История создания и развития электронных синтезаторов. Цифра против аналога

Трех китов синтезаторного бизнеса — Korg, Yamaha и Roland — знает каждый. Однако не меньше преуспели небольшие молодые фирмы вроде Access Music и Novation...

История конфликта

Эксперименты по созданию электронных музыкальных инструментов восходят к 1870-м годам, но только в середине 60-х годов прошлого века в США появились первые коммерчески успешные синтезаторы, созданные Робертом Мугом. К концу того десятилетия многие популярные исполнители (например, Beach Boys и Beatles) уже вовсю использовали такие инструменты. Кроме того, появились музыканты, чьи работы базировалась на электронном звучании (достаточно назвать Жан-Мишеля Жарра), а позже сформировались целые направления популярной электронной музыки (Synthpop/Eurodicso). Во многом благодаря им производство синтезаторов расцвело в конце семидесятых — начале восьмидесятых годов. Тогда же появился первый полифонический (т. е. умеющий воспроизводить одновременно больше одной ноты) инструмент — бессмертный Prophet-5.

Однако, со временем интерес к электронной музыке сошел на нет, производство доступных синтезаторов — тоже, а в результате музыканты новой волны, нахлынувшей в начале девяностых с распространением молодежных танцевальных стилей House и Techno, оказались без современных инструментов. Возобновить изготовление старых моделей производители не могли, хотя бы потому что уже не производились их ключевые компоненты. Начался повальный спрос на подержанные «ретро»-инструменты, и до сих пор многие музыканты скупают раритеты по совсем не бросовым ценам: скажем, легендарный Roland TB-303 сейчас можно встретить за 800–1000 долларов за немидированный вариант.

Ситуация не менялась до 1995 года, когда авантюра мелкой шведской компании Clavia, представившей первый «виртуальный аналоговый» (а попросту — цифровой) синтезатор Nord Lead, переросла в массовое наступление цифры на исконные территории старого доброго аналога. Аппарат использовал принципиально новую идею — цифровую эмуляцию аналогового синтеза.

В этом инструменте классические концепции были совмещены с современными технологиями: вместо аналоговых цепей заработали сигнальные процессоры, «хитро» запрограммированные, чтобы воссоздавать теплоту и красочность звука реальных прототипов. На лицевой панели находилось множество ручек и кнопок, позволяющих в реальном времени управлять настройками — совсем как у аналоговых собратьев. Аппарат имел обновляемую ОС и собственную память, полностью управлялся по MIDI. В настоящее время Clavia производит несколько модификаций Nord Lead (ставшего уже классикой). Самая продвинутая модель этой линейки — Nord Lead 3 — имеет 4-частную мультитимбральность и 20-голосную полифонию с динамическим распределением голосов, плюс множество вкусностей вроде нового типа ЧМ — Sinus Modulation и 10-осцилляторного унисона без уменьшения многоголосия.

Воодушевленные успехами Clavia, многие другие производители выпустили собственные цифровые «игрушки». Среди этих производителей и три кита синтезаторного бизнеса: Korg с монофоническим Prophecy и полифоническим Z 1, Yamaha с AN 1x и Roland с JP8000... Однако, больше преуспели небольшие молодые фирмы вроде Access Music и Novation.

Синтезатор первой с устрашающим названием Virus в модификации C (эта модель в марте) обеспечивает 32-голосную полифонию при 16-частной мультитимбральности, имеет шесть аудио-выходов (24-разряыдные ЦАП), два аудио-входа (18-разрядные АЦП; входной сигнал можно пропустить через фильтры, усилитель и эффект-процессоры). Радует прекрасно продуманный интерфейс с 32 ручками, 35 кнопками и 69 светодиодами. По «аналоговости» звучания инструмент, пожалуй, уступает синтезаторам Clavia, но его обширные возможности (мультитимбральность, полифония, эффекты) и сравнительно низкая цена компенсируют это сполна.

Вторая, начинавшая когда-то с MIDI-клавиатур и TB-303-подобного аналогового синтезатора Bass Station (очень неплохого, кстати), вышла на рынок VA в 1998 году с цифровым аппаратом Supernova (в настоящее время производится Supernova II). Секция эффектов впечатляет: каждая из восьми программ имеет независимую обработку (Distortion, Comb Filter, EQ, Reverb, Chorus/Flanger/Phaser/Ensemble, Delay). С большой степенью уверенности можно считать Supernova лучшим среди всех цифровых инструментов в плане похожести на аналоговые эталоны, а уж что касается эффектов — тут ему равных нет.

Классическая схема синтезатора (мы говорим о самом распространенном, субтрактивном синтезе) такова: простейшие волны — «пила», «пульс», и т.д. — нужного тона генерируется осцилляторами (VCO, voltage controlled oscillator) и смешиваются в микшере, где можно регулировать их относительные уровни. После этого сигнал поступает на вход частотного фильтра (VCF, voltage controlled filter). Фильтр ослабляет некоторые гармоники и усилят другие (работает по принципу эквалайзера). Например, LP-фильтр подавляет частоты выше частоты среза (cutoff) и может усиливать с определенной степенью какой-то диапазон гармоник непосредственно перед срезом (это явление называется резонанс). Оба параметра регулируемы, причем, частота среза может меняться после нажатия клавиши, модулируясь огибающей (envelope, например, ADSR) фильтра. Далее, сигнал идет на усилитель (VCA, voltage controlled amplifier), имеющий собственную огибающую. Тут вырисовывается динамика громкости звука. Кроме того, в цепи обычно присутствуют низкочастотные осцилляторы (LFO, low-frequency oscillator). Они используются для модуляции, например, частоты тона (для вибрато), длины пульса или частоты среза фильтра, чтобы не давать тембру «застаиваться» и заставить его менять окраску во время игры.

Наметанный глаз легко увидит возможность исполнения всего этого в паре тысяч строк программного кода, однако всё гораздо сложнее; математические абстракции, реализованные в полупроводниках не тождественны реализованным в цифре. Рынок программ для PC кишит чуть ли не сотнями таких, с позволения сказать, «синтезаторов», однако, звук, создаваемый ими, по выхолощенности и безжизненности может состязаться с сигналом «занято» в телефонной трубке (за редкими исключениями). Тут два критических момента: осцилляторы и фильтры. Волны аналоговых осцилляторов никогда не бывают такими прямолинейными, как бесхитростные цифровые, в них всегда присутствуют (приятные для слуха) искажения, случайные гармоники. Аналоговые фильтры звучат мягко и открыто, ущербность цифры особенно заметна на свисте при высоких значениях резонанса.

Таким образом, создание «виртуального аналога» — это не просто «тупой» перевод диаграммы в программу, это эмуляция аналоговых цепей на разных стадиях синтеза, то есть задача из области физического моделирования. Здесь требуется серьезное программирование и мощные сигнальные процессоры. К сожалению, не смотря на все потуги производителей цифровых инструментов приблизиться к звуку настоящих аналоговых инструментов, их детища могут звучать похоже, очень похоже, но все-таки не совсем так... Впрочем, это особое «цифровое» звучание имеет своих приверженцев.

Внутреннее программное убранство цифровых синтезаторов схоже, поэтому покажем его только на примере одного, самого нового аппарата — Access Virus С. Для каждого голоса имеется три осциллятора (они могут генерировать пилообразную, пульсовую, треугольную или синусоидальную волны плюс 62 специальных типов волн), субосциллятор и шумовой генератор. Есть ринг-модулятор, возможна жесткая синхронизация осцилляторов и частотная модуляция (FM). Фильтры: два независимых с крутизной среза до 36 дБ на октаву (режимы LP, HP, BP и BR) и возможностью параллельного включения. Две огибающих ADSTR, три LFO с 68 формами волны, модуляционная матрица 27х90, 16 независимых программируемых арпеджиаторов. Ну и, конечно же, эффекты — хорус/фленджер, ревербератор, фейзер и линия задержки, 3-диапазонный эквалайзер на каждую программу, независимые эффекты типа дисторшн.

Из общего ряда выделяется одно перспективное направление, разрабатываемое Clavia и реализованное в синтезаторе Nord Modular, представленном в 1997 году. Этот аппарат не ограничивает пользователя фиксированной архитектурой от разработчиков. Он позволяет собирать по принципу конструктора в специальной компьютерной программе (есть версии для Windows и MacOS) свой инструмент из модулей — осцилляторов, фильтров и прочих. Гибкость потрясающая: в сети можно найти около десятка тысяч (!) пресетов для него, да и никто не мешает пользователю сконструировать сколько угодно собственных синтезаторов. Это наиболее прогрессивная область для цифровых аппаратов, из тех, где аналогу с цифрой пока не сравняться.

В сердце инструмента — четыре сигнальных процессора, обеспечивающих 4-частную мультитимбральность (есть дешевый усеченный вариант синтезатора с одним DSP — 1-тимбральный MicroModular), со специальной дочерней картой к нему можно добавить еще четыре процессора. Вся внутренняя обработка идет в формате 24/96, на четырех аудио-выходах стоят 18-битные ЦАП. На панели (назначение всех управляющих элементов определяется пользователем) — 18 ручек плюс кнопки и текстовый ЖК-экран размером 2х16. Обновляемая операционная система хранится в флэш-памяти, число слотов памяти для пэтчей может доходить до 891 в зависимости от сложности этих пэтчей.

Редактор пэтчей похож на небезызвестный программный синтезатор Reactor от Native Instruments. В распоряжении пользователя имеется 107 модулей — осцилляторы, фильтры, секвенсоры, LFO, генераторы огибающих, эквалайзеры и многое другое. Естественно, из всего этого можно собрать миллионы виртуальных инструментов — каких угодно, что дает широчайшее разнообразие звуков. Можно, например, построить классический синтезатор с тремя осцилляторами, LP4-фильтром, двумя ADSR и LFO, можно сделать FM-пианино, собрать полифонический Prophet, Oberheim, Yamaha, можно создать тысячи и тысячи уникальных синтезаторов. А еще сквозь собранный инструмент можно пропустить любой звук из внешнего источника...

К несчастью, не обошлось без большой ложки дегтя. По одной только Clavia ведомой причине на борту Modular’а нет оперативной памяти. Вообще. То есть, конечно, есть кое-что на чипах DSP, но этого смехотворно мало: хватает максимум на 1/400 секунды, так что о разнообразных задержках, хорусах, реверберациях и прочих подобных эффектах можно смело забыть.

В звуке цифровых инструментов есть нечто, что нельзя получить от аналога — холодный и отстраненный (или жесткий агрессивный) звук. Иногда это бывает полезным. Реальные аналоговые инструменты часто приходится семплировать из-за их малой (а то и вообще никакой) полифонии и отсутствия поддержки MIDI. Они очень капризны (например, осцилляторы расстраиваются при изменении температуры), сильно шумят. Возможности цифры неизмеримо шире (в мультитимбральности, полифонии, эффектах, а особенно в управлении по MIDI и запоминании программ), надежность — выше, цена — приемлемее. Чем, видимо, цифра и завоевала свою нишу.

Тем не менее, не брезгуя дополнять свою коллекцию цифровыми аппаратами, многие музыканты все-таки предпочитают аналог. Почему? Можно долго «рулить» звук на каком-нибудь Nord Lead, производящем очень хорошее впечатление при первом прослушивании, но, хоть обломай все ручки, так и не добиться той пробивной силы и теплоты, которую запросто, играючи выдает, например, несчастный измусоленный Minimoog с тридцатилетним стажем. Еще, у аналоговых инструментов есть своя индивидуальность, это даже различимо на слух, а с годами их звучание меняется, становится еще более «живым».

Многие производители стали объявлять о выходе новых полифонических аналоговых инструментов. К примеру, сравнительно недавно появился прекрасный синтезатор Alesis A6 Andromeda c двумя аналоговыми микросхемами (одна для осцилляторов, вторая — для фильтров), обеспечивающий 16-голосную полифонию. Строго говоря, это цифро-аналоговый синтезатор: огибающие, LFO и эффекты (кроме Distortion), например, все цифровые, устройство работает под управлением процессора Coldfire, имеет обновляемую операционную систему, полностью управляется по MIDI, может сохранять настройки (положения 72 аналоговых ручек и 144 кнопок, в памяти может храниться до 128 пользовательских программ в дополнение к 256 фабричным пресетам), имеет графический ЖК-дисплей (640 на 240 точек). Однако, цена (около 3,5 тыс. долларов), чуть ли не вдвое превышающая среднюю цену цифровых инструментов, заставляет задуматься.

Сейчас, спустя семь лет после появления первого VA можно трезво взглянуть на это явление. Говорить о тотальной победе цифры не приходится (хотя в конце девяностых многие считали, что к тому идет дело), по крайней мере, эпоха сосуществования затянется надолго. В среднем настроение музыкантов такое: клавишники «старой закалки» с самого начала наблюдали за цифровыми инструментами со скептическим любопытством, теперь это любопытство сменилось неприятием. Молодые электронщики, с большим энтузиазмом взявшиеся за «виртуальный аналог», сейчас всё чаще выражают свое разочарование, возвращаясь «к основам» или обращая взор на аналоговые синтезаторы новой волны.

Один музыкант провел такую параллель: в свое время все смотрели фильм «Jurassic Park» и удивлялись «натуральности» динозавров, однако сейчас, по прошествии времени (и с развитием технологии компьютерной анимации), все уже выглядит не столь реалистично.

Пока неясно, станут ли алгоритмы цифровых синтезаторов настолько совершенными, что цифру от аналога отличить на слух станет невозможным. Вроде бы, ничто не мешает производителям совершенствовать и совершенствовать свои продукты, благо DSP с каждым годом всё мощнее. Люди, имеющие контакт с высококлассным и профессиональным звуком, всегда тяготели к аналогу, будь то меломаны или музыканты. Сердца последних захватить приступом цифре не удалось. Посмотрим, получится ли взять измором.