Глава 02 из 21 Звук, синтезатор, MIDI ≈ 45 мин 7 упражнений
Как синтезатор делает звук
Скрипка и флейта играют одну и ту же ля — и их не спутать. В этой главе вы соберёте синтезатор из шести блоков, по одному за раз, и на каждом шаге услышите, что именно делает звук звуком.
В этой главе
- объяснить, чем звук скрипки отличается от звука флейты на той же ноте
- на слух отличать синус, треугольник, пилу и меандр
- настроить фильтр, огибающую и LFO на любом синтезаторе
- повторить чужой звук по слуху: бас, пэд, щипок, колокольчик
- сохранить свой первый тембр в Тетрадь
Возьмите ноту ля первой октавы — 440 колебаний в секунду. Сыграйте её на скрипке, потом на флейте. Частота одна и та же, громкость можно сделать одинаковой, а спутать их невозможно даже с закрытыми глазами. Значит, нота — это не только частота. В ней есть что-то ещё, и это «что-то» синтезатор умеет строить из ничего.
Эта глава — инструкция к набору «соберите синтезатор сам». Каждый раздел добавляет один блок: генератор, фильтр, огибающую громкости, огибающую фильтра, LFO, портаменто. В каждом разделе есть сам синтезатор — ровно с теми ручками, которые уже собраны, — и отдельный стенд, где видно, что этот блок делает со звуком. Держите руку на клавишах: MIDI-клавиатура, ряд A S D… на компьютере или клавиши в полосе вверху страницы. Наушники сильно помогут: телефонный динамик почти не воспроизводит низы.
Одна нота, разные звуки
В главе 1 струна звучала не одной частотой, а целой стопкой: основной, вдвое выше, втрое, вчетверо. Это обертоны. Они есть у любого музыкального звука, и уху важно, какие из них громкие, а какие тихие. Ниже — орган, где каждый обертон ноты ля (440 Гц) — отдельный столбик. Отметьте «Клавиатура играет этим звуком» или нажмите «Держать ноту», а потом тяните столбики.
Переключите заготовки. «Как флейта» — почти всё в первом столбике, остальные чуть-чуть: звук мягкий и круглый. Так звучит настоящая флейта, особенно когда на ней играют тихо: основной тон у неё намного громче остальных. «Как кларнет» — сильные первый, третий и пятый обертоны и почти пустые чётные. Так звучит низкого регистра кларнета: его трубка, закрытая с одного конца, поддерживает в основном нечётные обертоны, и звук получается «полым», деревянным. «Как скрипка» — все обертоны подряд, и каждый следующий тише предыдущего: второй вдвое тише первого, третий втрое. Звук сразу становится ярким и плотным.
У этого набора столбиков есть имя: спектр. Волна над столбиками — их сумма: разные спектры складываются в волны разной формы, хотя период у всех один и высота одна.
Теперь не трогайте столбики и переключите «Во времени». «Ровно» — звук стоит, как у органа. «Смычок» — звук нарастает за две-три десятых секунды и чуть покачивается по высоте. «Щипок» — удар и затухание, причём верхние обертоны гаснут быстрее нижних: смотрите, как столбики справа тают первыми. Выберите «как скрипка» и «щипок» — получится пиццикато, игра на скрипке щипком. Спектр тот же, а инструмент будто другой.
Звук инструмента — его тембр — складывается из двух вещей: какие обертоны в нём звучат (спектр) и как этот спектр меняется во времени. Скрипка и флейта на одной ноте отличаются и тем и другим.
Вот и ответ на второй вопрос курса. У скрипки смычок тянет струну рывками, она колеблется почти как пила, и в звуке много сильных верхних обертонов; звук нарастает за долю секунды и дрожит вибрато. У флейты почти вся громкость в основном тоне, а звук держится ровно, пока хватает воздуха. Синтезатор ничего не знает о дереве и струнах. Он управляет как раз этими двумя вещами: спектром и временем.
Синтезатор, на котором рисовали спектр
Евгений Мурзин придумал свой инструмент около 1938 года, а построить смог только к 1957–1958‑му. Назвал его АНС — по инициалам Александра Николаевича Скрябина. Звук на АНС не играли на клавишах, а рисовали: композитор процарапывал линии на стеклянной пластине, покрытой непрозрачной мастикой, и каждая точка по вертикали была своей частотой. Получался тот же орган из обертонов, только столбиков сотни и они меняются во времени. На АНС Эдуард Артемьев делал звуки к «Солярису» Тарковского (1972). Единственный сохранившийся экземпляр хранится в Москве, в Музее музыки.
Блок 1: генератор
Рисовать десятки обертонов руками долго. Поэтому у синтезатора первым блоком стоит генератор (осциллятор): он сразу выдаёт готовую волну одной из нескольких форм. У каждой формы волны свой спектр, и он считается точно. Выберите форму и передвиньте ползунок «Обертонов» до единицы, а потом обратно.
Синус — один обертон и больше ничего: самый чистый и самый скучный звук, похожий на гудок в трубке. Треугольник — только нечётные обертоны, и они быстро тают: пятый тише первого в 25 раз. Звук мягкий, чуть флейтовый. Пила — все обертоны подряд, n-й тише первого в n раз: тот самый спектр «как скрипка» из органа выше. Меандр (прямоугольная волна) — только нечётные, как у кларнета, и поэтому похож на него.
Ползунок показывает, что форма волны и спектр — одно и то же. Добавляйте обертоны по одному: из синуса постепенно вырастают углы пилы или ступеньки меандра. Как раскладывать любую волну на синусы, подробно показано в «Рядах Фурье».
Вот генератор синтезатора, пока один. Отметьте «Клавиатура играет этим звуком» и сыграйте что-нибудь, переключая форму волны.
Теперь на слух, без картинки. Синус узнаётся сразу, пилу с меандром путают чаще всего: пила ярче и «жужжит», меандр глуше и «гудит в нос».
Если путаете, загляните в тренажёр «Тембр на слух»: там уровни идут от двух форм к четырём.
Блок 2: фильтр
Генератор даёт четыре звука. Мало. Можно было бы, как на органе из обертонов, складывать звук из синусов — так работает аддитивный синтез, и это трудно: каждый обертон нужно настроить отдельно. Классический синтезатор поступает наоборот. Он берёт волну, где обертонов с избытком, — пилу или меандр — и срезает лишнее. Это субтрактивный синтез, синтез вычитанием: скульптор не лепит, а отсекает.
Отсекает фильтр низких частот. Он пропускает всё, что ниже частоты среза, а всё, что выше, приглушает — и тем сильнее, чем выше. Ниже — пила ля большой октавы (110 Гц): серые столбики — её обертоны, цветные — то, что прошло через фильтр. Тёмная линия — сам фильтр. Нажмите «Держать ноту» и тяните точку.
Срез вниз — звук темнеет, будто его накрыли подушкой. Срез вверх — открывается, появляется «воздух». Нажмите «Прокатить срез»: такой проезд фильтра слышен в огромном числе электронных треков.
Вторая ручка — резонанс. Он поднимает узкую горку прямо у частоты среза: обертоны, попавшие на неё, звучат громче остальных. На маленьком резонансе фильтр просто темнит звук. На большом появляется свист, а при движении среза — характерное «вау», будто звук говорит гласными.
Фильтр этого курса приглушает звук выше среза на 12 дБ на каждую октаву. Знаменитый «лестничный» фильтр Муга — на 24 дБ, он круче и темнее. Резонанс здесь измеряется в децибелах: на сколько фильтр поднимает звук на самой частоте среза. На реальном синтезаторе ручка частоты среза подписана Cutoff или Frequency, резонанс — Resonance, Emphasis или Q.
Генератор выдаёт синус, а вы медленно опускаете частоту среза — сначала далеко сверху, потом всё ближе к ноте. Что вы услышите?
У синуса нет верхних обертонов, срезать нечего. Фильтр начинает работать, только когда подходит к единственной частоте синуса: с резонансом она сперва чуть громче, а когда срез опускается ниже неё, становится тише. Поэтому субтрактивный синтез начинают с пилы или меандра: чтобы было что убирать.
Первое упражнение «повторите звук». Образец — пила через фильтр. Вам даны две ручки: срез и резонанс. Крутите, слушайте, сравнивайте, пока не совпадёт; потом «Проверить». Курс сравнит положения ручек, покажет совпадение в процентах и подскажет, куда крутить.
Блок 3: огибающая громкости
Пока что синтезатор звучит как орган: нажали — звук сразу во всю силу, отпустили — сразу тишина. А в органе из обертонов было видно, что щипок и смычок различаются тем, как звук живёт во времени. За это отвечает третий блок — усилитель, которым управляет огибающая.
У огибающей почти любого синтезатора четыре ручки, по первым буквам английских слов — ADSR:
- атака (Attack) — сколько времени звук поднимается от тишины до максимума после нажатия;
- спад (Decay) — за сколько он опускается от максимума до уровня поддержки;
- поддержка (Sustain) — громкость, на которой звук стоит, пока клавиша нажата. Это уровень, а не время;
- затухание (Release) — за сколько звук исчезает, когда клавишу отпустили.
Нажмите и держите кнопку или любую клавишу. Сплошная точка бежит по кривой: атака, спад, поддержка — и затухание, как только отпустите. Тяните три кружка: первый — длина атаки, второй — длина спада и уровень поддержки, третий — длина затухания. Поддержку можно двигать прямо на звучащей ноте.
Пройдите заготовки и прислушайтесь, на что похож один и тот же генератор. «Орган»: мгновенная атака, поддержка на максимуме, короткое затухание. «Щипок»: мгновенная атака, долгий спад до нуля — звук гаснет, даже если держать клавишу, как у гитары или фортепиано. «Смычок»: атака около трети секунды, звук «вплывает». «Пэд»: атака больше секунды и долгое затухание — подложка, которая тянется за аккордами. «Удар»: всё короче пятой доли секунды.
Чтобы понять огибающую незнакомого звука, нажмите клавишу на секунду и отпустите. Слушайте три момента: как звук начался, что с ним стало, пока держали, и как он кончился. Это и есть A, D+S и R.
Огибающую придумали не сразу. Сначала Дойч попросил Муга, чтобы ноты не включались, как лампочка, а плавно нарастали и гасли. В 1965 году для композитора Владимира Усачевского из Колумбийско-Принстонского центра электронной музыки Муг сделал модуль с четырьмя ручками: время подъёма, время первого спада, уровень поддержки и время последнего спада. Буквы ADSR пришли позже, а четыре ручки остались.
Теперь по слуху: прозвучит фраза, и нужно назвать огибающую. Подсказка — слушайте начало и конец каждой ноты.
И второй звук на повтор — колокольчик. Здесь важны форма волны и огибающая: у колокольчика нет ни атаки, ни поддержки, только удар и долгий звон.
Сила нажатия: громче и ярче
MIDI-клавиатура сообщает синтезатору не только какую клавишу нажали, но и насколько быстро — это сила нажатия, о ней подробно в главе 3. Самое простое — сделать сильную ноту громче. Но у акустических инструментов сила меняет и тембр: если сильнее ударить по клавише рояля, звук станет не только громче, но и ярче, в нём больше верхних обертонов. Молоточек из войлока при сильном ударе становится жёстче и касается струны короче.
Синтезатор повторяет это одной ручкой: сила нажатия приоткрывает фильтр. Нажимайте подушки от pp (очень тихо) до ff (очень громко) или играйте на клавиатуре. Слева спектр последней ноты, справа (на телефоне — ниже) каждая нота точкой: чем сильнее нажатие, тем правее точка и тем выше срез.
Поставьте «Сила → яркость» на ноль и сыграйте те же подушки. Тихие ноты теперь просто тише громких, а окраска у всех одна — и звучит это дёшево, будто кто-то крутит ручку громкости. Когда сила открывает фильтр на 1–2 октавы, игра оживает. На клавиатуре компьютера сила одна на все клавиши, её меняют C и V.
Блок 4: огибающая фильтра
Помните щипок в органе из обертонов: верхние обертоны гасли быстрее нижних. Звук сначала яркий, потом темнеет. Огибающая громкости этого не умеет — она приглушает все обертоны одинаково. Поэтому у синтезатора есть вторая огибающая, которая двигает частоту среза. Огибающая фильтра в момент нажатия открывает фильтр и закрывает его со своим спадом. Ручка «Глубина» говорит, на сколько октав срез поднимется на пике.
Это легче увидеть, чем описать. Ниже спектрограмма: время идёт слева направо, частота — снизу вверх, яркость — громкость. Сыграйте щипок с огибающей фильтра и тот же щипок без неё.
С огибающей у каждой ноты вспыхивает «хвост» вверх, до нескольких килогерц, и тут же гаснет. Без неё — ровная тёмная полоса. «Медленное открытие» — та же огибающая с атакой больше секунды: звук распускается, как цветок на ускоренной съёмке. Спектрограмма показывает всё, что звучит на странице, так что можно играть и на клавиатуре.
Щипок — один из самых частых звуков электронной музыки. Повторите его: здесь четыре ручки, и две из них — новая огибающая.
Блок 5: LFO
Скрипач, держа ноту, покачивает палец на струне, и высота чуть-чуть гуляет вверх и вниз. Это вибрато. У струнников оно обычно около 5–7 колебаний в секунду, а размах — 20–60 центов от нижней точки до верхней, меньше полутона. Без вибрато долгая нота звучит мёртво, как гудок.
В синтезаторе вибрато делает LFO — генератор низкой частоты. Это тот же генератор, только медленный, от долей герца до десятка с небольшим. Его не слышно как звук: он, как рука, крутит другую ручку туда-обратно. Направьте его на высоту — получится вибрато, на срез фильтра — «вау».
«Вибрато скрипки» — 5,5 Гц и ±12 центов, звук сразу теплеет. «Широкое» — ±50 центов, это уже сирена или старая плёнка. «Вау» — LFO на срезе. Покрутите частоту до 10–12 Гц: качание перестаёт быть качанием и превращается в дребезг.
Если у вашей MIDI-клавиатуры есть колесо модуляции, покрутите его: стенд выше слушает его и меняет глубину LFO (о колесе подробнее в главе 3). На многих синтезаторах колесо по умолчанию управляет как раз вибрато, чтобы его можно было добавлять рукой на долгих нотах.
Пэд — звук-подложка: медленная атака, долгое затухание и фильтр, который тихо дышит под LFO. Здесь четыре ручки из трёх разных блоков.
Блок 6: портаменто и второй генератор
Последний блок совсем маленький. Портаменто (Glide) заставляет звук не прыгать на новую ноту, а съезжать к ней. Ручка задаёт время съезда. Поставьте 100–200 мс и сыграйте две далёкие ноты подряд — это фирменный приём соло на синтезаторе.
Здесь же второй генератор. Два генератора, слегка расстроенные друг относительно друга, дают биения — те же, что в главе 1 при настройке: звук «плывёт» и становится шире. Расстройка в 5–10 центов — тёплый хор, в 30–50 — фальшь. Второй генератор на октаву ниже даёт басу вес.
Бас на слух
Финальный экзамен. Бас — это низкая пила или меандр, прикрытый фильтр, резонанс и короткая огибающая фильтра, которая даёт «щелчок» в начале каждой ноты. Пять ручек из трёх блоков. Слушайте образец в наушниках: на телефонном динамике низы почти пропадут.
Не отчаивайтесь, если первая проверка показала 50 %. Звукорежиссёры годами учатся слышать, где кончается срез и начинается резонанс. Подсказки «больше» и «меньше» под ручками говорят направление, и за три-четыре проверки звук обычно сходится.
Ваш звук
Перед вами синтезатор целиком: два генератора, фильтр с огибающей и чувствительностью к силе нажатия, огибающая громкости, LFO, портаменто. Начните с любой заготовки или с чистого листа и сделайте звук, который нравится вам. Когда будет готово, нажмите «Сохранить мой звук» и дайте ему имя.
На любом синтезаторе, от игрушечного до студийного, есть три одинаковые вещи: генератор с формой волны, фильтр со срезом и резонансом и огибающая ADSR. Если вы понимаете эти три блока, вы разберётесь с незнакомым инструментом за пять минут.
Набор положений всех ручек называют патчем — со времён модульных синтезаторов, где звук буквально задавали соединением кабелей. Ваш патч хранится в этом браузере и звучит в Тетради.
Дальше
Теперь вы знаете, почему скрипку не спутать с флейтой: у них разный спектр и разная жизнь во времени. Вы умеете на слух отличать формы волны, понимаете, что делают срез, резонанс, огибающие и LFO, и повторили по слуху пять звуков. Это те ручки, которые есть на любом синтезаторе.
Но синтезатор всё это время слушался клавиатуру. Какую ноту сыграть, насколько сильно, когда отпустить, куда повернуть колесо — всё это приходило к нему сообщениями. Что именно передаёт MIDI-клавиатура, когда вы жмёте клавишу, — в главе 3.