FM7 - возрождение культа. О синтезаторе FM7...

FM7 - возрождение культа (О синтезаторе FM7...)
Торакусу Ямаха
Продукция фирмы Yamaha хорошо известна в нашей стране. Но большинство граждан, вероятно, воспринимают эту фирму исключительно как производителя синтезаторов-"самоиграек" и шикарных мотоциклов. Тем не менее, фирма Yamaha, основанная в 1887 году г-ном Торакусу Ямаха (Torakusu Yamaha), имеет вековые традиции в именно области производства профессиональных музыкальных инструментов.

FM7 - возрождение культа (О синтезаторе FM7...)
Торакусу Ямаха


Значительную часть ассортимента продукции фирмы составляет звуковое оборудование класса Hi-End, использующего самые передовые технологии.

Экскурс в прошлое

Перенесемся в 1983 год. Одним из наиболее интересных продуктов того времени стал синтезатор Yamaha DX7. Метод синтеза, используемый в данном инструменте, был разработан профессором Стэндфордского университета Джоном Чоуингом (John Chowning) в 1970 году и получил название FM-синтез (FM - Frequency Modulation - частотная модуляция).

FM7 - возрождение культа (О синтезаторе FM7...)
Yamaha DX7

Попытаюсь в двух словах объяснить суть этого метода. В синтезе участвуют несколько устройств - операторов, которые по своей сути являются генераторами синусоидальной волны с заданной частотой и амплитудой. В зависимости от коммутации операторы могут выступать в роли осцилляторов (генераторов основного тона) или модуляторов (генераторов, модулирующих сигнал осцилляторов). Синусоидальные сигналы осцилляторов модулируются другими синусоидальными сигналами, имеющими другие частоты и амплитуды, складываются с третьими сигналами, уже прошедшими модуляцию. Кроме того, операторы могут содержать обратную связь (выход соединяется со входом). В результате можно получить невероятно богатые электронные тембры… А можно и не получить. Дело вот в чем: в DX7 имеется 6 операторов, которые можно коммутировать между собою 32 способами (алгоритмами). Каждый оператор имеет свои параметры, подбирать которые нужно экспериментально. Программировать такую систему - занятие очень неблагодарное, тем более что интерфейс DX7 нельзя назвать дружественным. Нет никакой гарантии, что синтезированный вами тембр будет иметь художественную ценность. А чтобы "родить" какие-то свои уникальные звуки, нужно потратить массу времени.

В 80 годы XX в. осуществлялась своеобразная гонка за достоверностью синтезированных электронными способами звуков реальных инструментов. И DX7, видимо, был задуман именно как синтезатор звуков реальных инструментов. Однако на практике его звучание было лишь отдаленно похожим на звучание скрипок, гитар, роялей… Впоследствии эта гонка завершилась появлением сэмплеров и синтезаторов физического моделирования. А DX7 оказался интересен музыкантом именно своими электронными тембрами. Можно утверждать, что DX7 стал культовым. Его использовали такие группы и исполнители, как A-Ha, Genesis, Kraftwerk, The Cure, Depeche Mode, Enya, Front 242, Michael Jackson, Deep Purple, U2, Vangelis и др. На сегодняшний день существуют десятки тысяч пресетов (настроек параметров синтеза) для DX7, которые можно скачать в Internet в виде банков системных сообщений (Sysx). Поэтому необходимости в конструировании собственных звуков для DX7 практически не существует. Звучание DX7 сегодня не просто актуально, оно современно! Во многих танцевальных электронных композициях можно услышать DX7. Но, как я уже говорил в одной из предыдущих статей, ценность имеет не столько сам старинный синтезатор со своей устаревшей элементной базой, сколько его звучание. Было выпущено очень большое количество экземпляров DX7 (более 180000). Поэтому даже как раритет DX7 не представляет особой ценности. Но для музыкантов идея иметь тембры DX7 в своем компьютере была всегда заманчивой. Вариант с использованием сэмплера отпадает сразу (хотя бы потому, что нет возможности управлять параметрами FM-синтеза).

День сегодняшний

До недавнего времени существовал один единственный способ получения звука DX7 на PC. Заключался он в приобретении звуковой карты Yamaha SW1000XG (которая сама по себе является мощным тон-генератором) с дополнительной платой (плагином) Yamaha PLG100-DX. Стоимость такого решения составляет что-то около $1000, т. е. дороже, чем б/у DX7. Настоящей революцией стал выход в 2002 программного синтезатора FM7 немецкой фирмы Native Instruments (стоимость лицензионной версии составляет $299). Естественно, требуется еще и компьютер, на котором данная программа будет работать, но мы исходим из того, что он уже имеется.

FM7 - возрождение культа (О синтезаторе FM7...)
Native Instruments FM 7

FM7 очень точно эмулирует звучание DX7 и в то же время обладает достоинствами в сравнении со своим аппаратным прототипом:

Имеет более сложную архитектуру, что позволяет получать неслыханные для DX7 звуки.

Обладает дружественным интерфейсом, удобен при использовании в качестве DXi или VSTi.

Может использоваться как в качестве самостоятельной программы, управляемой по протоколу MIDI, так и в качестве DXi- или VST-плагина;

Качество мониторинга FM7 зависит только от качества ЦАП звуковой карты, а качество аудиотреков с партиями FM7 вообще ни отчего не зависит и является идеальным, поскольку при выполнении операции bounce (или mixdown) цифровой сигнал с выхода плагина копируется непосредственно в звуковой файл, минуя ЦАП-АЦП

FM7 поддерживает банки Sysx с патчами, созданными для аппаратных синтезаторов линейки синтезаторов DX.

Последний пункт очень важен: все тембры, накопленные сообществом пользователей DX7 в течение десятилетий, доступны для обладателей FM7. Но с учетом пункта 1 довольно часто возникает необходимость внесения дополнений в пресеты DX7 с целью задействования новых по сравнению с DX7 возможностей FM7. Кроме того, интерфейс FM7 хоть и дружеский, но абсолютно понятен только для тех, кто имеет опыт работы с DX7. Во время прогулок по всемирной паутине я очень часто натыкаюсь на просьбы (если не мольбы) дать ссылку на описание FM7 на русском языке. До сих пор такого описания не было. Поэтому попытаюсь описать интерфейс FM7 настолько подробно, насколько это возможно в рамках журнальной статьи.

Как работать с FM7?

FM7 может работать не только в качестве плагина, но и как самостоятельная программа. После запуска FM7 выберите в главном меню программы System > MIDI Settings…, в открывшемся окне в списке Available Inports выберите входной MIDI-порт (тот, к которому подключена MIDI-клавиатура). Если драйвер вашей звуковой карты поддерживает ASIO, выберите System > Audio Port > ASIO. Это обеспечит наименьшую задержку между нажатием MIDI-клавиши и началом воспроизведения звука. Командой System > Audio Settings откройте окно, в котором можно выбрать конкретный ASIO-драйвер (если звуковых карт несколько), частоту дискретизации (Clock), размер аудиобуфера (Buffersize). Кнопкой Open Control Panel открывается контрольная панель ASIO-драйвера, содержание которой зависит от модели звуковой карты. Основной параметр здесь - это задержка, с которой аудиоинформация будет передаваться от программы на выходной аудиопорт звуковой карты. Задержка задается в миллисекундах. Например, ASIO-драйвер звуковой карты SB Audigy позволяет реально работать с задержкой от 2 мс (не опечатка!). Для тех, кто не понял, поясню - это очень мало. Виртуальные синтезаторы звуковой карты Pulsar II (стоимость более $1000), основанной на нескольких мощных DSP, работают с задержкой 4 мс. Естественно, для того чтобы программные синтезаторы (FM7 в частности) могли работать с такой задержкой в мультитрековых редакторах, потребуется процессор класса Pentium 4 с частотой 2 ГГц или лучше. Но такой компьютер уже не относится к классу Hi-End и стоит менее $1000. Итак, теперь ваш компьютер вместе с MIDI-клавиатурой и программой FM7 по своей сути является мощнейшим FM-синтезатором, возможности которого значительно превышают возможности дедушки DX7. Кстати, FM7 позволяет использовать в качестве одного из генераторов входной аудиопорт звуковой карты. Если к компьютеру подключен микрофон, то с помощью FM7 можно получить вокодерные эффекты. Командой System > Audio Routing вызывается окно, в котором можно выбрать входной (Audio In) и выходной (Audio Out) аудиопорты.

В верхней части окна FM7 имеется ряд кнопок, нажмите кнопку LIB. Вы увидите список доступных пресетов, объединенных в 4 группы (по 32 пресета в каждой). Играйте на MIDI-клавиатуре и перебирайте пресеты - пробуйте тембры. 128 пресетов мало? Воспользуйтесь кнопкой LOAD - загрузка пресетов из файлов (которых много в Internet) или кнопкой IMPORT SYSEX - загрузка пресетов виде системных сообщений из MIDI- или SYX-файлов. Поддерживаются системные сообщения любых аппаратных синтезаторов аналогов линейки DX (включая грув-машину DX200).

Теперь поговорим немного о программировании FM7. В FM7 имеется 6 одинаковых по своим функциям оператора, которые обозначаются буквами от A до F. При нажатии соответствующих кнопок в группе OPERATOR изменяется вид окна FM7, становятся доступными параметры выбранных операторов.

FM7 - возрождение культа (О синтезаторе FM7...)
Рис. 04. Параметры оператора

В отличие от DX7 операторы FM7 могут генерировать не только синусоидальные сигналы: в поле WAVEFORM выбирается одна из 32 волновых форм. Вообще, FM7 имеет не совсем обычный интерфейс. Например, чтобы выбрать волновую форму, нужно ухватиться за ее номер курсором мыши и перемещать его вверх или вниз. При этом номер будет увеличиваться или уменьшатся, а волновая форма - изменяться. В этом же поле имеется переключатель: в положении KEY SYNC частота генерируемого оператором сигнала будет зависеть от номера нажатой MIDI-клавиши, в положении FREE RUN - не будет.

В группе AMPLITUDE MODULATION задаются коэффициенты влияния различных MIDI-контроллеров на амплитуду генерируемого оператором сигнала.

Частота сигнала, генерируемого оператором, определяется следующим образом: базовая частота, соответствующая ноте, умножается на коэффициент RATIO и к этому значению прибавляется смещение OFFSET, заданное в Гц. Также доступны такие параметры, как общий уровень сигнала (LEVEL), панорама (PAN), чувствительность к скорости нажатия на клавишу (VELOCITY SENSIVITY) и др. С помощью кнопки COPY значения основных параметров оператора копируются в буфер обмена. Затем можно переключиться на другой оператор и воспользоваться кнопкой PASTE (вставить).

В FM7 есть еще несколько специальных операторов, которых не было в DX7: оператор X генерирует искажения и шум, оператор Z является комбинацией управляемых фильтров. Имеется еще один особый оператор IN, который соответствует входному аудиопорту FM7.

Отключение или включение операторов осуществляется с помощью кнопок, расположенных в группе OPERATOR ON/OFF. При редактировании параметров операторов доступна кнопка-переключатель MATRIX/ENVELOPE. Она вызывает специальные графические редакторы.

MATRIX - матрица FM-синтеза. Операторы расположены на диагонали матрицы. Остальные элементы матрицы - коэффициенты, определяющие глубину частотной модуляции одних операторов другими. Для каждого из операторов можно задать еще и коэффициенты обратной связи (т.е. операторы могут модулировать сами себя).

FM7 - возрождение культа (О синтезаторе FM7...)
Матрица FM-синтеза

Нижняя строка матрицы соответствует выходной шине FM7: установив связь между оператором и шиной, вы направляете сигнал с выхода оператора на выход FM7, где он может суммироваться с сигналами других операторов. Это соответствует аддитивному синтезу. Но при этом, естественно, можно создать цепочку из некоторых или всех имеющихся операторов, когда сигналом одного оператора будет модулироваться сигнал другого, сигнал которого, в свою очередь будет модулировать сигнал третьего оператора и т.д. Но и это не последний способ взаимодействия операторов. Вы можете модулировать сигналами последующих операторов сигналы предыдущих операторов. Например, оператор B может модулировать оператор A. Затрудняюсь подсчитать возможное количество комбинаций способов взаимосвязи операторов между собою, но их гораздо больше, чем 32 алгоритма DX7. Матрицу модуляции можно сохранить в виде пресета с заданным именем: кнопка STORE - сохранение, а имя вводится в безымянном поле, расположенном слева от нее. Эта же кнопка по совместительству является и раскрывающимся списком, из которого впоследствии можно будет выбрать сохраненный пресет.

В составе каждого из операторов имеется генератор огибающей (ENVELOPE), формирующий относительно медленно изменяющийся во времени сигнал сложной формы, определенной пользователем. Этот генератор запускается каждый раз, когда происходит нажатие MIDI-клавиши. Для операторов A - F и X с помощью огибающих можно осуществлять управление уровнями выходных сигналов. У оператора Z с помощью огибающей можно управлять частотой среза фильтров (этот параметр общий для обоих фильтров).

FM7 - возрождение культа (О синтезаторе FM7...)
ENVELOPE и KEYSCALING

В поле KEYSCALING имеется график зависимости уровня сигнала (для операторов A - F и X) или частоты среза фильтров (для оператора Z) от номера MIDI-клавиши. Все эти средства позволяют синтезировать сложный и изменяющийся во времени тембр, который к тому же будет варьироваться в зависимости от того, какая MIDI-клавиша нажата.

Управлять во времени можно не только тембром, но и тоном. За управление тоном в FM7 отвечает отдельное устройство, вызываемое нажатием кнопки PITCH. Кроме редактора огибающей, которая управляет высотой тона после нажатия MIDI-клавиши, доступен редактор MICROTUNING (индивидуальная подстройка каждой ноты в октаве), включение и характер портаменто (PORTAMENTO) и другие параметры.

FM7 - возрождение культа (О синтезаторе FM7...)
MICROTUNING

С помощью регулятора ANALOG задается степень "расстроенности", характерной для аналоговых синтезаторов.

Ну и, конечно же, у FM7 имеется LFO - генератор сигнала низкой частоты, который используется для создания эффектов типа частотного вибрато, тремоло, "вау-вау". Причем LFO даже не один, а два, и для каждого из них можно задать разные формы волн, степень влияния на параметры операторов и тон.

FM7 - возрождение культа (О синтезаторе FM7...)
Генераторы сигналов низкой частоты

Кнопкой MOD вызывается матрица модуляции. С ее помощью можно задать степени влияния различных MIDI-контроллеров на параметры операторов и тон.

FM7 - возрождение культа (О синтезаторе FM7...)
Матрица модуляции

Кнопкой MASTER вызывается набор параметров, определяющих общий характер звучания: полифонию, включение/выключение и характер унисона, аналоговый/цифровой характер звучания синтезатора, включение/выключение эффекта и его параметры и др. Тип эффекта задается в другой группе параметров, вызываемой кнопкой EASY. Здесь собраны основные параметры синтеза. Причем пользователь может и не вникать во все тонкости синтеза, чтобы понять, например, что параметр BRIGHTNESS (яркость) влияет на яркость тембра. А от положения регулятора TREMOLO зависит глубина тремоло.

Одна любопытная деталь: в верхней части окна FM7 имеются два поля. В одном (SPECTRUM) отображается спектр синтезируемого сигнала, а в другом - волновая форма (WAVEFORM). Когда вы изменяете какие-либо параметры синтеза, немедленно изменяется и содержимое этих полей.

FM7 - возрождение культа (О синтезаторе FM7...)
Индикаторы спектра и волновой формы

Можно спорить о преимуществах программных синтезаторов перед своими аналоговыми прототипами, но FM7 свой аппаратный прототип превзошел. Для тех, кто не верит, поясню. DX7 - не аналоговый, а полностью цифровой синтезатор: в первоначальном варианте он имел монофонический 12-битный ЦАП. В последующих модификациях синтезатора характеристики были улучшены: 16 бит/стерео. Кроме того, во времена DX7 просто не было элементной базы (мощных DSP), позволяющей улучшить субъективное качество звучания за счет применения психоакустической обработки. Потому DX7 звучит ровно настолько хорошо, насколько это позволяют ему алгоритмы синтеза и качество ЦАП. Что касается FM7, то в нем имеются такие же точно алгоритмы (плюс дополнительные), а на всех стадиях генерации и обработки сигналов применяется их 32-битное представление. Используя данный синтезатор в качестве DXi или VSTi, всегда можно "сбросить" его партию на трек музыкального редактора в формате, обеспечивающим наилучшую точность передачи звукового сигнала (например, 32 бита/96 кГц) без какого-либо промежуточного ЦАП-АЦП.



Полезные ссылки:

www.nativeinstruments.de - сайт производителя FM7 (здесь же имеется demo-версия программы);
Статья "Дочерняя звуковая карта YAMAHA PLG100-DX" Сергея Котова на сайте www.ixbt.com;
www.synthmuseum.com - виртуальный музей старинных синтезаторов;
www.yamaha-europe.com - европейский сайт фирмы Yamaha.


Роман Петелин