Аналоговые синтезаторы

В этом разделе мы рассмотрим построение нескольких простых аналоговых синтезаторов.

 

1. Простейший saw-синтезатор с фильтром и огибающей (раздельными, на каждую ноту) и LFO для вибрато

 

Рис. 1.1. Панель управления синтезатора

 

Рассмотрим общую структуру синтезатора, построенного на одном осцилляторе скошенной треугольной волны Sawtooth. Здесь все логически целостные его блоки оформлены в макросы, за исключением модуля самого осциллятора и микшера. Эта структура изображена на рис. 1.2.

 

Рис. 1.2. Общая структура синтезатора

 

Сигнал, генерируемый осциллятором, фильтруется в макросе фильтра, комбинируется и направляется в порт выхода инструмента проходя через микшер.

 

Рис. 1.3. Структура макросов Amp Env и Filter Env

 

Макросы Amp Env и Filter Env здесь абсолютно идентичны (рис. 1.3). Именно в этих макросах содержится модуль Gate, который осуществляет генерацию импульсов в соответствии с принятыми MIDI-командами Note on и Note off. Точнее, он выдает сигнал, соответствующий силе нажатия на клавишу velocity, то есть амплитуду сигнала в диапазоне 0..1. Но в этих макросах нет модуля, задающего высоту тона (MIDI-ноту).

Элементы управления A, D, R (0..80), S (0..1) соответствуют диапазону значений соответствующих портов модуля ADSR-огибающей, даже больше.

 

Рис. 1.4. Структура макроса LFO

 

На рис. 1.4. изображена структура макроса LFO. Здесь происходит следующее: сигнал от модуля LFO складывается с высотой тона ноты, также со смещением колеса pitch.

Амплитуда LFO управляется регулятором Depth ((0..1), глубина), сигнал логарифмического регулятор Rate (-60..3,5) проходя через преобразователь к линейному дает частоту приблизительно (0,25…10). Зачем нужен логарифмический регулятор? Просто потому, что осуществлять точную подстройку им удобнее.

Далее, как мы видим, этот сигнал подается в двух направлениях в качестве сигнала, управляющего высотой тона – на осциллятор и на фильтр.

 

Рис. 1.5. Структура макроса Filter

 

Главным модулем Макроса фильтра Filter является фильтр-модуль, реализующий фильтрацию 4-порядка (рис. 1.5). Заметим, что здесь используются оба метода контроля частоты среза фильтра – как логарифмического так и линейного. Линейный контроль идет напрямую с макроса Filter Env и реализует динамику обработки сигнала во времени (она придает звуку, проходящему через фильтр окраску, как бы «скольжение»). Это управление от высоты тона ноты не зависит. Сигнал проходит через управляющую цепь – умножитель, с помощью которого задается количество модуляции частоты среза.

Логарифмический контроль. На него подается сигнал с макроса LFO, как мы знаем, содержащий три компонента (высоту ноты, смещение колеса pitch и непосредственно низкочастотную модуляцию). Этот сигнал –  также динамичен во времени периодически, за счет LFO.

Итак, фильтр на панели имеет два органа управления частотой среза: постоянную Cutoff (-10..80, смещение значения среза фильтра определяется в полутонах от взятой ноты) и динамическую F-Env (0..10000, уровень «влияния» макроса Filter Env на управление фильтром, при 0 – это управление фактически отсутствует). Первая как бы служит точкой базового отсчета относительно взятой ноты (плюс периодические изменения LFO), а вторая выражает динамику во времени.

Уровень резонанса фильтра Reson (0..0,98) управляется независимо.

 

2. Одноосцилляторный синтезатор с 2 фильтрами

 

Рис. 2.1. Вид панели управления синтезатора

 

Рис. 2.2. Общая структура синтезатора

 

Рассмотрим более продвинутую версию синтезатора, созданного на основе схемы предыдущего примера. Его общая структура изображена на рис. 2.2. Здесь мы реализуем такие дополнительные возможности: выбор типа волны осциллятора из трех вариантов, смещение ноты на октаву вверх и вниз, естественный овердрайв, а также сдвоенный фильтр.

Макросы огибающих и LFO остаются без изменений. Основные изменения произошли в макросе Filter а также добавлен новый макрос Oscillator. Его вначале и рассмотрим (рис 2.3).

 

Рис. 2.3. Структура макроса Oscillator

 

Основу макроса составляют три модуля различного типа волны (Pulse, Sawtooth, Triangle), включенные параллельно. Причем одновременно может быть активен только единственный модуль. Это обеспечивается кнопочным переключателем Wave. Аналогичный переключатель Octave служит для выбора транспонирования ноты на октаву вверх и вниз. Это смещение – и значение выходного порта переключателя Octave складывается со значением высоты тона ноты P, и в дальнейшем посылается сразу на все три осцилляторных модуля. Амплитуда (порт A) также передается всем этим модулям на соответствующий порт без каких-либо преобразований. Для модуля Pulse доступен также регулятор ширины импульса P-Width (0..0,98). И последний модуль – это микшер. Регулятор уровня усиления назван Drive. Почему? Посмотрим на диапазон его значений. Они от –40 до 20! Именно завышенный уровень микшера и осуществляет здесь эффект перегруза.

 

Рис. 2.4. Структура макроса Filter

 

На рис. 2.4. изображена структура макроса Filter. Здесь добавилось два основных модуля – еще один фильтр низких частот первого порядка и Saturator (сглаживатель).

Рассмотрим механизмы контроля частотами срезов фильтров. Линейный контроль для обоих фильтров одинаков, но в отличие от предыдущего примера расширен. Теперь линейный контроль управляется не только регулятором Env, но частично и высотой тона, передающегося портом P. При этом высота тона смещается регулятором Cutoff (-20..60) и линеализируется.

Логарифмический контроль обоих фильтров осуществляется также совместно, но при этом для них задаются два различных смещения в полутонах: уже известное нам Cutoff для первого фильтра четвертого порядка и Cutoff2 (0..80) для второго фильтра.

Сигнал после первого фильтра проходит через модуль Saturate на второй фильтр и далее – в выходной порт. Этот промежуточный модуль производит мягкий овердрайв ограничивая выход амплитуды в +-2 цифровых отсчета для каждой входной амплитуды большей +-4. Это немного смягчает «ударность» звука овердрайва, который получен на выходе макроса осцилляторов.

Так как амплитуда сигнала, особенно при использовании перегруза, часто выходит за границы (-1..1), то для того, чтобы не создавать уже паразитные перегрузки при подаче сигнала на звуковую карту компьютера, звуковым микшером, установленным перед выходным портом синтезатора регулируется уровень сигнала (чаще на понижение).

 

3. Простой аналоговый синтезатор классической схемы (2 осциллятора, один фильтр и усилитель)

 

Рис. 3.1. Вид панели управления синтезатора

 

Рис. 3.2. Общая структура синтезатора

 

 

 

 

Теперь рассмотрим классическую двухосцилляторную структуру, которая часто характеризует принцип построения настоящего железного устройства (имеется в виду идеология модульности), управляющая панель которой изображена на рис. 3.1. В самой структуре (рис. 3.2) присутствуют: блок Pitch-LFO, два осциллятора, включенные параллельно, сумматор, VCF – фильтр, VCA – усилитель. Прямо перед выходным портом включен сумматор.

Макрос Pitch-LFO (рис. 3.3) и здесь не претерпел никаких изменений, и полностью повторяет структуру макроса LFO из предыдущих примеров.

 

Рис. 3.3. Структура макроса LFO

 

Рис. 3.4. Структура макроса VCO 1

 

Рис. 3.5. Структура макроса VCO 2

 

На рисунках 3.4 и 3.5 изображены схемы структур двух осцилляторов. Видно, что они различаются весьма незначительно: во втором осцилляторе всего лишь расширено управление высотой тона. Дополнительные регуляторы Interval и Fine обеспечивают смещение высоты тона второго осциллятора относительно высоты тона первого. Заметим, что в отличие от предыдущих примеров амплитуда сигнала для осцилляторов задается константой, то есть от силы нажатия на MIDI-клавишу не зависит. Для модуля Pulse доступен регулятор ширины импульса Pulse-W(0..0,98). Переключатель Wave здесь осуществляет переключение сигнала от одной формы волны к другой.

 

Рис. 3.6. Структура макроса VCF

 

После этого сигналы выходных портов модулей VCO1 и VCO2 складываются и поступают на фильтр. Структура макроса фильтра (рис. 3.6) напоминает структуру фильтра первого примера, но, во-первых внутрь этого макроса внедрен подмакрос огибающей ADSR-Env (полностью аналогичный ранее рассмотренному) и здесь же еще раз используется модуль Note Pitch. (многократное использование таких передающих модулей – не возбраняется: любая копия передает полностью соответствующие сигналы).

Линейный контроль частотой среза фильтра осуществляется посредством огибающей – и вот уже здесь, на фильтр – используется влияние MIDI-контроллера Velocity посредством уровня сигнала генерируемого Gate, который находится в ADSR-Env. EnvAmt здесь – контролирует уровень этого влияния огибающей на частоту среза фильтра.

Логарифмический контроль фильтра – его уровень контролирует регулятор K-Track – может быть смещен относительно высоты тона нажатой ноты регулятором Cutoff.

Некоторые сообразительные читатели, наверное, уже догадались, что, так как амплитуда осцилляторов уже установлена константой и совершенно не зависит от сигнала Gate, то синтезатор должен издавать звуки непрерывно вне зависимости от нажатия и отпускания клавиши. Это так и есть. Но почему же не слышно звуков? Секрет скрыт в последнем макросе VCA.

 

Рис. 3.7. Структура макроса VCA

 

Рассмотрим его повнимательнее (рис. 3.7). Оказывается, поступающий с фильтра сигнал не только регулируется Volume, но в этом макросе также расположен уже известный нам подмакрос ADSR-Env. И именно здесь, на этой последней стадии перед выводом сигнала вы порт выхода – регулируется амплитуда выходного сигнала. Для этого все эти три сигнала перемножаются. Таким образом осуществляется модуляция конечного сигнала огибающей (заметим, уже фильтрованного!) и, по совместительству, именно наличие нуля в этом умножении “гасит” сигнал в нулевую амплитуду при отсутствии нажатий на MIDI-клавиши. Таким образом, эти две схемы построения синтезаторов 1-2 примера и рассматриваемого сейчас имеют принципиальные различия в подходе построения.

 

4. Двухосцилляторный импульсный синтезатор

 

Рис. 4.1. Вид панели управления синтезатора

 

Рис. 4.2. Общая структура синтезатора

 

Сейчас рассмотрим импульсный двухволновый синтезатор. Его панель приведена на рис. 4.1, а структура на рис. 4.2. Синтезатор хорошо синтезирует звуки типа Pad.

 

Рис. 4.3. Структура макроса LFO

 

Рис. 4.4. Структура макроса Envelope

 

Особенность этого синтезатора – это наличие всего лишь одной общей для осцилляторов и фильтра огибающей. Ее макрос – тот же как и в предыдущих примерах (рис. 4.4). Но структура макроса LFO немного изменена (рис. 4.3): туда добавлена регулирующая константа со значением 0,2, ослабляющая влияние на частоту, подаваемую на входной порт модуля LFO от высоты тона взятой MIDI-клавиши. Это сделано потому что в таких звуках как пады (их еще называют «подкладки», потому что их обычно используют как бы в виде гармонического фона) резкие и быстрые перепады не нужны, а нужна плавность и медленное течение звука. Таким образом если регулятор Rate, обеспечивающий увеличение и уменьшение частоты будет установлен в ноль, то период колебаний LFO будет равен эквиваленту линеаризованной частоты «номер ноты»/5. Например, если взятая нота будет 50, то частота будет равна... (привести пример). Амплитуда задается независимым регулятором Depth.

 

Рис. 4.5. Структура макроса Oscillators

 

Рассмотрим макрос Oscillators (рис. 4.5). Основу его составляют два импульсных осциллятора включенные параллельно и микшер. Амплитуда на осцилляторы передается из макроса Envelope. Рассмотрим логарифмический контроль высоты тона осцилляторов. Он практически эквивалентен методу, использованному в примере 4: на один из осцилляторов подается сигнал (номер MIDI-ноты) непосредственно с порта P (что есть ничто иное как номер ноты + значение контроллера колеса сдвига тона), на второй же осциллятор – сигнал смещенный регуляторами Interval и Fine.

Модулирующий сигнал от LFO поступает на входной порт W макроса Oscillators, но используется для модуляции высоты тона и амплитуды. Что же модулируется? Оказывается – ширина импульса. Причем таким образом: регулятор PWidth задает базовое значение ширины импульса, а сигнал от LFO осуществляет плавное движение в некоторой окрестности этого базового значения. Причем, на один осциллятор сигнал идет напрямую, а на второй – инвертируется (то есть в противофазе).

 

Рис. 4.6. Структура макроса Filter

 

Теперь рассмотрим фильтр. Его структура (рис. 4.6) полностью повторяет структуру фильтра из примера 1, за исключением того, что здесь используется фильтр второго порядка (в режиме LP, то есть фильтра низких частот).

И, наконец, сигнал проходя через смеситель выводится в выходной порт синтезатора. Заметим, что регулятор уровня сигнала после смесителя отсутствует. Это связано с тем, что уровень сигнала для приведенного синтезатора хорошо регулируется еще в макросе Oscillators и практически не требует дальнейшего микширования.

 

5. Двухосцилляторный синтезатор с мультимодовым фильтром и двумя огибающими 

 

 

В этом примере мы рассмотрим двухосцилляторный синтезатор с мультимоновым фильтром – то есть режим фильтрации сигнала будет выбираться пользователем. Другая особенность этого синтезатора – балансовый микшер двух осцилляторов.

 

Рис. 5.1. Вид панели управления синтезатора

 

Рис. 5.2. Общая структура синтезатора

 

Рассмотрим панель управления (рис. 5.1) и общую структуру синтезатора (рис. 5.2). Сразу бросается в глаза переключатель режима работы фильтра. Он выполнен в виде ряда кнопок переключения.

 

Рис. 5.3. Структура макроса Envelope

 

Рис. 5.4. Структура макроса Filter Envelope

 

Общая структура следующая: высота тона ноты суммируется с показанием MIDI-контроллера колеса Pitch и посылается на осцилляторы и фильтр. В структуре также присутствуют две раздельные огибающие – для макроса осцилляторов (Volume Env) и для фильтра (Filter Env). Макрос огибающей осцилляторов Volume Env (рис. 5.3) полностью идентичен ранее рассмотренным. Макрос Filter Env (рис. 5.4) имеет отличие: перед выходом на порт выхода макроса сигнал поступает на A to E perm (---).

 

Рис. 5.5. Структура макроса Oscillators

 

Рис. 5.6. Структура подмакроса Oscillator 1 в макросе Oscillators

 

Рис. 5.7. Структура подмакроса Oscillator 2 в макросе Oscillators

 

Макрос осцилляторов изображен на рис. 5.5. Он служит только контейнером для дальнейшей структуризации – в макросах Oscillator 1, Oscillator 2 и Mixer. Структура первых двух подмакросов изображена на рис. 5.6 – 5.7. Можно заметить, что первый макрос очень похож на рассмотренный нами ранее в примере номер 2 (см. рис. 2.3). Действительно, его структура аналогична, за исключением того, что сейчас в нем нет микшера. В макросе Oscillator 2 всего лишь добавлена возможность смещения тона (которое, как видно, складывается со смещением тона переключателя Octave). Такой механизм также был рассмотрен в предыдущем примере номер 3.

 

 

Рис. 5.8. Структура подмакроса Mixer в макросе Oscillators

 

Подмакрос Mixer содержит модуль Crossfade, а также обычный микшер, регулирующий уровень сигнала. Регулятор Bal модуля Crossfade делает вот что: он определяет в какой пропорции сигналы этих двух осцилляторов будут смешиваться. Например, если значение равно 0, то модуль Crossfade пропустит только сигнал первого осциллятора и не пропустит сигнал второго, и наоборот – если 1. В промежуточном положении модуль Crossfade микширует сигнал в соответствии с весами: x для первого осциллятора и 1-x для второго.

 

Рис. 5.9. Структура макроса Filter

 

После макроса Oscillators сигнал идет на фильтрацию в макрос Filter (рис. 5.9). В структуру макроса входят три фильтра. Это фильтры первого, второго и четвертого порядка. Здесь, в отличие от предыдущих примеров, используются варианты  модулей фильтров только с логарифмической модуляцией частоты среза. (м.б. это уменьшает нагрузку на процессор???) Рассмотрим это управление. Оно складывается из трех составляющих: сигнала порта P (номер ноты), сигнала приходящего с огибающей фильтра Filter Env а также независимого регулятора Cutoff, задающего постоянный компонент. Из сигнала с порта P дополнительно вычитается 60. Влияние огибающей задается регулятором Env, причем его значение может быть инвертировано путем переключения модулем Pol (полярность).

Сигналы от выходных портов фильтров переключаются модулем Mode, отвечающим за выбор текущего режима фильтрации.

 

6. Три осциллятора с мультимодовым фильтром при использовании микшера 

 

Данный синтезатор построен по принципу структуры из третьего примера. Здесь сигналы от трех осцилляторов микшируются в дополнительном макросе Mixer. Общий сигнал фильтруется мультимодовым фильтром и проходит через макрос усилителя Amp, аналогичный макросу на рис. 3.7.

 

Рис. 6.1. Вид панели управления синтезатора

 

Рис. 6.2. Общая структура синтезатора

 

Панель управления синтезатора изображена на рис. 6.1, а общая структура – на рис. 6.2.

В качестве осцилляторов использованы три одинаковых структуры, дающие возможность выбрать два типа волны: Pulse или Sawtooth (рис. 6.3). Также в осцилляторе присутствует подстройка уровня Pitch и Fine.

 

Рис. 6.3. Структура макросов Ocs 1, Osc 2 и Osc 3

 

Рис. 6.4. Структура макроса Mixer

 

Рис. 6.5. Структура макроса 4-pole Filter

 

Макрос Mixer представляет собой трехканальный одноименный модуль с тремя регуляторами уровня входящих сигналов (рис. 6.4).

Рассмотрим макрос, содержащий фильтр (рис. 6.5). Здесь использован модуль фильтра четвертого порядка с двумя механизмами контроля частоты среза (линейным и логарифмическим).

 

Рис. 6.6. Структура подмакроса ADSR-Env в макросе 4-pole Filter

 

Рис. 6.7. Структура подмакроса KeyTrack в макросе 4-pole Filter

 

Линейный контроль осуществляется посредством получения сигнала из подмакроса ADSR-Env (рис. 6.6). В этом подмакросе два модуля Gate, причем значения выходных портов их складываются. Уровень одного из значений контролируется регулятором Vel Amt.

Подмакрос KeyTrack, при помощи которого осуществляется контроль логарифмическим портом частоты среза, ни что иное как кусок структуры фильтра из примера 3 (см. рис. 3.6), оформленный в отдельный макрос для наглядности.

 

Рис. 6.8. Структура макроса Amp

 

Переключатель Mode позволяет выбрать необходимый сигнал и переслать его в макрос усилителя Amp.

 

7. Трехволновый синтезатор со сдвоенным фильтром и 2 огибающими 

 

 

 

 

Рассмотрим еще одну модификацию трехосцилляторного синтезатора. В этом синтезаторе два фильтра со смещением. 

 

Рис. 7.1. Вид панели управления синтезатора

 

Рис. 7.2. Общая структура синтезатора

 

Панель управления синтезатором изображена на рис. 7.1. В общую структуру (рис. 7.2) входят помимо трех одинаковых осцилляторов и фильтра два одинаковых макроса огибающих Amplifier Env и Filter Env (см., например, рис. 1.3).

 

Рис. 7.3. Структура макросов Ocs 1, Osc 2 и Osc 3

 

Макрос осциллятора изображен на рис. 7.3. Его структура подобна структуре осциллятора из предыдущего примера, только амплитуда задается не константой, а регулятором (они названы Mix1, Mix2, Mix3 соответственно для первого, второго и третьего осциллятора). По этой причине в синтезаторе нет какого-либо дополнительного микшера. Также модули NotePitch и Pitchband вынесены в основную структуру, тогда как в предыдущем примере они находились в каждом осцилляторе.

 

Рис. 7.4. Структура макроса Filter

 

После суммирования трех волн, сигнал фильтруется (рис. 7.4). Макрос фильтра состоит из двух фильтров второго порядка (с двойным контролем частоты среза) и сатуратором, расположенным между ними. Линейный контроль осуществляется при помощи огибающей фильтра Filter Env, согнал которой дозируется регулятором F-Env. Этот контроль един для обоих фильтров. Логарифмический контроль осуществляется по схеме: высота тона (номер ноты) складывается с регулятором Cutoff и идет на порт P первого фильтра, а также этот сложенный сигнал еще раз смещается другим регулятором Shift и проходит уже на второй фильтр. Фактически, на входной порт P второго фильтра сигнал приходит дважды смещенным: первый раз относительно значения ноты и второй раз – относительно смещения первого фильтра.

 

 

8. Синтезатор на основе модулей step

 

Рассмотрим весьма специфический синтезатор, построенный на основе модулей Step (далее рассказать об этих модулях).

Макрос огибающей Envelope здесь такой же стандартный как, например, на рис. 1.3.

 

Рис. 8.1. Вид панели управления синтезатора

 

Рис. 8.2. Общая структура синтезатора

 

В построении общей структуры синтезатора (рис. 8.2) ничего особенного не наблюдается. Его панель изображена на рис. 8.1. Основными объектами рассмотрения будут являться макросы осцилляторов (рис. 8.3 и 8.4) и макрос фильтра (рис. 8.5).

 

Рис. 8.3. Структура макроса Oscillator 1

 

Рис. 8.4. Структура макроса Oscillator 2

 

Макросы осцилляторов состоят практически из одного модуля – это 6-step и 8-step, модулей-регуляторов. Также в Oscillator 1 предусмотрено управление смещением высоты тона ноты (регулятор Detune).

 

Рис. 8.5. Структура макроса Filter

 

Фильтр построен на основе модуля 2-pole Notch (вырезает частоты). Он имеет только логарифмическое управление уже известного нам трехкомпонентного метода: фиксированный Freq, сигнал с порта P контролируется KeyTrack, а сигнал с огибающей – регулятором EnvAmt.

Также присутствует переключатель Mode, который выводит один выбранный сигнал с фильтра.

 

Рис. 8.6. Структура макроса Amp

 

И, наконец, макрос Amp (рис. 8.6) осуществляет логарифмическое регулирование выходного сигнала синтезатора.

 

FM-синтезаторы

 

1. Простейший FM-синтез с двумя операторами FM 2 ops

 

Рассмотрим простой синтезатор, реализующий идею частотной модуляции. Оператором в таком синтезе обычно называется элемент, содержащий в себе огибающую и осциллятор

.

Рис. 1.1. Вид панели управления синтезатора

 

Рис. 1.2. Общая структура синтезатора

 

Панель управления синтезатора можно видеть на рис. 1.1.

Общая структура (рис. 1.2) выполнена без применения структуризации с помощью макросов. Итак, мы реализуем двухоператорный синтез, следовательно видим перед собой две огибающих, два осциллятора а также элементы схемы управления ими. Для того чтобы осуществить частотную модуляцию, один из осцилляторов должен иметь порт, на который подается линейный сигнал от второго. Так и есть. При этом оператор, на который подается модулирующий сигнал называется “несущей” (волной), а второй оператор – “модулятором”.

Рассмотрим схему управления осцилляторами. На рисунке 1.2 видно, что на несущую подается исходный NotePitch+Pitchband сигнал, тогда как на модулятор к сигналу применяется смещение регуляторов Interval и Detune. Сигнал Gate подается в три направления: двум огибающим типа DR-Env (имеющих по два регулятора – двух параметров Dacay и Release) и на порт синхронизации несущей (далее…..). На огибающую модулятора сигнал от Gate подается дозировано, проходя через регулятор FM (этот регулятор и осуществляет регуляцию уровня FM-модуляции).

Перед выходом сигнал комбинируется в моно.

 

2. Трехоператорный синтез (два варианта) FM 3 ops ab

 

Рис. 2.1. Вид панели управления синтезатора с двумя модуляторами и несущей

 

Рис. 2.2. Вид панели управления синтезатора с одним модулятором и двумя несущими

 

Рассмотрим синтезатор на основе трех операторов. Ясно, что такой синтезатор можно построить двумя разными способами: сигнал, составленный из двух операторов модулирует третий оператор и второй случай – когда все три оператора соединены в последовательную цепь, при этом третий оператор модулируется уже составной волной, произошедшей от модуляции второго оператора первым. Панели синтезаторов на рис. 2.1 и 2.2 ничем не отличаются, кроме названий операторов.

Структуры этих двух типов приведены на рис. 2.3 и 2.4.

 

Рис. 2.3. Общая структура синтезатора с двумя модуляторами и несущей

 

Рис. 2.4. Общая структура синтезатора с одним модулятором и двумя несущими

 

Нам остается только рассмотреть структуру оператора (рис. 2.5, здесь изображен модулятор).

 

Рис. 2.5. Структура макроса оператора Modulator

 

Итак, мы видим огибающую ADSR-Env со средствами управления, осциллятор с возможностью линейной модуляции, переключатель Track, осуществляющий, по существу, включение и выключение сигнала оператора, регуляторы смещения Interval и Detune, а также дозатор уровня сигнала Level. На рисунке изображен оператор типа «модулятор». Оператор типа «несущая» отличается лишь дополнительным входным портом, который соединяется на порт F осциллятора, как раз для осуществления частотной модуляции.

 

3. Трехоператорный синтез с фильтром

 

Рис. 3.1. Вид панели управления синтезатора

 

Рис. 3.2. Общая структура синтезатора

 

Теперь рассмотрим трехоператорный синтез с фильтрацией (панель изображена на рис. 3.1). Идея такова: два параболических осциллятора с общей огибающей модулируются осциллятором волны треугольного типа, затем суммируются и фильтруются. Причем фильтр и этот модулятор имеют отдельную общую огибающую. На схеме структуры это видно (рис. 3.2).

Смещение модулятора относительно взятой ноты (точнее относительно NotePitch+Pitchband) осуществляется регуляторами Interval и Fine, уровень сигнала модуляции регулируется значением FM. Для одной из несущих сигнал высоты ноты передается без смещения, для второй смещается на значение Osc2+Fine (не спутайте этот регулятор с одноименным у модулятора, они разные!). Фильтр смещается на значение Cutoff (что дает постоянную компоненту частоты среза фильтра в пределах одной ноты). Уровень сигнала от огибающей дозируется регулятором F-Env, а резонанс – Reson. Используется выходной порт фильтра, осуществляющий фильтрацию нижних частот 4 порядка.

Перед выводом сигнал комбинируется в моно.

 

4. Двухоператорный с чёперным (вращающимся) фильтром (+статический фильтр) и импульсной модуляцией

 

Рис. 4.1. Вид панели управления синтезатора

 

Рис. 4.2. Общая структура синтезатора

 

Здесь мы рассмотрим синтезатор с “вращающимся” фильтром, построенный на двух осцилляторах (непосредственной модуляции нет). Панель этого синтезатора изображена на рис. 4.1. Общая структура синтезатора (рис. 4.2) выражает такую идею: сигнал с осциллятора Sawtooth фильтруется первым фильтром, проходит на Chopper (далее……….), который, в свою очередь, модулируется сигналом импульсного осциллятора единичной амплитуды. Затем сигнал вторично фильтруется и подается через комбинатор на выходной порт синтезатора. Макрос Pitch (рис. 4.3) введен просто для удобства. Макрос огибающей стандартен (рис. 4.4).

 

Рис. 4.3. Структура макроса Pitch

 

Рис. 4.4. Структура макроса ADSR-Env

 

Управление двумя фильтрами осуществляется одной цепью управления синхронно как по линейному контролю (с дозатором F-Env), так и по логарифмическому (со смещением Cutoff). Для импульсного осциллятора введены регуляторы подстройки (смещения) Fine и Interval.

 

 

5. SAW-модуляция трех несущих треугольных волн с фильтром

(Модуляция несущей такая же как в предыдущем примере!) см.

 

Рис. 5.1. Вид панели управления синтезатора

 

Рис. 5.2. Общая структура синтезатора

 

Рассмотрим модуляцию волной типа Sawtooth блока, состоящего из трех треугольных осцилляторов через фильтр.

Вид панели управления синтезатора изображен на рис 5.1. По структуре (рис. 5.2) видно, что присутствуют две огибающие. Огибающая для модулятора Mod.Env. (рис. 5.3) отличается от огибающей Carr.Env. (см. ранее рис. 4.4) всего лишь наличием дополнительного регулятора Fmod, который задает уровень сигнала от Gate (этот-то сигнал и пойдет на модуляцию через фильтр).

Итак, рассмотрим механизм управления. Сигнал NotePitch+Pitchband из макроса Pitch (см. ранее рис. 4.3) поступает на 5 модулей: на три осциллятора треугольных волн (несущие) – на один без смещения, на два других с различными смещениями Fine1 и Fine2; на модулятор Sawtooth со смещением Interval, а также на фильтр с дополнительным (к Interval) смещением Cutoff.

 

Рис. 5.3. Структура макроса Mod.Env.

 

Сигнал от модулятора проходит через фильтр, который выводит три сигнала (три разных типа фильтрации), и каждый из этих сигналов модулирует только одну треугольную волну. Затем сигналы складываются.

Перед выводом сигнал комбинируется в моно.

 

Органы (аддитивный синтез) на основе сложения волн

1. 8-волновый орган 

 

Рис. 1.1. Вид панели управления синтезатора

 

Рис. 1.2. Общая структура синтезатора

 

 

Рис. 1.4. Структура макросов ADSR 1-4 и ADSR 5-8

 

Рассмотрим синтезатор на основе восьми параболических осцилляторов, реализующий аддитивный синтез, то есть звук формируется большим числом осцилляторов, сигналы которых складываются. Звуки синтезаторов такого типа хорошо имитируют органы.

На рисунке 1.1 изображена панель управления синтезатором, а на рис. 1.2 его структура. Читателям, которые изучили предыдущие примеры, будет предельно ясно и построение этого синтезатора: 8 осцилляторов разбиты на два блока, каждый блок управляется отдельной огибающей (см. рис. 1.4). Каждый осциллятор имеет точную подстройку высоты тона и амплитуды сигнала.

 

Рис. 1.3. Структура макроса LFO

 

Отдельно рассмотрим макрос LFO (рис. 1.3). Он построен не на модуле LFO, а на простом осцилляторе треугольной волны. Это сделано для того, чтобы получить белее высокие частоты модуляции (далее….).

Перед выводом сигнал комбинируется и микшируется его уровень (так как микшер расположен за комбинатором, то выстраивается не звук каждой отдельной ноты, а всего звукового потока в целом).

 

2. Импульсный 6-волновый орган 

 

Рис. 2.1. Вид панели управления синтезатора

 

Рис. 2.2. Общая структура синтезатора

 

Теперь рассмотрим аддитивный синтезатор на основе импульсных осцилляторов. Его панель управления изображена на рис. 2.1. Структура его (рис. 2.2) весьма схожа со структурой предыдущего примера, только здесь осцилляторов всего 6, и огибающая только одна, и к тому же типа AR-Env.

 

Рис. 2.3. Структура макроса Modulator

 

Константы смещений высоты тона ноты подобраны так, чтобы звучали гармонично, и дополнительной настройки сдвига тона с панели синтезатора не предусмотрено. Макрос Modulator (рис. 2.3) построен на основе параболического осциллятора (далее…….).

 

3. Shape org (не аддитивный)

 

Рис. 3.1. Вид панели управления синтезатора

 

Рис. 3.2. Общая структура синтезатора

 

Здесь рассмотрим еще один вариант синтезатора, генерирующего органоподобные звуки, но без использования аддитивного синтеза. Идея состоит в том, чтобы создавать звуковую волну не суммированием, а при использовании клиппирования (ограничения сигнала). Это клиппирование сигнала также модулируется осциллятором. Рассмотрим синтезатор более подробно. На панели (рис. 3.1) присутствует немного управляющих элементов.

Структура синтезатора изображена на рис. 3.2. Как видно, она построена без макросов. В структуре используется основной параболический осциллятор, осциллятор волны треугольного типа с ограничителем Clipper, а также фильтр в связке с простой огибающей типа D-Env.

Из схемы видно, что диапазон клиппирования в каждый момент времени меняется посредством осциллятора треугольной волны (причем эта волна еще смещена двумя константами, а регуляторы этой волны не зависят от нажатых MIDI-клавиш). Сигнал NotePitch+Pitchband посылается только на осциллятор основной волны и на фильтр. Для фильтра также применено смещение высоты тона на Cutoff по линии логарифмического управления. Линейный контроль фильтра идет непосредственно с огибающей D-Env.

Как обычно, сигнал перед выводом в выходной порт синтезатора комбинируется.