. Но так емко, обосновано, и при том - коротко, рассказать о принципах синтеза звука, я бы пожалуй не смог.

Снимаю шляпу. :a14:

 

Если бы Вы еще вспомнили, что немецкая Ионика, звук которой стал известен сов.народу из фильма "Человек амфибия" была полностью собрана на лампах (более полутора сотен двойных триодов, триод-пентодов, диодов и прочей вакуумной живности!), и при этом имела размер меньше, чем у советской Юности... А неонки под клавишами выполняли роль аттенюатора - они находились в ВЧ поле (в синтезе был ВЧ генератор примерно на 800-1200 гКц), и от уровня этого поля (регулировался шторкой на клавише) и зависел уровень выходного сигнала ноты.

 

Кроме того, даже самые первые аналоговые синтезаторы уже включали в себя элементы цифровой "обработки": в большинстве случаев, простые модели синтезаторов имели всего 12 тон-генераторов, которые генерили частоты 12 нот самой верхней октавы, которую мог воспроизвести инструмент, а все, что ниже, получалось тупым делением (октавные делители на триггерах, или одновибраторах). Именно поэтому приходилось сигнал меандра с очередного триггера "обогащать" нечетными гармониками, дабы затем получить что-то отдаленно похожее на натуральный звук. Именно в этом вопросе так поднаторел в свое время Р.Муг, о котором Вы справедливо упомянули.

К сожалению, в те далекие годы литературы, посвященной этим вопросам в СССР практически не было. Разве что одна-две брошюры Володина, посвященные электромузыкальным инструментам.

Да и по МБА (межбиблиотечный абонемент, если кто не знаком с этой аббревиатурой) заказать что-нить подобное было не реально...

Как я был счастлив, когда случайно удалось купить (аж за 28 рублей! - полмесяца можно было жить всей семьей. Книги подобного формата редко стоили дороже 1 рубля.) оригинальную "AUDIO TECHNOLOGY SYSTEMS: Principles, Applications and TroublesHooting" by Derek Cameron.

Книжонка, по нынешним меркам - так себе, на уровне популярных мурзилок, но тогда!..

Ведь тытырнета и Гугля небыло даже в проекте.

[=AK= 17]

как этот синтезатор все-таки работал?

Классический аналоговый синтезатор - синтезатор Муга - использовал так наз. субтрактивный синтез. Идея проста: сгенерируем звук с большим количеством гармоник, а затем подавим ("вычтем" - subtract) те гармоники, которые нам не нужны.

 

Отличие синтезатора Муга от более ранних "электроорганов" состояло в том, что Муг использовал в своем синтезаторе принципы аналоговой вычислительной машины. Сиунтезатор состоял из блоков, звуковые сигналы на входе и выходе каждого блока были одинаковы (1В амплитуды), управляющие сигналы были нормированы (1В на октаву). В студийном синтезаторе Муга блоки можно было коммутировать как угодно при помощи штеккерной панели.

 

Кроме того, Муг был гениальным схемотехником. На убогой элементной базе, доступной 40 лет назад, он создал фундаментальные блоки:

- Блок генератора, управляемого напряжением. Выходные сигналы - синус, треугольник, прямоугольник управляемой скважности. Диапазон 20Гц...20кГц, частота зависит от упр. напряжения экспоненциально - 1В на октаву, точность 0.3%.

- Блок перестраиваемого фильтра, управляемого напряжением. Фильтр 8-го порядка, демпфирование регулируется вплоть до самовозбуждения. Диапазон 20Гц...20кГц, частота опять же зависит от упр. напряжения экспоненциально. Если на такого фильтра вход подать белый шум, настроить его на высокую добротность, а сигнал управления брать с клавиатуры (которая выдает 1В на октаву), то получается звук флейты.

- Генератор огибающей (ADSR - Attack, Decay, Sustain, Release) и усилитель, управляемый напряжением (регулирование не менее 80 дБ)

[muravei 3]

А неонки под клавишами выполняли роль аттенюатора - они находились в ВЧ поле (в синтезе был ВЧ генератор примерно на 800-1200 гКц), и от уровня этого поля (регулировался шторкой на клавише) и зависел уровень выходного сигнала ноты.

Это как? От ВЧ напряжения менялась проводимость лампы? Отпад!!! :a14:

[Валентиныч 0]

Это как? От ВЧ напряжения менялась проводимость лампы? Отпад!!! :a14:

Именно так. И при этом у такого "потенциометра" была очень высокая надежность и обалденный ресурс, низкая механическая инерционность (важно для тактильности клавиши), полностью отсутствовали шумы, присущие обычным пременным резисторам, и достаточный диапазон регулирования уровня (если память не изменяет - порядка 50-60 дБ).