Модульні аналогові синтезатори

Перебираючи старі документи, знайшов статтю, з якою у мене почалася пристрасть до аналогового модульного синтезу звуку. Хочу надихнути вас.




Стаття, на жаль, збереглася лише локально, а оригінал не відкривається. Дякую автора — невідому Ambush. Текст трохи скоректований і перероблений мною.

Електронно музичні синтезатори можна розділити на 4 класи.

1. Аналогові синтезатори
2. Цифрові синтезатори
3. Опто-електронні синтезатори
4. Механічні або пневматичні синтезатори.

Сьогодні, дорогі друзі, ми поговоримо з вами про аналогових синтезаторах.
Аналогові синтезатори теж можна розділити на 4 типи за способом формування

Субтрактівний

Під субтрактивными маються на увазі синтезатори з багатим спектральним складом вихідних генераторів (генератори спектру, генератори шуму). Спектрально частотна обробка в цих синтезаторах здійснюється за допомогою вирізання надлишків спектру за допомогою фільтрів керованих напругою, а амплітудно-часові характеристики змінюються допомогою підсилювачів керованих напругою і генераторів функцій часу.



Адитивний (гармонійний синтез)

Гармонійний синтез являє собою найбільш точний і тонкий спосіб синтезу звуку. Здійснюється це методом підсумовування синусоїдальних функцій, де кожній функції може довільно змінюватися амплітуда і частота. Для побудови такого синтезатора необхідно N-ое кількість генераторів таких функцій (приблизно від 40 і вище, в середньому десь 256 генераторів).



FM-синтез

Напишу коротко, так як я не знаю, як вводити сюди всякі формули. Образно кажучи, це коли один генератор з довільною функцією модулює другий генератор теж якихось функцій, а він в свою чергу може модулювати третій генератор, а той у свою чергу перший і т.д. Кількість комбінацій восьмиголосного FM-синтезу ви можете приблизно підрахувати самі: ) Генератори там можуть модулюватися в довільному порядку і послідовності.



Всякі самобутні і оригінальні способи синтезу

Способи, які в силу деяких обставин не знайшли подальшого застосування. Цих способів так багато, що розглядати їх, напевно, не має сенсу.



Субтрактівний синтез

Субтрактивные синтезатори теж діляться на 2 класу. Це концертні синтезатори і студійні синтезатори. Але принцип їх побудови однаковий. Цей спосіб вигадав у 1964 році Роберт Муг, хоча пристрої подібного типу існували задовго до його відкриття. Ці пристрої називалися аналогові електронно-обчислювальні машини. Роберт Муг лише систематизував і адаптував цей тип аналогових машин для музичного застосування. Аналогові синтезатори (сьогодні ми будемо розглядати тільки студійний аналоговий синтезатор) також як і електронно-обчислювальні машини складаються з модулів.

Клавіатури, секвенсори і джойстики...

1. Keyboard — це клавіатура: ) Вона може бути як поліфонічна, так і одноголосная. Клавіатура являє собою джерело каліброваного керуючого напруги і керуючих імпульсів («старт», «строб», " з англ. GATE). Короткий керуючий імпульс «старт» з'являється в момент натискання на клавішу. Керуючий імпульс «строб» дорівнює часу тривалості натискання на клавішу. Ці імпульси необхідні для синхронізації та запуску керуючих блоків у синтезаторі. Існують клавіатури, у яких є додаткове керуюче вихідна напруга, яка визначається силою натискання на клавішу. Такі клавіатури називаються динамічними і коштують досить дорого, але дозволяють музиканту проявити всю свою майстерність.



2. Ribbon Controller — це смужка із спеціального матеріалу, ковзанням пальця по якій можна досягти плавного ефекту гліссандо



3. Sequencer — це секвенсор. Вони бувають аналоговими й цифровими.

Аналогові секвенсори — це програмні пристрої, які дозволяють на виході отримувати керуючу напругу, мультиплексируемое аналоговим пристроєм з потенціометрів. Положення кута повороту ручки потенціометра визначає керуючу напругу. У синтезатор може змінюватися не тільки частота (швидкість сканування матриць потенціометрів), але і шпаруватість (співвідношення паузи на тривалість). Кількість сканованих потенціометрів може бути довільним. Кількість каналів цих осередків теж. Все залежить тільки від вільного місця на передній панелі секвенсора, тобто його розмірів: ) Як правило ємність пам'яті таких секвенсоров не велика і зазвичай варіюється від 8 до 32 осередків.



Цифрові секвенсори — це цифрові запам'ятовуючі пристрої, які заносять в пам'ять код з скануючої матриці клавіатури. Вони можуть мати величезний обсяг пам'яті і запам'ятовувати партитуру, як поліфонічних, так одноголосних музичних творів. Так само як і в аналогових секвенсорах, там можна редагувати темп і довільно змінювати тривалість і частоту ноти.



4. Joystick — це джойстик. Як правило це два потенціометра, що знаходяться під кутом 90 градусів, механічно сконструйованих таким чином, що дозволяють одним важелем вільно переміщатися за двома координатами — Х та Y, тобто дозволяють одним рухом керувати відразу двома параметрами. Існує ще коліщатко, яке називається Pitch Bend. Служить для того, щоб отримувати «підтяжки».





Модулі генераторів



1. VCO — це генератор керований напругою, як правило генерує імпульси 4 видів — це пилкоподібні, трикутні, прямокутні і синусоїдальні напруги. У кожної форми імпульсів своя специфічна спектральна характеристика, тому так багато всяких форм і використовується для цього. Наприклад, прямокутна напруга може мати можливість змінювати шпаруватість імпульсів (співвідношення паузи до тривалості імпульсу) в залежності від керуючого напруги, що дозволяє змінювати спектральний склад цих імпульсів. Всі ці імпульси, як правило, змішуються в мікшері і подаються на балансний модулятор або фільтр керований напругою.





2. Noise — це генератор шуму. В студійних синтезаторах, як правило, використовується генератор білого шуму і генератор рожевого шуму.



3. LFO — це низькочастотний генератор, призначений для управління блоками VCO, VCF і VCA. Як правило вихідна функція такого генератора досить складна і дозволяє варіювати ці вихідні функції в широких межах, від синусоїдальної функції до трикутної або прямокутної, у великому діапазоні низьких частот 0,01-100 Герц. Ці пристрої в свою чергу можуть бути теж керовані напругою і модулюватися таким же генератором, як і він сам. Але, як правило, запускається такий генератор сигналом «строб» або «старт», корелюють з функціями часу клавіатури, секвенсора і інших пристроїв. Як LFO іноді можна використовувати ADSR, на якому можна заздалегідь вибудовувати необхідну функцію.



4. ADSR — це генератор огинаючої функції.
A — (attack) — початкова фаза, підйом
D — (decay) — фаза переходу звуку в сталий стан
S — (sustain) — фаза «підтримки»
R — (release) — послезвучание
Використовується для управління блоками VCO, VCF, VCA, а так само LFO. Сущестуют блоки ADSR з великою кількістю апроксимуючих функцію елементів — від 4 до 8. Іноді ці модулі виконують із змінним від напруги рівнем елементів, тобто час атаки може задаватися напругою від некоевого зовнішнього генератора функцій часу, наприклад, LFO або секвенсора. Так само цікаво використовувати для цієї мети клавіатуру. У такому разі час атаки буде змінюватися по всій довжині звуко-висотного ряду клавіатури. ADSR, як правило, запускається сигналом «строб» («gate») з клавіатури або секвенсора. Також його можна запускати прямокутним імпульсом з LFO. Вихідну функцію ADSR іноді цікаво інвертувати.









5. Sample & Hold — генератор випадкової вибірки. Разом з двома генераторами Noise і LFO покликаний створювати випадкову послідовність низькочастотних імпульсів, які використовуються для управління інших функцій синтезатора. Як правило має дуже колоритне звучання. Іноді замість генератора Шуму можна використовувати будь-який інший спектр — VCO, VCF, VCA, інший LFO. (не згоден, модуль по стробу запам'ятовує сигнал з входу і тримає його на виході, а генератор випадкової вибірки виходить з S&H саме при з'єднанні noise і LFO, але можуть бути й інші варіанти застосування)



Модулі, керовані напругою



1. VCF — це фільтр, керований напругою, служить для зміни спектрально-часових функцій в залежності від керуючого напруги. Вони поділяються, як правило, на 3 класи:

LPF — низькочастотний фільтр (ФНЧ).
Смуга пропускання фільтра за замовчуванням знаходиться в низькочастотній області спектру. При підвищенні керуючого напруги частота зрізу фільтра рухається в область високих частот.
HPF — високочастотний фільтр (ФВЧ).
Смуга пропускання фільтра за замовчуванням знаходиться у високочастотній області спектра. При підвищенні керуючого напруги частота зрізу фільтра рухається в область низьких частот.
BPF — смуговий фільтр (утворюється послідовним включенням двох попередніх фільтрів) (смуговий фільтр).
Смуга пропускання фільтра може перебувати в довільній області спектру і являє собою смугу пропускання, ширина якої залежить від добротності фільтру. Добротність фільтру (Q) теж може управлятися управляючим напругою.
Як правило в фільтрах студійних синтезаторів використовуються фільтри від 2 до 8 порядків. Один порядок дорівнює 6 db/okt. Зазвичай використовуються фільтри 4 порядку, тобто 24 децибела на октаву.



2. VCA — керований напругою підсилювач. Використовується для управління функцією амплітудно-часових характеристик. Як правило працює разом з генератором ADSR і LFO. Шумові параметри такого підсилювача дуже важливі. Компоненти, які використовуються для виготовлення такого підсилювача, повинні бути дуже висококласні і мати дуже низький коефіцієнт шуму.



3. RM — балансний модулятор (зазвичай це простий 4 квадрантный перемножувач). Використовується для додання звуку своєрідності та колоритності.



Допоміжні модулі



1. Mixer — це мікшер. Необхідний для змішування N-го кількості звукових або керуючих сигналів. Як правило, це невеликі мікшери від 4 до 8 каналів. Існують мікшери, які виконують функції підсумовування і віднімання одночасно. В середньому положенні потенціометра вихідна напруга каналу дорівнює 0. При повороті від 0 вліво сигнал підсумовується з іншим каналом, а при повороті вправо віднімається з нього, що дає більше різноманітності.



2. Signal Selector — це комутатор. Виконує функцію трійника: ) В тому випадку, якщо кількість входів або виходів недостатньо, використовують цей модуль.



3. FCV — перетворювач частоти в напругу. Ще один цікавий модуль, який можна використовувати для перетворення частоти звуку в напругу, яка в свою чергу може використовуватися для управління блоками синтезатора. Якщо підключити до його входу мікрофонний підсилювач, а вихід пристрою до VCO, то легко можна керувати звуко-висотним поруч допомогою синтезатора голосу, флейти або будь-якого іншого зовнішнього музичного інструменту.



4. Lost modules — це можуть бути які завгодно найрізноманітніші модулі, яких поки не існує у природі: ) Все залежить тільки від вашої творчої фантазії: ) Наприклад, це може бути високочутливий енцефалограф, який дозволяє знімати всілякі альфа, вета, гамма з вашого мозку або біоелектричну активність м'язів тіла і перетворювати це в керуючу напругу, що, на мій погляд, дасть цікаві результати при вивченні зворотного зв'язку " людина-машина, машина-людина. В кінцевому результаті дасть можливість глибше інтегруватися у світ «силіконових чудовиськ»: ) Або, наприклад, досить убогий за звучанням Терменвокс можна дуже просто інтегрувати в синтезатор, що дозволить у свою чергу використовувати додаткові можливості для управління цим синтезатором. Ну і т.д. по суті такий студійний синтезатор являє собою електронно-акустичну лабораторію, в якій можна досліджувати і використовувати свої творчі задумки…



Тепер переходимо до найцікавішого — комутації блоків між собою.





Чим більше ступенів свободи в комутації, тим більше свободи у практиці звуковидобування ми маємо. Не потрібно боятися комутувати блоки між собою. Єдине, про що потрібно пам'ятати, це не об'єднувати два виходи між собою. Для комутації в модулях на передню панель найкраще виводити гнізда під микроджеки. Вони більш компактні. Кому не подобається «борода» з проводів, що ті можуть зробити собі набірне поле. По осі X виводяться керуючі виходи, по осі Y керовані входи, або ж можна зробити електронний аналоговий комутатор і клавіатурне поле N/M. В середньому приблизно кнопочок так 40х40 в залежності від складності і кількості модулів в аналоговому студійному синтезаторі. Ось тому я і кажу, що «борода» з проводів, напевно, буде все-таки краще: ) Просто й надійно.



Зазвичай в студійних аналогових синтезаторах використовується від 8 до 16-32 генераторів VCO, 4-16 VCF і стільки ж VCA. LFO я б поставила на кожний керований модуль по одному, тобто VCO+LFO, VCF+LFO, VCA+LFO. Чого там розмінюватися на дрібниці: ) Теж саме я б зробила і з ADSR, тобто, простіше кажучи, на один керований блок приходиться два керуючих блоку. Всі ці модулі дуже зручно розміщувати в якому-небудь неглибокому шухлядці, шафці у вертикальному положенні стандарту Mini-Rack або, хто може самостійно виготовити рековскую стійку, або придбати її і набити її минирековскими модулями.



Виходить дуже красиво, особливо якщо панельки пофарбовані в чорний матовий колір. Ручки краще всього підбирати однієї фірми і однієї моделі. Можна використовувати ручки різних діаметрів. Мені, наприклад, дуже сподобалися сірі пластмасові ручки, які зазвичай використовують у професійних микшерах. Та й коштують вони відносно недорого — 3 рубля штучка (оптом). Потенціометри краще всього використовувати поворотні, а не полоскова. У полоскова дуже часто потрапляє пил, тому вони швидко псуються, а також поворотні потенціометри набагато компактніші, тому панелька модуля також може бути досить компактної. Якщо хто працював за великий консоллю мікшера, ті мене, напевно, зрозуміють. Лазити по дуже великому периметру дуже втомлює: ) Ще також непогано виводити світлодіодні лампочки на панелі керуючих модулів. Тоді відразу можна візуально визначити який блок в даний момент працює.
Конструктив студійного синтезатора може бути найрізноманітнішим. Головне дотримуватися модульності конструкції. Це дозволить нарощувати пристрій до безкінечності: )

by Ambush 16.04.2008

Ну і тепер особисто від мене

Емулятори

Не доступні багатьом великі студійні модульні аналогові синтезатори. Але якщо дуже хочеться, зрозуміти принцип можна використовуючи програмну емуляцію.

VSTi Moog Modularwww.arturia.com/evolution/en/products/moogmodularv/intro.html
Емулятори реально існуючих синтезаторів. Для вивчення можуть бути складні. Структура жорстка (кількість модулів не поміняти).



Там же є інші синто різного ступеня модульності

Arturia


ARP


SynthMaker www.synthmaker.co.uk/
Середовище для створення власних синтезаторів і його інтерфейсу.


Емулятор синтезатора, эмулирующего аналоговий синтез NordModular :)


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

VSTi, який я б рекомендував для вивчення модульного синтезу. Можна самому збирати синтезатор з довільної кількості модулів.


ALSA modular Synth — alsamodular.sourceforge.net/


І багато інших: lesitedeburnie.free.fr/lalistedeburnie1-en.html#synthesizers

Посилання по темі

diyfactory.ru — Сайт і форум наших самодельщиков.
ruskeys.net — Музей радянських синтезаторів. Там же активний форум.
asmir.info/lib/index.htm — Бібліотека термен центру.
www.muzoborudovanie.ru/articles/midi/midi1.php — Найповніше з усіх знайдених описів MIDI протоколу російською мовою.
gieskes.nl/ — Величезна кількість DIY звукових прикольних пристроїв.
shustikov.by.ru/index.html — Цікаві конструкції, в т. ч. барабанної установки
www.sdiy.org/knas/ — Цікаві проекти з аналоговими синтезаторами
www.tellun.com/motm/motm.html — Модульний синтезатор. Модулі+схеми.
www.sdiy.org/ensign/ — Ще трохи модулів.
www.sdiy.org/philgallo/ — Ще один автор на sdiy.org
dropmix.xs4all.nl/rick/Emusic/Synth-diy/ — Посилання на інші проекти
www.indiegogo.com/individuals/227451 зібрав грошей на 3 проекту-модуля, став виробником shop.hexinverter.net/
mutable-instruments.net/ — виробники
www.analoguesystems.co.uk/index2.htm — Виробники
www.doepfer.de/home.htm — Виробники
www.synthesizers.com/q118.html — Виробники
www.cyndustries.com — Виробники
www.cgs.synth.net — Добра кішка. Роздає схеми
yusynth.net — Добрий французький дядько. Роздає схеми.
www.musicfromouterspace.com — Добрі виробники. Роздають схеми.
www.linusakesson.net/chipophone/index.php — Чипофон. Друга життя електрооргана.
habrahabr.ru/blogs/DIY/124112 — Цифрова драммашина на базі семплів
www.fpga.synth.net/ — синтезатори на базі ПЛІС і їх же вікі www.fpga.synth.net/pmwiki/
www.strellis.com/fpga.shtml — синтезатори на FPGA
electro-music.com/forum/ — электромузыканты саморобщики
scott.joviansynth.com/FPGA_synth/ — цікаві синтезатори на базі ПЛІС з прикладами звучання
sites.google.com/site/analogsynthdiy — моя бібліотека, яку збираю в основному з радянських матеріалів (Радіо, МРБ, книги).
групи вконтакті:
vk.com/anysynth — огляди, демо
vk.com/analog_sints — огляди, демо
vk.com/synthandtits — синтез і цицьки (! обережненько!)

Буду радий дізнатися про нові проекти в області Analog Synth DIY

Джерело: Хабрахабр

0 коментарів

Тільки зареєстровані та авторизовані користувачі можуть залишати коментарі.