Синтезаторът е клавирен музикален инструмент от групата на електронните инструменти. Той генерира звук по електронен път, използвайки техники като адитивен и субтрактивен синтез, честотна модулация, физическо моделиране или фазово изкривяване. В него са събрани много видове музикални инструменти. Прилича на пиано, но може да звучи като различни видове инструменти (струнни, ударни, духови). Съвременните синтезатори имат запаметени мелодии, които могат да бъдат редактирани (като се качат на компютър) или да се свири успоредно с тях. Съвременните синтезатори позволяват всякакви интерфейси на връзка с други устройства (чрез кабел, USB флаш памет, дискета и т.н.)
Устройство
Синтезаторите създават звук чрез директна манипулация на електрически сигнали (аналогови синтезатори), математическа обработка на дискретни стойности (например софтуерните синтезатори) или чрез комбинация на двата метода. Електрониката за създаване на сигналите е изградена на базата на различни операционни усилватели, генератори на импулси и трептящи кръгове.
Синтезаторите обикновено имат клавиатура, която е най-често срещаният механизъм за контрол на този вид инструменти и поради това те често се считат за клавишни инструменти. Въпреки това взаимодействието на изпълнителя със синтезатора не е задължително да става чрез клавиатура. Съществуват методи за контрол на инструмента, които дори не изискват физически контакт. Също така не е задължително синтезаторът да може да се ползва директно от изпълнителите (например в случай на звуков модул, който се контролира от хардуерен или софтуерен секвенсер). Някои модели имат и дисплей.
Методи за синтез Всички видове звуков синтез са възможни както чрез аналогови, така и чрез цифрови синтезатори, но поради по-силно изразената си математическа специфика някои от тях са много трудно постижими с аналогова техника. Най-популярните методи за синтез на звук са следните:
Субтрактивен синтез Този вид синтез се основава на опростен акустичен модел, при който се прави допускането, че звученето на различни инструменти може да се симулира чрез прост звуков генератор (осцилатор, създаващ наситени с висши хармонични вълнови форми), чийто сигнал се обработва с филтър, моделиращ честотно зависимите загуби и резонансът в тялото на инструмента. Филтрите могат да потискат ниските или високите честоти на входния сигнал или да променят амплитудата на определен диапазон от честотната лента. Комбинацията на различни модулации с физически нереалистичните филтри на аналговите синтезатори е отговорна за т.нар. „класически синтезаторен звук“.
Адитивен синтез Тембърът на всеки един инструмент е съставен от множество хармонични трептения с различни амплитуди, които се променят с течение на времето. Адитивният синтез симулира такива тембри чрез комбинация на множество синусоиди с различни честоти и амплитудни характеристики. Обикновено това се постига чрез банка от осцилатори, настроени на честоти, кратни на основната честота на синтезирания звук. Обичайно всеки осцилатор подлежи на нискочестотна амплитудна модулация чрез генератор на динамична крива, което създава доста реалистичен звук. Този вид синтез поставя различни предизвикателства както пред аналоговата техника (голям брой необходими електрически вериги за осцилаторите), така и пред цифровата (много голям брой необходими изчисления).
Вълново-табличен синтез Тази техника се използва от някои цифрови синтезатори за генерирането на естествено звучащи тембри. Звукът на даден инструмент се семплира (записва) и разпределя на множество кратки семпли, всеки от които представлява един цикъл от вълната. Те могат също така да бъдат изкуствено генерирани чрез математически изчисления. Тези семпли се организират във вълнови таблици, от които се извличат по време на синтезирането, съобразно параметрите на желания краен звук. Чрез последователно или паралелно използване на множество различни семпли от вълновата таблица в рамките на един звук се постига динамично звучене, което може да представи доста точно естествения тембър на симулирания инструмент или да доведе до интересни необичайни тембри.
Този метод на синтез е често срещан при цифровите синтезатори, тъй като поставя малко изисквания пред изчислителните ресурси. Това се дължи на факта, че голяма част от честотните и амплитудните характеристики на синтезираните тембри вече са налице в различните семпли от вълновата таблица. Обикновено вълново-табличният синтез се съчетава с елементи от други методи и включва филтри и разнообразни средства за модулация.
Грануларен синтез Този метод на синтез използва семплирани звуци, но не в тяхната цялост, а само отделни елементи от тях, обикновено в порядъка от 1 до 50 милисекунди. Тези фрагменти се наричат гранули. Множество такива гранули се наслагват една върху друга, като всяка една от тях може да бъде просвирвана с различна скорост, фаза и амплитуда.
Резултатът не представлява прост тон, а звуков колаж, наричан облак. Възможностите за манипулация на този звук се простират отвъд обичайните за другите методи на синтез. Чрез промяна на вълновите форми, динамичните характеристики, продължителността, разположението в стерео пространството и плътността на отделните гранули, могат да се постигнат много различни и динамични звуци.
Честотна модулация Синтезът чрез честотна модулация (FM синтез; от frequency modulation) се постига чрез промяна на честотата на един осцилатор чрез сигнала на друг осцилатор, чиято честота също лежи в аудио диапазона. Като резултат се получава доста сложна вълнова форма със специфична честотна характеристика. Когато между честотите на осцилаторите има хармонична зависимост, т.е. честотите им са кратни на основната честота на целевия звук, се генерират хармонично звучащи тембри. В противен случай звукът е нехармоничен, което от своя страна е удобен начин за синтезиране на перкусионни или дисонантни звуци. Често се използват допълнителни нискочестотни модулации за постигане на по-динамичен звук. Възможно е и използването на повече от два осцилатора. При този случай начините на взаимодействие между тях нарастват експоненциално и възможните тембри могат да бъдат много по-сложни.
Физическо моделиране При физическото моделиране синтезирането на звук се осъществява чрез набор от математически зависимости и алгоритми, които симулират физически източник на звук. Използваните параметри описват физическите свойства на материалите, от които е изработен инструментът, неговата конструкция и механизма на взаимодействие с него (например удряне на струна, затваряне на отвор или клапа и др.).
Например при физическо моделиране на барабан, формулите трябва да описват какво се случва, когато палката влезе в контакт с мембраната на барабана. Свойствата на мембраната (плътност, стегнатост и т.н.), взаимодействието с цилиндричното тяло на барабана и точното местоположение на контакта с палката се използват за описване на движението на мембраната в течение на даден период от време и по този начин описват и звука, който се получава.
Синтезатори, изградени на този принцип, са VL серията на Yamaha (VL1, VL1m, VL7, VL70m) и Korg Prophecy / Z1 и Technics SX-WSA1.
История на синтезаторите
Основните етапи, през които преминава развитието на синтезаторите, могат да бъдат дефинирани съобразно различни принципи, но технологичните средства, използвани за тяхното създаване, са най-интуитивният подход за разграничаване на различните поколения инструменти. В края на XIX в. и началото на XX в. синтезаторите използвали аналогови схеми. С развитието на цифровите процесори и поевтиняването на технологията става рентабилно създаването на цифрови синтезатори, които с течение на времето се превръщат в доста по-различен вид инструменти от аналоговите. В последните години все по-популярни стават софтуерните синтезатори, които представляват компютърни приложения, реализиращи различни видове синтез – от емулация на класически аналогови синтезатори до езотерични похвати, изключително трудни за реализация с други средства.
Видове синтезатори Аналогови синтезатори Аналоговите синтезатори са базирани на аналогови електрически вериги. Звукът, който те създават, се основава изцяло на сигналите генерирани и обработени от синтезатора, т.е. не се използват естествени звуци или записани семпли от външни източници. Характерни компоненти на аналоговите синтезатори са: осцилатори филтри усилватели генератори на динамични криви (EG, Envelope Generator) ниско-честотни осцилатори (LFO, Low Frequency Oscillator) амплитудни модулатори ревербератори секвенсери миксери
Не всички аналогови синтезатори включват тези елементи в своите вериги, а някои притежават и други допълнителни модули.
Инструментът, който се счита за първия аналогов синтезатор, е музикалният телеграф, създаден от Илайша Грей през 1876 г. Този инструмент се появява по времето, когато Грей работи върху своя проект за телефон (независимо от Александър Бел) и представлява по-скоро страничен продукт от явленията, на които изобретателят се натъква по време на работата си. Той установява, че чрез вибрираща електромагнитна верига може да се генерира звук и на практика създава един елементарен осцилатор с фиксирана честота. Музикалният телеграф използвал няколко такива вериги, настроени по начин, който създава тонове с различна височина. Сигналът на инструмента се предавал по телефонна линия, а по-късно Грей създава и опростен модел на високоговорител.
Изобретението на Грей има доста сходен вид със съвременните синтезатори, но следващите модели синтезатори, създадени в началото и средата на XX в., следват доста различна концепция, по-близка до изчислителните машини, отколкото до музикалните инструменти. Много от тях не били предвидени за непосредствено изпълнение на музикални партии. Вместо това те трябвало да бъдат програмирани. Пример за синтезатор от това поколение е руския ANS, създаден от Евгени Мурзин в периода от 1937 до 1957 година. Този синтезатор е базиран на технологията за фото-оптичен запис на звук. Възпроизвеждането на музика с него става чрез сканиране на плака, върху която е нарисувана схема, представляваща опростено спектрално изображение на звука на произведението. Съществува само един синтезатор ANS, който се съхранява в университета „Ломоносов“ в Москва.
Друг ранен синтезатор е RCA Mark II, създаден в общия Център за компютърна музка на Колумбийския и Принстънския унверситет в САЩ през 1957 година. Той също изисква програмиране, но във вид на перфоленти с определен формат.
През 60-те години започва разработването на синтезатори, които имат както сериозни възможности за звуков синтез, така и средства за изпълнение в реално време. Най-разпространената концепция по това време е модулният синтез, при който синтезаторът представлява набор от отделни модули за генериране и обработка на звук. Пътят на сигнала през модулите се определя чрез свързване с кабели на техните входове и изходи. Настройването на тези синтезатори за определен тембър е сложен и продължителен процес, но въпреки това по-прост от похватите, използвани при техните предшественици. Освен това те са значително по-компактни (но все пак доста големи според съвременните разбирания) и доста по-близо до представата за музикален инструмент, който може да намери място в популярната музика. Робърт Муг е човекът, сочен за създател на този вид революционни инструменти. В края на 60-те години модулните синтезатори са вече сензация в музикалните среди и наред с Moog Music се появяват и други компании, които реализират свои разработки – ARP, EMS, Buchla и др.