Синтезатор — электронный музыкальный инструмент, в котором звук создаётся путём генерации электрических сигналов разной формы в осцилляторах с последующей их комбинацией или искажением. Многие синтезаторы совмещены в одном корпусе с клавиатурой, являясь, таким образом, клавишным музыкальным инструментом.
Типы синтеза В зависимости от способа генерации звуковых волн и их преобразования синтез звука можно классифицировать следующим образом:
Суммирующий Суммирующий (аддитивный) синтез, в котором используется принцип суперпозиции (наложения) нескольких волн простой (обычно синусоидальной) формы с различными частотами и амплитудами. По аналогии с электроорганами эти волны называются регистрами и обозначаются, как 16' (тон на октаву ниже взятого), 8' (исходный тон), 4' (тон на октаву выше взятого) и т. д. (цифра представляет собой длину трубы соответствующего регистра органа в футах). В чистом виде встречается у электроорганов (Hammond, Farfisa) и их цифровых эмуляторов (Korg CX-3, Roland VK-8 и т. д.). Звучание инструмента тем богаче, чем большее количество регистров использовано в конструкции.
Вычитающий Вычитающий (субтрактивный, разностный) синтез, в котором исходная волна произвольной формы изменяет тембральную окраску при прохождении через разнообразные фильтры, генераторы огибающих, процессоры эффектов и т. д. Как подмножество данный тип синтеза широко применяется практически во всех современных моделях синтезаторов.
Операторный
Операторный ( — частотно-модуляционный) синтез, в котором происходит взаимодействие (частотная модуляция и суммирование) нескольких волн простой формы. Каждая волна вместе со своими характеристиками называется оператором, определённая конфигурация операторов составляет алгоритм. Чем большее количество операторов использовано в конструкции синтезатора, тем богаче становится звучание инструмента. Например, популярный по сей день синтезатор Yamaha DX7 (1983 год выпуска) обладает 6 операторами, для коммутирования которых служат 32 различных алгоритма.
Физ
Физический синтез, в котором за счёт использования мощных процессоров производится моделирование реальных физических процессов, протекающих в музыкальных инструментах того или иного типа. Например, для духовых свистковых инструментов типа флейты параметрами будут длина, профиль и диаметр трубы, скорость воздушного потока, материал корпуса; для струнных инструментов — размер корпуса, материал, длина и натяжение струн и т. д. Физический синтез используют такие инструменты, как Yamaha VL-1, Roland V-Piano, Korg OASYS, Alesis Fusion и т. д.
Семплерный Семплерный () синтез — звук генерируется за счёт воспроизведения записанных ранее в память инструмента звуковых фрагментов (семплов). Используется для воспроизведения реальных музыкальных инструментов, человеческого голоса, а также элементарных звуковых волн (синусоидальная, треугольная, или квадратная), генерированных аналоговыми синтезаторами. Дальнейшая обработка звука может происходить субтрактивным или аддитивным методом.
Для повышения реалистичности могут использоваться мультисемплы — несколько десятков отдельных семплов одного и того же инструмента, записанных для отдельных диапазонов нот (key range), в идеале для каждой отдельной ноты, и также для нескольких слоёв громкости (velocity layer) или наложенных слоёв, содержащих дополнительные эффекты (например, резонанс струнной деки пианино, или звук отпускания клавиш клавесина). Этот подход позволяет улучшить реалистичность воспроизведения, избежав аппаратной интерполяции высоты тона, и также реализовать нюансы артикуляции, которые невозможно воспроизвести фильтрами и генераторами огибающих.
Первые семплерные инструменты появились в конце 1970-х — Fairlight CMI, Synclavier компании New England Digital, E-mu Emulator — и представляли собой специализированные музыкальные микрокомпьютеры. Высокая стоимость этих инструментов препятствовала их широкому распространению. С развитием микропроцессорной технологии, появились более доступные модели, такие как Korg M1, Ensoniq SD-1, Yamaha SY99 и другие.
Волновой Волновой () синтез — вариант семплерного синтеза, в котором звук генерируется за счёт воспроизведения последовательности случайных элементарных семплов. Каждый из семплов может принадлежать к одной группе и отличаться незначительно, что позволяет варьировать экспрессивность воспроизведения; также семплы могут радикально отличаться друг от друга, что позволяет создавать необычные тембры.
Гибридный Гибридный синтез, в котором применяется та или иная комбинация различных способов синтеза звука, например «суммирующий + вычитающий», «волновой + вычитающий», «операторный + вычитающий» и т. д. Большинство современных инструментов создаётся именно на основе гибридного синтеза, так как он обладает очень мощными средствами для варьирования тембра в самых широких пределах.
Ре-синтез «Ре-синтез» (), где записанные в память синтезатора реальные волновые формы анализируются при помощи искусственной нейронной сети и преобразуются в цифровые модели с выделением определённого пакета управляемых «характеристик». Каждый модуль подобного синтезатора называется «ресинатором» (resynator). Для управления звуком в реальном времени используется как прямое управление выделенными параметрами одного ресинатора, так и «связывание» между собой пары параметров разных ресинаторов (например, «дыхание» флейтоподобного тембра и вибрато тембра в духе скрипки). Таким образом создаются очень сложные и одновременно легко управляемые тембровые конфигурации. Единственный на сегодняшний день синтезатор подобного типа — .
Виды синтезаторов В зависимости от используемой технологии синтезаторы можно разделить на следующие категории: По принципу работы Аналоговые синтезаторы Реализуют аддитивный и субтрактивный типы синтеза. Главная особенность данной категории заключается в том, что для генерации и обработки звука используются физические процессы, протекающие в электрических цепях. Изменения электрического сигнала, вызываемые этими процессами, после усиления и воспроизведения через наушники или динамики и создают звук. Отдельные электрические цепи, реализующие определённый процесс (например, осциллирование, фильтрацию, модуляцию), часто реализуют в виде самостоятельных модулей. Соединение различных модулей синтезатора производится при помощи специальных кабелей — patch-проводов, отсюда «патч» — обиходное название определённого тембра синтезатора среди музыкантов. Аналоговые синтезаторы могут содержать цифровые компоненты в цепях управления параметрами синтеза. Основные достоинства аналоговых синтезаторов заключаются в том, что все изменения характера звучания во времени, например, движение частоты среза фильтра, происходят исключительно плавно (непрерывно). К недостаткам относятся высокий уровень шума; проблема нестабильности настройки в настоящее время преодолена.
Наивысшего расцвета аналоговые синтезаторы классической архитектуры достигли в конце 1970-х — начале 1980-х гг. Некоторые инструменты той эпохи стали культовыми, к примеру Minimoog Model D, Sequential Circuits Prophet~5, Oberheim OB-8, ARP Quadra, Roland Jupiter-8, Yamaha CS-80.
С середины 2000-х наблюдается возвращение интереса музыкантов к данной категории инструментов. К наиболее известным, используемым в наше время аналоговым синтезаторам относятся: Moog серии Phatty, Dave Smith Instruments Prophet `08, Elektron Analog Four, Arturia Minibrute, Arturia Polybrute 12, Korg Minilogue, Korg MS-20 mini, Behringer Deepmind 12. Продолжают создаваться и выпускаться как новые модели, так и переосмысления инструментов прошлых лет.
Фотоэлектронные синтезаторы К этой разновидности относится первый в мире синтезатор «АНС», сконструированный советским инженером Евгением Мурзиным в 1958 году. В 1959 году Мурзин получил на своё изобретение авторское свидетельство. Он обозначил синтезатор аббревиатурой «АНС» в честь композитора Александра Николаевича Скрябина. Принцип действия фотоэлектронного синтезатора основан на используемом в кинематографе методе оптической записи звука. При оптической записи звуковой сигнал управляет световым потоком, который создаёт на киноплёнке засвеченную полоску переменной ширины или плотности. Для воспроизведения оптической фонограммы используется источник света и фотоэлемент, между которыми протягивается киноплёнка. Изменение яркости светового потока при прохождении через киноплёнку вызывает изменение тока через фотоэлемент. Полученный электрический сигнал усиливается и воспроизводится через громкоговоритель. В синтезаторе АНС данный метод применяется для генерирования звука и записи музыкальной партитуры.
Виртуально-аналоговые синтезаторы Представляют собой цифровые синтезаторы, моделирующие физические процессы генерации звука в электрических схемах традиционных аналоговых синтезаторов при помощи цифровых сигнальных процессоров и программного обеспечения. Также могут называться синтезаторами «физического моделирования». Первые подобные инструменты массово стали появляться в середине 1990-х гг. Наиболее известные среди них: Nord Lead, Yamaha AN1x, Roland JP-8000, Access Virus, Korg Prophecy, Korg MS2000, Korg Microkorg, Novation Supernova, Alesis Micron, Waldorf Blofeld, Studiologic Sledge.
Цифровые синтезаторы Включают в себя собственно цифровые синтезаторы, а также их вариации: виртуальные синтезаторы-плагины/standalone и интерактивные синтезаторы. Они реализуют разнообразные типы синтеза. Для генерации и обработки звука используются математические модели как реальных, так и абстрактных процессов, например, осциллирования, фильтрации, модуляции и т. д. Эти модели реализуются с помощью специализированных логических схем с фиксированным алгоритмом работы, с помощью цифровых сигнальных процессоров, либо с помощью центрального процессора, выполняющего определённую программу. Результат моделирования, представляющий собой числовую последовательность, попадает на цифро-аналоговый преобразователь, где преобразуется в электрический сигнал. Этот сигнал после усиления и воспроизведения через наушники или динамики и создаёт звук. По сути, цифровой синтезатор представляет собой узкоспециализированный компьютер. Наиболее передовые модели современных цифровых синтезаторов (Korg OASYS, Roland Fantom, Yamaha Motif), подобно персональным компьютерам, позволяют обновлять операционную систему, содержат страничные меню, встроенные справочные файлы, скринсейверы и т. д. Виртуальные синтезаторы являются разновидностью цифровых синтезаторов, однако они представляют собой особый вид программного обеспечения. Для создания звука используются центральный процессор и оперативная память персонального компьютера, а для вывода звука на воспроизводящее устройство используется звуковая карта ПК. Виртуальные синтезаторы могут представлять собой как самостоятельные (stand-alone) программные продукты, так и плагины (plug-ins) определённого формата (VST, DXi, RTAS, TDM, LADSPA и т. д.), предназначенные для запуска внутри программы-хоста, обычно многоканального рекордера (Cubase VST, Cakewalk Sonar, Logic Pro, Pro Tools, Ardour, FL Studio и т. д.). Высокая доступность обусловливает растущую популярность виртуальных синтезаторов, в том числе моделей реально существующих инструментов (например, Native Pro53 — эмулятор синтезатора Prophet, Novation V-Station — эмулятор синтезатора Novation K-Station, Korg Legacy — эмуляторы синтезаторов Korg M1, Wavestation, PolySix, MS20 и т. д.).
Синтезаторы с автоаккомпанементом Синтезаторы бывают оснащены встроенными стилями автоматического аккомпанемента, компенсирующего недостатки одиночного музицирования в отсутствие других исполнителей. Возможности такого синтезатора (именуемого на жаргоне «самоиграйкой») в плане создания ансамблевого звучания одним исполнителем более ограниченные, чем у музыкальных рабочих станций и аранжировщиков. Примером синтезатора с автоаккомпанементом может служить советский аналоговый ЭМИ «Лель-0041».
По исполнению По исполнению выделяют: