что такое таблично волновой синтез
Таблично-волновой синтез
Таблично-волновой синтез – метод синтеза звука, основанный на последовательном воспроизведении различных волновых форм, расположенных в специальных таблицах синтезатора.
Таблично-волновой синтез похож на семплерный синтез. Но если в семплерном синтезе используются предварительно записанные семплы, которые впоследствии воспроизводятся при нажатии клавиши, то в таблично-волновом синтезе используются, лишь часть такого семпла – волновая форма (один период колебания).
Синтезаторы основанные на таблично-волновом синтезе включают в себя специальные таблицы (матрицы), в каждую ячейку которых помещается определённая волновая форма. При нажатии клавиши, звук формируется за счёт последовательного объединения различных волновых форм, находящихся в определённых ячейках таблицы. Чаще всего для формирования звука используется стадия удержания (sustain), но для более сложных звуков могут использоваться и другие стадии (атака, спад, восстановление).
Обычно таблицы имеют стандартные типы волн – синус, треугольник, пила, квадрат и специальные. Использование только стандартных типов волн приравнивает этот метод синтеза к аддитивному. А использование специальных волновых форм позволяют значительно расширить палитру звуков.
Стоит отметить, что использование волновых форм, а не целых семплов позволяет значительно снизить нагрузку на оперативную память.
Одним из первых синтезаторов основанных на таблично-волновом синтезе был Wave от компании Palm Products Gmbh. На данный момент существует VST версия данного синтезатора реализованная компанией Waldorf.
Таблично-волновой синтез пользуется огромной популярностью среди производителей. Яркими программными представителями этого метода синтеза являются синтезаторы NI Massive и xfer Serum.
Оба эти синтезатора помимо возможности использования различных волновых форм позволяют изменять звучание с помощью фильтров, огибающих, низкочастотных генераторов волны и прочих эффектов. Serum является более усовершенствованным синтезатором, но и более требовательным к ресурсам компьютера. И Massive, и Serum прекрасно справятся с самыми необычными задачами.
Таблично-волновой синтез в своё время позволил значительно расширить горизонты синтеза, предоставив возможность продюсерам работать с большей палитрой звуков.
СОДЕРЖАНИЕ
Принцип
Путаница с синтезом на основе сэмплов (S&S) и синтезом цифровых волн
S&S (Sample and Synthesis) и Digital Wave Synthesis были основным методом синтеза звука, используемым цифровыми синтезаторами, начиная с середины 80-х годов с такими синтезаторами, как Sequential Circuits Prophet VS, Korg DW6000 / 8000 (DW, что означает Digital Wave), Roland D50 и Korg M1 до современных синтезаторов.
Эблетон обратился к некоторой путанице в статье:
Часто теперь у них есть дисплеи, показывающие в реальном времени трехмерные графики воспроизводимой волновой таблицы с выделенной текущей волновой формой, что является характерной особенностью, характерной для современных синтезаторов волновых таблиц.
Пользовательские волновые таблицы
Создание новых волновых таблиц ранее было сложным процессом, если не поддерживалось специализированными средствами редактирования и (почти) воспроизведением отредактированных волновых таблиц в реальном времени на синтезаторе. Такие редакторы часто требовали использования дополнительных аппаратных устройств, таких как PPG Waveterm, или присутствовали только в дорогих моделях, таких как Waldorf WAVE. Чаще всего предварительно вычисленные волновые таблицы могут быть добавлены через карты памяти или отправлены на синтезатор через MIDI. Сегодня волновые таблицы проще создавать с помощью программного обеспечения и прослушивать непосредственно на компьютере. Поскольку все формы сигналов, используемые в синтезе волновых таблиц, являются периодическими, представления во временной и частотной областях являются точными эквивалентами друг друга, и оба могут использоваться одновременно для определения форм сигналов и таблиц сигналов.
Практическое использование
Синтез поиска по таблице
Волновой/табличный синтез (Wavetable)
Использование зон высоты и интенсивности может служить не только повышению натуральности звучания, но и увеличению количества оперативно используемых тембров, когда различные зоны клавиатуры звучат совершенно различно, и вдобавок тембр меняется на другой в зависимости от силы удара. При желании можно каждой клавише назначить свой собственный семпл, однако количество различных по тембру семплов на одной клавише редко превышает два-три, так как при большем количестве довольно трудно безошибочно извлечь нужный звук.
генератор звука (oscillator), считывающий исходный сампл из памяти и с нужной скоростью выдающий его отсчеты для дальнейшей обработки;
генераторы огибающих (envelope), выдающие кривую определенного вида;
генераторы низкой частоты (LFO), выдающие периодический или шумовой сигнал частотой 0..30 Гц;
управляемый усилитель, усиливающий или ослабляющий громкость сигнала;
управляемый фильтр, усиливающий или ослабляющий определенные области частот сигнала. Наиболее популярен резонансный фильтр со срезом чуть выше частоты резонанса.
По сути, эта структура полностью аналогична классической схеме любого другого синтезатора, за исключением того, что генератор не создает звук сам, а воспроизводит заранее записанный семпл, который, вообще говоря, совершенно необязательно должен быть записан с акустического инструмента. Исходный семпл может быть сформирован другим или этим же синтезатором, получен в звуковом процессоре или по математической формуле (например, треугольник, меандр или пила). Ну и не следует забывать, что все блоки канала на самом деле не существуют в отдельном виде, а имитируются микропрограммой сигнального процессора при помощи математических алгоритмов модуляции, усиления, фильтрации и т.п.
7. Гранулярный синтез (Granular synthesis) – Гранулярный синтез является последовательной генерацией звуковых гранул. Каждая гранула, это ультракороткая частица звука длиной в 10-100 миллисекунд. Звук получается в результате быстрого взаимодействия частоты повторения и частотных составляющих гранул, который далее может быть отфильтрован и сформирован огибающей методами вычитающего синтеза. Гранулами часто управляет Клеточный Автомат, который производит псевдослучайные последовательности. Гранулярный синтез очень сложен в управлении, однако даёт совершенно неожиданные результаты.
Одним из первых реализаций гранулярного синтеза была в программе Ross Bencina AudioMulch, в виде эффекта, а уж потом появилась в виде синтезатора в Ризоне.
Из наиболее известных нам программных инструментов применяемых гранулярный синтез является наверно Аbsynth, а из эффектов Glitch. В аппаратной решении гранулярный синтез можно встретить в рабочей станции Kyma, а так же в приборах обработки звука Eventide. NB: в Reason, начиная с версии 2.5, фигурирует синтезатор Malstrom, комбинирующий волновой и гранулярный принципы.
FAQ: Synthesis и его возможности (2 онлайн)
Phone Cuts
Well-Known Member
Для чего изобретался звуковой синтез? Конечно, в первую очередь его создавали для возможности воспроизведения уже существующих естественных звуков(например: пение птиц, шум моря и ветра, различные скрежеты дверей или звуки шагов, ну и т.д.) и для имитации различных акустических инструментов( например: пианино, орган, скрипка и т.д.), а также для создания совершенно новых, ни на что не похожих звуков. На сегодняшний день мы имеем довольное большое число различных видов(методик) синтеза, которые реализованы в различных синтезаторах. И конечно, в наши дни есть синтезаторы, которые используют сразу несколько видов синтеза, что конечно же даёт огромные возможности для создавания самых разных и необычных звуков. Мы же поговорим пока только о видах синтеза.
Теперь в кратце разберём каждый из них.
Аддитивный синтез(Addictive synthesis)
Самый первый вид синтеза был именно аддитивный, т.е. суммирующий( от слова Additive – суммирующий). Этот
вид синтеза основан на методе сложения волн нескольких генераторов и базируется на Теореме Фурье*.
Есть несколько разновидностей аддитивного синтеза. Одна из них называается Гармонической( гармонический синтез тембра). Это когда в качестве исходных колебаний используют синусоидальные волны с кратными частотами и возможностью регулирования амплитуд отдельных сотовляющих. Другая разновидность аддитивного синтеза – Регистровая. Различие в том, что в данном методе, в качестве исходных колебаний используют более сложные виды волн, такие как пилообразные или прямоугольные.
Первые применения аддитивного синтеза были обнаружены в Церковных органах(третье столетие до н.э.), в которых использовалась настройка труб как звуковых генераторов, гибко подсоедитнённых к одной или нескольким клавиатурам. Передовой идеей звукового синтеза был Telharmonium(1987), в котором использовались диномашины как волновые генераторы. Ну и конечно всем известный орган Хаммонда(1934), в нём использовалась чуть другая электромеханическая схема, которая в последствии стала классической.
Таблично-волновой синтез(Wavetable synthesis)
Таблично-волновой(Т-В) синтез основывается на использовании уже готовых волн записаных в память синтезатора, называемой волновой таблицей. Т.е. в отличии от аддитивного синтеза, где применяются синусоидалдьные гинераторы, в Т-В синтезе приемяются уже готовые волны произвольной формы.
По сути, Таблично-волновой синтез является разновидностью Сэмплинга(о нём чуть позже) и работает следующим образом. Внутри синтезатора находится память (ROM – read memory only), т.е. волновая таблица, куда записаны(оцифрованы) различные волны и/или звуки, разбитые на несколько фрагементов(атака, начальное затухание, фаза и концеове затухание), что кстате позволяет снизить обьём требуемой памяти. Все эти фразы записаны в различных частотах и при различных условиях, т.е. с разной атакой, мягкостью или резкостью удара по клавише, в результате чего мы получаем большой комплект фрагментов одного звука(инструмента). Для воспроизведения коротких звуков, такие фрагменты волн как правило записывают целиком, однако если нам надо воспроизвести длинный по протяжённости звук, то атака и затухание фраз используется без изменений, а средняя(нужная) часть просто циклируется(loop).
Особым достоинством таблично-волнового синтеза конечно же является возможность предельно реалистично иммитировать звучание классических инструментов и простота получения звука. Другим же достоинством этого синтеза является возможность получения огромного количества различных необычных тембров, за счёт использования множества различных волн, количество которых лишь зависит от обьёма памяти синтезатора. Кстате, есть такие, которые дают возможность загружать в себя свои собственные волны/звуки, что ещё больше расширяет спектр возможностей.
Яркие представители таблично-волнового синтеза: Waldorf Wave, Waldorf Wavetable, PPG Wave, Korg-DW-8000, Ensoniq ESQ-1.
Синтез Бизье
Синтез Бизье – это изменение точки управления кривой Бизье. Кривая Бизье формирует единственную форму волны, а синтез происходит за счёт того, что контрольные точки перемещаются за счёт модуляции и соответственно форма волны изменяется. Это соверешнно новая методика разработаная в Англии в университете UWE(University of the West of England, Bristol)
Синтез волновых огибающих(Waveshaping)
Синтез волновых огибающих это методика искажения исходной формы волны используя функцию преобразования.
Синтезатор Casio CZ-101(1985) использовал изменение волновых огибающих, названым синтезов фазовых искажений (Phase Distortion).
Гранулярный синтез(Granular synthsesis)
Гранулярный синтез является последовательной генерацией звуковых гранул. Каждая гранула, это ультра-короткая частица звука длиной в 10-100 миллисекунд. Звук получается в результате быстрого взаимодействия частоты повторения и частотных составляющих гранул, который далее может быть отфильтрован и сформирован огибающей методами вычитающего синтеза. Гранулами часто управляет Клеточный Автомат, который производит псевдослучайные последовательности. Гранулярный синтез очень сложен в управлении, однако даёт совершенно неожиданые результаты.
Одним из первых реализаций гранулярного синтеза была в программе Ross Bencina AudioMulch, в виде эффекта, а уж потом появилась в виде синтезатора в Ризоне.
Из наиболее известных нам программных инструментов применяемых гранулярный синтез является наверно Аbsynth, а из эффектов Glitch. В аппаратной решении гранулярный синтез можно встретить в рабочей станции Kyma, а так же в приборах обработки звука Eventide.
Физическое моделирование(Physical modeling)
Физическое моделирование – это очень сложный вид синтеза, т.к. для имитации даже самых простых инструментов требуются огромные вычислительные методы, где за основу берётся моделирование физических процессов инструмента. Т.е. например при иммитации скрипки будут моделироваться характеристики инструмента определяющие его реальное звучание, такие как: парода дерева, составл лака, геометрические размеры, материал струн, смычка и т.д.
Впервые результат физического моделирования нам показал фирма Yamaha, в ряде синтезаторов VL-1 и VL-7.
Математическое моделирование(Mathematical function modeling)
Одним из разновидностей физического моделирования является математическое моделирование, даже точнее сказать его «внутренностью». Этот вид синтеза вкладывает математические функции, обьединяя их в функциональные блоки, а уже из них создаёт математическиеалгоритмические модели. Другими словами, создаёт волну при помощи простых(синус, косинус, парабола) или сложных(составных) математических формул. В отдельности данны вид синтеза не очень распространён и по большей части может быть применён для иммитации аналогового синтеза с нуля, в случае если конечно хотите контролировать каждый элемент.
Формантный синтез (Formant synthesis)
Формантный синтез так же является частью физического моделирования. За его основу берется принцип формирования человеческой речи, где помимо основного тона и обертонов принято выделять формантную составляющую. Таким образом формируются речевые звуки используя как физическое моделирование, так и аддитивный метод формирования звуков.
Синтез частотной модуляции(FM-synthesis)
FM-синтез представляет собой следующий механизм. Звучание реализуется за счёт последовательной и/или паралельной генерации синусоидальных сигналов, т.е. синтез звука происходит из-за использования нескольких генераторов звуковых частот при их взаимной модуляции. Каждый из таких генераторов в совокупности с управляющей схемой, которая формирует амплитудную огибающую и другие параметры сигнала генератора, называют – оператором. Тембр звука создаёт схема соединения операторов и их параметры(частота, амплитуда и закон их изменения во времени), а максимальное число синтезируемых тембров определяется их количеством(операторов). Различные способы соединения операторов, когда сигналы с выхода одних управляют работой других, называют алгоритмами синтеза. Алгоритмы синтеза могут быть совершенно разными и включать в себя один и более операторов подключённых совершенно с совершенно разными сочитаниями и вариантами обратной связи.
Данный вид синтеза очень активно использовала фирма Yamaha( например в синтезаторах DX), а так же данный FM-синтез использовался в звуковых картах в виде GM-устройств.
Спектральный синтез (Spectral synthesis)
Я надеюсь все видели когда-нгибудь спектрограмму и знают, что это такое. На спектограмме звук нам показан в её графическом представлении, где цвет нам указывает на силу колебаний, а высота и ширина, соответственно на частотную высоту и ось времени. Так вот спектральный синтез даёт возможность генерировать звук с имеющегося изображения(спектрограммы). Данный вид синтеза так же позволяет нам самим рисовать свои частотные полосы, что делает это вид синтеза уникальным в своём роди и раскрывает огромные возможности в звуковом дизайне.
Z-Plane synthesis
Z-plane синтез является уникальной разработкой фирмы E-Mu. Впервые был представлен в звуковом модуле E-mu Systems Morpheus. Работа этого синтеза заключается в следующем: берутся две волновые формы разных инструментов и одна промежуточная для плавного перетекания от первой к второй. Этот метод предусматривает очень сложные алгоритмы фильтрации, но при этом позволяет получить очень интересные новые звуки.
Синтез переменной архитектуры (V.A.R.T. synthesis)
Синтез переменной архитектуры это совершенно уникальный способ, разработаный компанией Kurzweil и он используетсся только в рабочих станциях и сэмплерах этой фирмы(начиная с Kurzweil K2000).
Суть этого синтеза в комбинировании большого количества мощных и разнообразных вычеслений, на базе дсп процессоров. Т.е. по большому счёту, за счёт дсп он эмулирует всяческие разновидности синтезов с возможностью конечно их смешивания, а так же имеет функции сэмплирования. Этот синтез использует открытую архитектуру.
Cинтез передового интегрирования (Advanced Integrated synthesis)
Данный метод был впервые представлен в модели Korg M-1. Он использует сэмплированную атаку и другие волновые формы, которые впоследствии обрабатываются методами вычитающего синтеза, при этом для получения качественно новых звуков дополнительно могут использоваться сложные эффект процессоры.
Ресинтезированный PCM (Resynthesized(RS)-PCM)
Этот вид синтеза основан на анализе сэмплированного звука и его последующего воссоздания аддитивным методом синтеза. Синтез был разработан фирмой Roland.
Сэмплинг (Sample playback)
Сэмплинг работает по принципу воспроизведения готового(записаного) звука, т.е. по сути дела, для воспроизведения использует сэмплированые(записаные) звуковые фрагменты. Для получения звуков разной высоты воспроизведение ускоряется или замедляется; при неизменной скорости выборки применяется расчет промежуточных значений отсчетов (интерполяция). Звуковые фрагменты хранятся в памяти(ROM или RAM) синтезатора и воспроизводятся оттуда.
Данный метод активно используется в сэмплерах и программно-аппаратных синтезаторах, и в звуковых картах.
С помощью сэмплинга теперь у нас есть возможность создавать сложные многослойные звуки(инструменты), состоящие из нескольких сэмплов.
Direct Draw
В ряде синтезаторов используются осцилляторы, генерирующие звуковые волны со стандартными формами (синусоида, прямоугольная, пилообразная и т.п.). В варианте Direct Draw пользователь может самостоятельно рисовать любые формы. Данный метод еще не сильно изучен, хотя уже имеет место в ряде программного обеспечения и дорогих синтезаторах. По сути, нестандартную периодическую форму можно нарисовать в любом звуковом редакторе, и после использовать ее в качестве звукового фрагмента…
* Теорема Фурье гласит, что любое периодическое колебание можно представить в виде суммы синусоидальных колебаний различной частоты и амплитуды.
Предупреждаю сразу, что информация написаная выше это не моё личное мнение, а информация взятая с книжек и/или статей на вебресурсах, я лишь всё это дело собрал воедино и в некоторых местах подредактировал.
Огромная просьба не флудить.
Если есть какие то заметки(добавления) или замечания, просьба излагать внятно с аргументацией подтверждающей правоту ваших утверждений.
Современный таблично-волновой синтез
Использование зон высоты и интенсивности может служить не только повышению натуральности звучания, но и увеличению количества оперативно используемых тембров, когда различные зоны клавиатуры звучат совершенно различно, и вдобавок тембр меняется на другой в зависимости от силы удара. При желании можно каждой клавише назначить свой собственный сампл, однако количество различных по тембру самплов на одной клавише редко превышает два-три, так как при большем количестве довольно трудно безошибочно извлечь нужный звук.
генератор звука (oscillator), считывающий исходный сампл из памяти и с нужной скоростью выдающий его отсчеты для дальнейшей обработки;
генераторы огибающих (envelope), выдающие кривую определенного вида;
генераторы низкой частоты (LFO), выдающие периодический или шумовой сигнал частотой 0..30 Гц;
управляемый усилитель, усиливающий или ослабляющий громкость сигнала;
управляемый фильтр, усиливающий или ослабляющий определенные области частот сигнала. Наиболее популярен резонансный фильтр со срезом чуть выше частоты резонанса.
По сути, эта структура полностью аналогична классической схеме любого другого синтезатора, за исключением того, что генератор не создает звук сам, а воспроизводит заранее записанный сампл, который, вообще говоря, совершенно необязательно должен быть записан с акустического инструмента. Исходный сампл может быть сформирован другим или этим же синтезатором, получен в звуковом процессоре или по математической формуле (например, треугольник, меандр или пила). Ну и не следует забывать, что все блоки канала на самом деле не существуют в отдельном виде, а имитируются микропрограммой сигнального процессора при помощи математических алгоритмов модуляции, усиления, фильтрации и т.п.