Основые принципы синтеза звуков

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

VST синтезатор Lennar Digital Sylenth1 / Фото: Lennar Digital

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

Аддитивный

Cуммирующий вид синтеза. Любой сложный звук состоит из множества одномоментно присущих гармоник, так что его можно представить в виде суммы гармонических колебаний с разными амплитудами и частотами.

Синтез частотной модуляции (FM — Frequency Modulation)

Несколько простых волноформ модулируют друг друга по частоте и суммируются, выдавая на выходе звук, богатый гармониками.

Субтрактивный

Этот вид синтеза работает по принципу вычета составляющих из первоначально богатого гармониками сигнала с помощью блока настраиваемых фильтров.

Так вышло, что именно субтрактивный вид синтеза ассоциируется с синтезаторами в целом, так что рассмотрим именно этот тип подробнее.

Важно заранее объяснить, что внутренняя коммуникация синтезатора производится с помощью управляющего напряжения (CV — control voltage). Можно сказать, это его локальный язык. Это не звук, но он контролирует разные элементы синтезатора, которые уже создают аудиосигнал.

К примеру, само по себе нажатие на клавишу никакого звука не производит, однако посылает определенное значение управляющего напряжения в секцию осциллятора, чтобы изменить высоту аудиосигнала. Самое время расшифровывать незнакомые слова.
 

Осциллятор

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

Синусоидная (sine) — простая волноформа без гармоник.

Квадратная (square) — насыщена нечетными гармониками, присутствует металлический призвук;

Пилообразная (sawtooth) — богата четными и нечетными гармониками;

Треугольная (triangle) — имеет мягкость синуса, но нечетные гармоники «пилы».

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

Фильтр

Модуль VCF (Voltage Controlled Filter) — это фильтр, который регулируется с помощью УН. С помощью этого фильтра можно вырезать определенные частоты из спектра, чтобы достигнуть нужно тембра. Именно поэтому этот вид синтеза и называется субтрактивным: он строится на принципе вычитания определенных частот из спектра сигнала. Есть несколько видов фильтров.

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

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

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

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

BPF (band-pass filter) — полосовой фильтр.

С помощью настройки резонанса (resonance) также можно выделять определенные частоты. Резонанс возникает, когда звук в том же диапазоне, что и частота среза, направляется обратно в фильтр, создавая обратную связь.

Усиление (VCA — Voltage Controlled Amplifier)

Далее сигнал отправляется в секцию усиления, где ему сперва предстоит столкнуться с ADSR-огибающей.

ADSR–огибающая помогает сформировать из «голой» волны нужную нам, регулируя определенные параметры.

A — (attack) — начальная фаза, время «разгона» с нулевого значения до максимального;
D — (decay) — фаза спада с максимального значения;
S — (sustain) — фаза поддержки установившегося состояния;
R — (release) — фаза окончательного спада, время угасания сигнала до нулевого значения;

Настраивая время каждой из фаз индивидуально, можно достичь нужного вам звука.

LFO (Low Frequency Oscillator)

Не менее важным является модуль LFO — осциллятор низких частот. Так как это все тот же осциллятор, он также может генерировать уже знакомые нам виды волноформ, однако генерируемый им сигнал расположен настолько низко (ниже 20 Гц), что мы попросту не можем его слышать, однако его задача и не в этом. Предназначение LFO в синтезаторе — контроль других внутренних модулей синтезатора, LFO — это управляющий сигнал для модуляции. Например, с помощью него можно регулировать высоту сигнала, фильтры, имитировать эффект вибрато и так далее. К слову, один из способов создания небезызвестного Wobble Bass — применение осциллятора низких частот LFO.

Сейчас есть огромное количество видов синтезирования, однако они все часто основываются именно на этих фундаментальных правилах. Зная их, вы сможете создавать свои звуковые фактуры как в аналоговых, так и виртуальных синтезаторах.
 

Обложка: Steve Harvey