České vysoké učení technické v Praze Fakulta elektrotechnická Katedra počítačů
Bakalářská práce
Virtuální syntezátor ve standardu VST Šimon Rudolf
Vedoucí práce: Ing. Adam Sporka, PhD.
Studijní program: Otevřená informatika Obor: Softwarové systémy
15. května 2012
ii
Poděkování Tímto bych chtěl poděkovat vedoucímu bakalářské práce panu Ing. Adamovi Sporkovi, Ph.D za poskytnuté materiály, rady a podnětné připomínky. Dále bych rád poděkoval své rodině a přítelkyni za jejich lásku, trpělivost a velikou podporu při studiu.
iii
iv
Prohlášení Prohlašuji, že jsem práci vypracoval samostatně a použil jsem pouze podklady uvedené v přiloženém seznamu. Nemám závažný důvod proti užití tohoto školního díla ve smyslu §60 Zákona č. 121/2000 Sb., o právu autorském, o právech souvisejících s právem autorským a o změně některých zákonů (autorský zákon). V Praze dne 15. 5. 2012
……………………………………………..
v
vi
Abstract In this work, I tried to implement my own virtual instrument in the VST standard, which could be practically used in musical composing and performing. The thesis is about software creation of sound, description of significant methods, which are used for the creation of sound in computer, and also their advantages and disadvantages. For each method are selected the most important or historically interesting examples of synthesizers, that uses the method for generating the sound. The result of this work is a program, virtual synthesizer, which meets the VST standard and also the songs that have been created during the testing.
Abstrakt V této práci jsem se snažil co nejlépe implementovat vlastní virtuální hudební nástroj ve standardu VST, který se bude dát prakticky použít. Práce se zabývá softwarovou tvorbou zvuku, popisem významných metod, které se pro tvorbu zvuku v počítač používají a také jejich výhodami a nevýhodami. U každé metody jsou vybrány nejdůležitější nebo historicky zajímavé příklady syntezátorů, které danou metodu pro generování zvuku používají. Výsledkem práce je program,virtuální syntezátor, který splňuje standard VST a také skladby, které vznikly při jeho testování
vii
viii
Obsah 1. Úvod……………………………………………………………………………1 1.1 Motivace…………………………………………………………………….…….2 1.2 Cíle………………………………………………………………………….……..2 1.3 Struktura textu……………………………………………………………….……3
2. Analýza……………………………………………………………………………….4 2.1 Elektromechanika………………………………………………………………...4 2.2 Elektrické obvody………………………………………………………………..7 2.2.1 Elektronka………………………………………………………………...7 2.2.2 Polovodiče………………………………………………………………..9 2.2.3 Číslicové obvody………………………………………………………..10
2.3 Simulace v počítači……………………………………………………………..10 2.3.1 Frekvence……………………………………………………………….12 2.3.2 Amplituda……………………………………………………………….13
2.4 Metody syntézy………………………………………………………………….14 2.4.1 Aditivní syntéza…………………………………………………………14 2.4.2 Subtraktivní syntéza…………………………………………………….17 2.4.3 Modulační syntéza………………………………………………………19 2.4.4 FM syntéza……………………………………………………………...20 2.4.5 Tabulková syntéza………………………………………………………22 2.4.6 Fyzikální modelování…………………………………………………...23 2.4.7 Shrnutí…………………………………………………………………..24
3. Návrh………………………………………………………………………………...26
ix
4. Implementace………………………………………………………………………28
5. Testování……………………………………………………………………………31 5.1 Dotazník…….………………………………………………………………….31 5.2 Výsledky………….……………………………………………………………32 5.3 Shrnutí……………………………………………………………………...…..33
6. Závěr…………………………………………………………………………………34
7. Literatura……………………………………………………………………………36
A. Příloha A: Uživatelská příručka…………………………………………………40
B. Příloha B: Obsah CD……………………………………………..……………….41
x
Seznam obrázků Obr. 1 Voltův sloup ................................................................................................................. 6 Obr. 2 Dioda ............................................................................................................................. 8 Obr. 3 Audion .......................................................................................................................... 8 Obr. 4 Pentoda ......................................................................................................................... 9 Obr. 5 Tranzistor ................................................................................................................... 10 Obr. 6 Integrovaný obvod .................................................................................................... 10 Obr. 7 Číslicový obvod .......................................................................................................... 11 Obr. 8 Vstupní signál ............................................................................................................ 12 Obr. 9 Vzorkovaný signál ..................................................................................................... 12 Obr. 10 Výstupní signál ........................................................................................................ 12 Obr. 11 Příklad aditivní syntézy .......................................................................................... 15 Obr. 12 Tellharmonium ........................................................................................................ 16 Obr. 13 Hammondovy varhany ........................................................................................... 16 Obr. 14 Hammondovy varhany ........................................................................................... 17 Obr. 15 Princip subtraktivní syntézy .................................................................................. 18 Obr. 16 Minimoog ................................................................................................................. 19 Obr. 17 Ensoniq Mirage ....................................................................................................... 19 Obr. 18 Theremin .................................................................................................................. 21 Obr. 19 Příklad FM syntézy ................................................................................................. 21 Obr. 20 Yamaha DX7 ............................................................................................................ 22 Obr. 21 Příklad tabulkové syntézy ...................................................................................... 23 Obr. 22 Korg DW-8000 ......................................................................................................... 24 Obr. 23 Princip fyzikálního modelování ............................................................................. 25 Obr. 24 Pilovitý signál ........................................................................................................... 27 Obr. 25 ADSR obálka ........................................................................................................... 28 Obr. 26 Diagram tříd ............................................................................................................. 31 Obr. 27 Proces generování zvuku ......................................................................................... 31 Obr. 28 Uživatelské rozhraní nástroje Holy Synth ............................................................. 42
xi
xii
Kapitola 1
Úvod Zvuky, které slyšíme, jsou výsledky mechanických vibrací, které vytvářejí tlakové vlny ve vzduchu. Zvuková syntéza znamená vytváření zvuků nějakými elektronickými prostředky. Když jsou poté tyto elektrické signály poslány do reproduktoru, jsou přeměněny na mechanické vibrace, které produkují zvuk. Když řekneme, že je něco syntetické, myslíme tím, že je to náhrada za přírodní látku nebo proces. Podobně můžeme považovat syntezátory za náhradu tradičních hudebních nástrojů nebo jiných fyzických zařízení, které produkují zvuk. Ale také o nich můžeme přemýšlet jako o plnohodnotných hudebních nástrojích, které vytvářejí zvuky, které bychom jinak slyšet nemohli. Oba přístupy jsou možné a správně vytvořený syntezátor by měl umožňovat obojí. Výhodou je, že softwarové prostředky využívané pro imitaci přírodních zvuků jsou stejné jako ty, které se používají k vytváření zvuků nových. Syntetická hudba se začala objevovat v polovině 20. století, kdy se skladatelé a hudebníci snažili hledat nové výrazové prostředky. Samozřejmě k tomu přispělo prohlubování znalostí o elektřině a magnetismu a s ním spojený rozvoj elektrotechniky a elektroniky. Elektřina se nejprve využívala pouze jako zdroj energie pro hudební nástroje, poté jako prostředek pro jejich řízení a ovládání a nakonec i pro samotné generování zvuku. Hudební nástroje a elektřina k sobě ovšem přirozeně patří, protože elektromagnetické síly jsou příčinou mnoha fyzikálních jevů, a tak je elektřina skrytě přítomna i v tradičních hudebních nástrojích. Elektrotechnika, elektromechanika a elektronika, které cíleně využívají vlastnosti elektromagnetismu, dále ovlivnily i konstrukci hudebních nástrojů, kde se poté přítomnost elektřiny ještě zviditelňovala. Časem se proto objevila nová skupina hudebních nástrojů, buď elektromechanických nebo čistě elektronických, které začaly být označovány jako elektrofony. Postupně se staly běžnou součástí orchestrů a jiných hudebních uskupení a v některých hudebních stylech,
1
například u taneční hudby, je dokonce všechen zvuk vytvářen pouze elektronickou cestou bez použití klasických nástrojů. V dnešní době existuje mnoho hudebních syntezátorů, ať už analogových nebo digitálních. Nutno ovšem dodat, že analogové syntezátory jsou vytlačovány digitálními, a to nejen díky své ceně, ale i kvůli tomu, že digitální syntezátor může velmi věrně simulovat činnost analogového. Ale i přesto se můžeme setkat s nadšenci, kteří dávají přednost interakci se skutečným fyzickým nástrojem. Syntezátory se dnes používají ve většině hudebních žánrů od jazzu a blues, přes rock, pop a country až po vážnou hudbu. Jsou tak rozšířené hlavně proto, že to může být celkem levná alternativa za nástroj klasický a je také docela jednoduché vytvořit si syntezátor sám. Nejjednodušší cestou, jak si syntezátor postavit, je si ho naprogramovat. Tato možnost se objevila v 90. letech, kdy se výpočetní výkon mikroprocesorů zvětšil natolik, že bylo možné pro zpracování a generování zvuků v reálném čase využívat osobní počítače. Ty tak začaly nahrazovat mnohé elektronické nástroje a efektové procesory. Na přelomu tisíciletí dosáhly potřebného výkonu i počítače přenosné a mohly se tak začít používat na zpracování, upravování a generování zvuku i na živých vystoupeních a laptop se tak vlastně stal dalším hudebním nástrojem. V některých hudebních směrech se stal běžnou součástí nástrojového obsazení a skoro ve všech se používá pro manipulaci se zvukem a jeho úpravu.
1.1 Motivace Já sám dávám zatím přednost před syntezátory nástrojům klasickým. Již od dětství jsem byl veden k hudbě a vypěstoval jsem si k ní velmi kladný vztah. Učil jsem se na klavír, hraji na saxofon a elektrickou kytaru. Když jsem tedy přemýšlel o zadání bakalářské práce, okamžitě mě napadlo, že bych chtěl zpracovávat téma, které spojuje právě hudbu a informatiku. Volba padla na vytvoření virtuálního syntezátoru, možnost vytvořit si vlastní hudební nástroj mi totiž přišla velice zajímavá a lákavá. Budu se snažit vytvořit nástroj, který by se dal využít v hudebních žánrech, kde je velký důraz kladen na silné melodie tak, aby mohly být díky tomuto nástroji podpořeny a ozvláštněny elektronickým zvukem. Styly jako rock nebo pop tyto rysy jistě vykazují. Sám hraji ve dvou rockových kapelách, kde bychom mohli můj vyrobený nástroj zkusit využít.
2
1.2 Cíle Výstupem mé bakalářské práce bude VSTi plugin, který se bude dát použít v různých DAW (Digital Audio Workstation) systémech. Abych tento plugin mohl vytvořit, budu muset splnit následující dílčí cíle: •
1. cíl – seznámit se se zavedenými postupy v oblasti počítačové práce se zvukem
•
2. cíl – pochopit principy tvorby virtuálních syntezátorů a poté je využít pro vytvoření vlastního nástroje
•
3.cíl – seznámit se s rozhraním MIDI (Musical Instrument Digital Interface), které slouží pro komunikaci hudebních nástrojů s počítačem
•
4. cíl – poznat technologii VST (Virtual Studio Technology) od společnosti Steinberg, která se stala standardem pro tvorbu virtuálních nástrojů a efektů
1.3 Struktura textu •
Ve druhé
kapitole
(Analýza)
se
zmiňuji,
jak
se
vyvíjelo
poznání
v oblasti
elektromechaniky a elektrických obvodů. Jsou uvedeny významné objevy v této oblasti a také příklady využití nových technik ve spojení s hudbou. Dále jsou zde popsány principy, jak se hudba simuluje v počítači. Následuje rešerše významných metod s příklady nástrojů, které jsou použitím dané techniky charakteristické nebo zaznamenaly velký ohlas. •
Třetí kapitola (Návrh) se věnuje návrhu. Je zde tedy více do hloubky rozebráno, co všechno se budu snažit implementovat a vytvořit.
•
Čtvrtá kapitola (Implementace) popisuje vlastní implementaci.
•
V páté kapitole (Testování) se zaměřuji na testování. Je popsáno, jak testování probíhalo a jsou vypsány výsledky a poznatky, které z testování vyplynuly. Dále je zde i posttestový dotazník, který byl spolu s programem součástí celého testování
•
Šestá kapitola (Závěr) shrnuje práci, tedy splnění návrhu a cílů.
•
V sedmé kapitole (Zdroje) jsou vypsány zdroje, ze kterých jsem čerpal.
•
Příloha B je uživatelská příručka.
•
Příloha B je CD, které obsahuje zkompilovanou verzi programu – soubor HolySynth.dll, zdrojové kódy programu jako projekt v prostředí Code::Blocks, elektronickou verzi textu bakalářské práci, dokumentaci k VST SDK, licenční smlouvu k užití technologie VST a skladby, které vznikly při testování.
3
Kapitola 2
Analýza 2.1 Elektromechanika Mezi projevy základních fyzikálních interakcí se řadí elektrické a magnetické jevy. S prohlubováním znalostí o elektřině a magnetismu se začaly jejich specifické vlastnosti využívat v mnoha odvětvích. Elektřina se stala jednou z hlavních forem používané energie a elektronika v mnohém nahradila mechaniku. Je tedy jasné, že se to projevilo i v hudbě při generování, zpracování, nahrávání, přenosu a reprodukci.
Statická elektřina Při objevování a zkoumání vlastností elektřiny byla nejprve ovládnuta statická elektřina, čili elektrický náboj ve statické formě. Ten může být v prostoru rozložen i nerovnoměrně a poté vzniká mezi oblastmi s různým nábojem elektrické napětí. Zjistilo se, že tělesa s opačným nábojem se přitahují a tělesa se stejným se odpuzují. Již v 6. století př.n.l. zaznamenal Řek Tháles z Milétu (asi 624-546 př.n.l.), že třením jantaru vzniká síla, která je schopná přitahovat drobné předměty. Odtud pochází i samotné označení „elektrický“, je odvozeno od řeckého názvu jantaru – elektron. V průběhu času se poznatky o elektrostatických jevech značně rozšířily a začaly se objevovat v mnoha oborech a odvětvích. Výjimkou nebyly ani hudební nástroje. Již v první polovině 18. století začaly elektrostatických jevů využívat první hudební nástroje [1].
4
Denis d’Or Jedním z prvních zaznamenaných pokusů o využití elektřiny v hudebním nástroji je mutační orchestrion, který se také nazývá Denis d’Or, neboli Zlatý Diviš. Ten zkonstruoval kolem roku 1753 český vynálezce hromosvodu, kněz Prokop Diviš (1698-1765). Podle popisu měl nástroj dřevěnou skříň, tři klaviatury, trojí pedálový systém a 790 kovových strun, které byly rozechvívány pomocí jednoho pedálu. Struny měly odlišný elektrický náboj, který byl získáván z Leydenských láhví1, což mělo ovlivnit jejich kmitání a tím i barvu tónu. Denis D’Or byl prý schopen napodobit mnoho zvuků, např. harfu, klavír, fagot, lesní roh, klarinet a další. Bohužel se nástroj do dnešní doby nezachoval, protože se ztratil [1].
Dynamická elektřina Dynamická forma elektřiny, tedy elektrický proud, se objevuje při pohybu elektrických nábojů. Látky, jímž prochází elektrický proud, se nazývají vodiče a tomuto proudu kladou odpor. Známý Ohmův zákon platí pro vztah elektrického proudu, napětí a odporu. Když vodičem protéká proud, vzniká v okolí vodiče magnetické pole. Pokud je vodič umístěn v proměnlivém magnetickém poli, pak je v něm indukován elektrický proud. V roce 1865 zformuloval Jamec Clerk Maxwell zákony, které popisují souvislosti mezi elektřinou a magnetismem a dále vlastnosti elektromagnetického pole. Podle autora jsou nazývány Maxwellovy rovnice. Ač bez znalosti fyzikální podstaty, elektrický proud začali využívat již Římané. Bylo to například v lékařství, kde kolem roku 50 používal lékař Serinonius Largus elektrický proud produkovaný rejnokem, úhořem nebo sumcem při léčení tak, že živočichy pokládal na tělo pacienta. K významnými milníkům v oblasti elektrického proudu můžeme zařadit objev galvanismu, kdy Alessandro Volta (1745-1827) zjistil, že při styku dvou různých kovů vzniká elektrický proud. Tento jev nazval galvanismus podle Luigiho Galvaniho, v jehož pokusech Volta pokračoval. V roce 1799 na tomto principu sestavil z destiček z různých kovů, mezi nimiž byl tvrdý papír nasátý solným roztokem, první galvanickou baterii, později nazývanou Voltův sloup. Vznikl tak první stabilní zdroj stejnosměrného proudu.
1
Leydenská láhev byla vynalezena v roce 1747. Byla to láhev obalena zevnitř i zvenku kovovou fólií a sloužila jako kondenzátor. elektřiny. Po několik dalších desetiletí se používala jako zásobník energie pro další výzkum.
5
Obr. 1 Voltův sloup [11]
Tyto baterie se začaly rychle zdokonalovat a v roce 1866 vytvořil francouzský inženýr George Leclanché (1839-1882) suchý článek, kde jako kladná elektroda slouží slisovaná směs burelu a uhelného prachu a záporná elektroda je zinková. Tento typ suchého článku se užívá dodnes. Dalším důležitým počinem bylo objevení souvislosti mezi magnetickým polem a elektrickým proudem a princip elektromagnetismu dánským fyzikem Hansem Christianem Oerstedem (1777-1851) v roce 1819. První prakticky použitelný elektromagnet vyrobil v roce 1825 britský elektrotechnik William Sturgeon (1783-1850), a to z cívky neizolovaného drátu. Americký vědec Joseph Henry (1797-1878) tuto konstrukci vylepšil, když použil drát izolovaný, a tím mohl vyrobit neobvykle silné elektromagnety. V roce 1835 zkonstruoval Henry také první elektromagnetické relé, díky kterému je možné spínat vysoká napětí a velké proudy tekoucí ovládanými kontakty pomocí relativně malé energie. Poslední významný objev, který bych chtěl zmínit, je objevení elektromagnetické indukce, ke kterému dospěl ve 20. letech 19. století Michael Faraday (1791-1867). V roce 1821 vytvořil také první elektrický motor a o deset let později i dynamo. Ze začátku měly elektromotory a dynama jen velmi malou účinnost. Vývoj šel ale velmi rychle dopředu a jejich účinnost rychle rostla [1].
Galvanická hudba První známé použití elektromagnetismu v hudbě je datuje do roku 1837, kdy americký profesor Charles Grafton Page (1812-1868) při pokusech s magnety a cívkami objevil, že při zapínání a vypínání proudu, který prochází cívkou, se ozývá zvuk, pokud je nedaleko od cívky položen magnet. Je to způsobeno smršťováním a roztahováním jádra cívky v důsledku proměnného magnetického pole, jak správně Page usoudil. Tento jev, který je
6
dnes známý jako magnetostrikce, nazval Galvanická hudba. Tento vědec vyrobil také první elektromagnetický
přerušovač,
který
se
později
zvuku
najdeme
začal
používat
v elektromagnetických oscilátorech a motorech [1].
Helmholtzův zvukový generátor Užití
elektromagnetismu
ke
generování
i
u
Helmholtzova
elektromagnetického zvukového generátoru. Ten v 70. letech 19. století sestrojil německý fyzik Hermann Ludwig Ferdinand von Helmholtz (1821-1894). Tento generátor využíval Helmholtz pouze pro experimenty, nikoli k hudebním účelům. Například prakticky dokázal, že zvuky jsou složeny z několika jednoduchých složek [1].
Fourierova transformace Za zmínku také určitě stojí, že na začátku devatenáctého století francouzský matematik Jean Baptiste Joseph Fourier (1768-1830) ukázal, že periodickou funkci s frekvencí f lze vyjádřit jako součet sinusových složek s frekvencemi f, 2f, 3f, …, amplitudami a0, a1, a2, …, a fázemi φ1, φ 2, φ 3, … Matematická metoda, která řeší určení spektra signálu, byla nazvána Fourierova transformace [1].
Objevy Fouriera a Helmholtze byly poté aplikovány v mnoha oblastech, hlavně fyziky, akustiky a elektroniky.
2.2 Elektronické obvody Dalším důležitým krokem v prohlubování znalostí o elektřině a magnetismu bylo vynalezení elektronek, polovodičových součástek a integrovaných obvodů. Díky nim zaznamenal vývoj elektrotechniky velice rychlý rozvoj, který se samozřejmě brzy projevil i v oblasti produkce elektronických hudebních nástrojů.
2.2.1 Elektronka V roce 1883 se americký vynálezce Thomas Alva Edison (1847-1886) snažil z žárovek odstranit černání, které bylo způsobeno usazováním uhlíku z vlákna žárovky na jejích stěnách. Povedlo se mu to tak, že do vnitřního prostoru skleněné baňky vložil kovový plíšek,
7
který byl spojen s jedním přívodem k vláknu. Přitom zjistil, že pokud je plíšek připojen ke kladnému pólu, probíhá obvodem slabý proud. Příčinu tohoto jevu ale neobjasnil[1].
Dioda Na jeho bádání navázal anglický fyzik John Ambrose Fleming (1849-1945), který v roce 1890 vysvětli tento jev. Fleming navíc přišel na to, že pokud se do tohoto obvodu puštěn střídavý proud, je tento proud usměrněn. Takto vytvořená dioda, čili elektronka se dvěma elektrodami zvanými katoda a anoda, se stala velmi důležitou součástkou pro další elektronické přístroje.
V roce 1906 docílil rakouský fyzik Robert von Lieben (1878-1913) elektromagnetem, který byl umístěný na upravené diodě, ovládání protékajícího proudu. Tímto objevem tak vlastně zkonstruoval první elektronický prvek [1].
Obr. 2 Dioda [12]
Audion
Podobný objev se podařil americkému vynálezci Lee de Forestovi (1873-1961), který ale místo elektromagnetu vložil mezi anodu a katodu diody kovovou mřížku, a tím vytvořil elektronku se třemi elektrodami, čili triodu, kterou nazval Audion. Její efekt byl podobný jako u vynálezu von Liebena. Změnou napětí kovové mřížky bylo možné řídit proud protékající mezi anodou a katodou a také se dala využít k zesilování signálu.
Obr. 3 Audion [13] 8
Tento koncept se stále zlepšoval a v roce 1912 bylo navrženo dvojčinné zapojení zdokonaleného zesilovače tak, že dosahoval mnohem většího výstupného výkonu a nižšího zkreslení. Takovéto zapojení se používá u mnoha elektronkových i polovodičových zesilovačů dodnes [1].
Pentoda
V roce 1926 byla vyrobena pentoda, čili elektronka s pěti elektrodami, která prakticky ukončila vývoj základních typů elektronek. Ty se až do 60. let 20. století staly základními stavebními kameny elektronických zařízení a samozřejmě také hudebních nástrojů. Poté začaly být nahrazovány tranzistory, ale díky svých charakteristickým vlastnostem jako zkreslení se v některých přístrojích používají dodnes [1].
Obr. 4 Pentoda [14]
2.2.2 Polovodiče V roce 1874 objevil německý fyzik Karl Ferdinand Braun (1850-1918), že krystaly sulfidů některých kovů, které jsou umístěné mezi dvěma elektrodami, vedou proud jen jedním směrem. Tak byl objeven zárodek polovodiče. Výzkum šel dále vpřed a v roce 1926 byl sestrojen polovodičový prvek, u něhož byla velikost proudu ovládána intenzitou elektrického pole vytvořeného třetí, izolovanou elektrodou. Byl tak vytvořen první tranzistor řízený elektrickým polem [1].
Tranzistor V roce 1954 Gordon Kidd Teal (1907-2003) vyrobil tranzistor, který využíval místo drahého germania levný křemík a tyto křemíkové tranzistory se začaly vyrábět průmyslově. Křemík je odolnější vůči vyšším teplotám, takže se může dosáhnout vyšších pracovních proudů, napětí,
9
a výkonů. Hlavně proto bylo germanium rychle nahrazeno křemíkem [1]. Nové tranzistory dovolily výrobu složitějších elektronických obvodů při zmenšení jejich rozměrů a spotřeby, zvýšení spolehlivosti a výkonu a zlepšení stability. Tranzistory tak začaly nahrazovat elektronky ve většině elektronických zařízení [2].
Obr. 5 Tranzistor [15]
Integrované obvody Na začátku 50. let se už také objevily první koncepce integrovaných obvodů, čili elektronické zařízení vytvořené jako jeden blok součástek bez propojovacích vodičů. S hromadnou výrobou integrovaných obvodů začala v roce 1961 firma Fairchild. V 60. letech se začaly tyto obvody rozšiřovat do všech elektronických přístrojů, včetně hudebních nástrojů a hudební techniky. Ty se tím ještě zlevnily a zmenšily. Zjednodušení v podobě snížení počtu součástek vedlo ke zvýšení spolehlivosti a složitější obvody vedly ke zvýšení počtu funkcí. Objevily se také první syntezátory, které byly dostupné a spolehlivé a začaly se používat nejen experimentálně, ale i na koncertech [1].
Obr. 6 Integrovaný obvod [16]
10
2.2.3 Číslicové obvody Právě levná a průmyslová výroba integrovaných obvodů, které později obsahovaly i miliony tranzistorů, vytvořila podmínky pro vznik číslicových obvodů. Ty následně opět významně ovlivnily vývoj všech elektronických přístrojů a také umožnily zpracování digitalizovaných analogových signálů. Digitální forma signálů je v drtivé většině případů mnohem efektivnější při zpracování než forma analogová. Lze s ní provádět mnoho operací, které by v případě použití analogových obvodů byly velmi těžko proveditelné nebo úplně nemožné. Digitalizace také významně ovlivnila zpracování zvuku a výrobu nových nástrojů.
Obr. 7 Číslicový obvod [17]
Na začátku 60. let měly obvody pouze několik funkčních bloků, které byly schopny řešit základní logické funkce. Postupem času vznikaly stále složitější obvody mající stovky a tisíce bloků, které byly schopny realizovat stále složitější operace. Na konci 20. století se hromadně vyráběly obvody, které na jednom křemíkovém plátku sdružovaly stovky milionů tranzistorů [1].
2.3 Simulace v počítači Zvukový signál můžeme reprezentovat jako sadu diskrétních hodnot, kdy každou hodnotu dostaneme jako hodnotu amplitudy daného signálu v daném čase a čas mezi jednotlivými vzorky bude konstantní interval. Obr. 8 ukazuje vstupní signál, v tomto případě vlnu sinus. Amplitudu signálu můžeme vzorkovat v pravidelných intervalech, abychom dostali okamžité hodnoty amplitudy, viz Obr. 9, a tyto hodnoty poté ukládat. Tyto uložené vzorky mohou poté pomocí konvertoru z digitálního na analogový signál produkovat různé napětí, které bude řídit zesilovač a reproduktor. Výsledek z tohoto konvertoru je znázorněn na Obr. 10 [3].
11
Obr. 8 Vstupní signál [18]
Obr. 9 Vzorkovaný signál [19]
Obr. 10 Výstupní signál [20]
Reprezentace signálu jako sady vzorků rovnoměrně umístěných v čase je základ pro digitální audio systémy. Jelikož je zvuk reprezentován čísly, počítač si může jednoduše tyto vzorky spočítat přímo, spíše než je vzorkovat z analogového vstupního signálu. Jednoduše řečeno, digitální syntezátor produkuje zvuky generováním sérií vzorků, které reprezentují okamžitou amplitudu signálu za konstantní časový úsek. Tyto vzorky mohou být přímo vypočítány, být vzaty z již nahraných zvuků nebo být mixem těchto dvou způsobů. Dále mohou být tyto vzorky zpracovány různými efekty pomocí přímých výpočtů na těchto vzorcích. Digitální syntezátor tak může vyprodukovat širokou škálu různých zvuků, přírodních i umělých, a je omezen pouze kapacitou počítače a představivostí muzikanta.
12
2.3.1 Frekvence Frekvence je definována jako počet cyklů za sekundu, což se označuje jako Hertz (Hz). Zvuk se stálou frekvencí je považován za tón. Jednotlivé různé tóny se tedy liší podle frekvence. Například tón s dvojnásobně vyšší frekvencí zní lidskému uchu jako tón o oktávu výše. Frekvence základního tónu, kterým je tzv. komorní a, je rovna 440Hz.
Vzorkovací a Nyquistova frekvence Frekvence rovna polovině vzorkovací frekvence je nazývána Nyquistova frekvence nebo limita. Hodnotu vzorkovací frekvence musíme zvolit alespoň dvakrát vyšší než je nejvyšší frekvence, kterou chceme reprodukovat, jinak může začít docházet k tzv. aliasingu. To je jev, který se objevuje, když se spojitá informace převádí na diskrétní. Pokud vzorkovací frekvence tuto podmínku nesplňuje, dochází k překrývání frekvenčních spekter vzorkovaného signálu, a tím ke ztrátě informace. Přiměřený horní limit pro slyšitelné zvuky je 20 000Hz. Ve skutečnosti většina dospělých lidí neslyší mnoho nad 12 000Hz, ale horní limit 20 000Hz je typický pro specifikace audio vybavení a tvoří přijatelné maximum. Jakákoliv vzorkovací frekvence vyšší než 40 000Hz tak bude schopna reprezentovat frekvenční rozsah každého slyšitelného zvuku. Vzorkovací frekvence vyšší než požadované minimum mají ovšem jisté výhody. Pokud převzorkujeme digitální hudební soubor, můžeme změnit frekvenci zvuku. Ale změna frekvence tímto způsobem znamená, že musíme interpolovat, nebo dokonce zahodit některé vzorky. Pokud je zvuk nahraný s minimální vzorkovací frekvencí, může to skončit šumem, zkreslením a špatnou reprezentací vyšších frekvencí. Stejné to může být se signály, které si generujeme sami. Proto může být výhodou mít vyšší vzorkovací frekvenci jak při generování zvuků, tak při tvorbě a čtení hudebních souborů. Stejně důležitá je ale také kompatibilita s existujícím hudebním vybavením a softwarem. Současným standardem je vzorkovací frekvence rovna 44 100Hz , a to jak pro CD audio, tak i pro počítačové hudební soubory [3].
Reprezentace frekvence v počítači Protože se nedají generovat pouze zlomky vzorků, můžeme reprezentovat počet vzorků jako celé číslo (integer). Pokud použijeme 32-bitový integer, můžeme reprezentovat až 231 - 1 vzorků. Při frekvenci 44 100 vzorků za sekundu, což je v dnešní době standard, to bude stačit k reprezentaci 48 695 sekund, tj. přibližně 13,5 hodiny a to nám většinou postačí.
13
2.3.2 Amplituda Amplituda je maximální hodnota periodicky se měnící funkce. Například zvukové vlny ve vzduchu jsou oscilace v atmosférickém tlaku a jejich amplituda je úměrná změně tlaku během jednoho kmitu. Logaritmus mocniny amplitudy je většinou uváděn v decibelech (zn. dB), nulová amplituda je tedy rovna -∞ dB. S amplitudou a intenzitou souvisí hlasitost, která je jednou z důležitých vlastností zvuku. Mocnina amplitudy je úměrná intenzitě zvukové vlny. Čím je amplituda vyšší, tím je zvuk silnější.
Reprezentace amplitudy v počítači Při vybírání reprezentace amplitudy musíme přemýšlet o potřebné přesnosti. Rozsah není pro datový typ kritický, protože ten můžeme vždy normalizovat a jako maximum zvolit 1 a jako minimum –1. Tato normalizace je typická pro reprezentaci periodických signálů a funkcí. Například trigonometrické funkce jsou definovány z hlediska jednotkové kružnice. Nicméně počet bitů, které použijeme k reprezentaci amplitudy, významně ovlivní přesnost hodnot. Pokud máme n bitů, můžeme vyjádřit pouze 2n různých hodnot. Například pokud použijeme 16-bitové slovo, hodnota vzorku může reprezentovat 65 536 různých amplitud. Jelikož je ale amplituda pozitivní i negativní, je omezená na ± 32 767 kroků. Pokud jakákoliv hodnota amplitudy spadne mezi tyto kroky, bude mírně nepřesná. Tato nepřesnost je známá jako kvantovaná chyba a je digitálním ekvivalentem šumu nebo zkreslení v signálu. Čím více bitů použijeme, tím přesněji můžeme amplitudu reprezentovat a do signálu se dostane méně šumu. Proto musíme vybírat velikost slova s ohledem na to, aby to bylo praktické a zároveň omezit šum na přijatelnou úroveň [3].
2.4 Metody syntézy Během vývoje bylo vyvinuto mnoho technik pro syntézu zvuku, každá se svými unikátními výhodami a nevýhodami. V mnoha případech daná technika vznikla přímo z technologie, která byla dostupná v dané době.
14
2.4.1 Aditivní syntéza Princip Aditivní syntéza vytváří komplexní zvuk skládáním více než jednoho signálu. Obvykle, ovšem ne vždy, je každý signál jednoduchý, v tom nejjednodušším případě je jím prostá sinusoida.. N
Výsledný signál se dá vyjádřit vzorcem
f (t ) = ∑ Ak sin(ω k t + ρ k ) , kde Ak je amplituda, ωk k =1
je frekvence a φk je fáze k-té složky tónu při počtu složek roven N [4].
Obr. 11 Příklad aditivní syntézy [21]
Pro aditivní syntézu je charakteristické, že u ní má umělec obrovskou kontrolu nad celým procesem tvorby. Přes všechny klady této metody ale není moc komerčně rozšířená. Nevýhoda konstrukční náročnosti je dnes již sice za použití výkonnější výpočetní techniky pasé, ale i přes to tato metoda neposkytuje dostatečné uspokojení. Velká kontrola nad procesem tvorby tónu s sebou nese také obrovské úsilí potřebné pro dosažení konkrétního cíle. Ten by třeba mohl být dosažen za použití jiné metody pouze změnou jednoho parametru. Také nahodilost a nepředvídatelnost bývá tím nejkreativnějším prvkem [3].
Příklady
Tellharmonium V roce 1897 získal patent na nástroj zvaný Tellharmonium kanadský vynálezce Thaddeus Cahil (1867-1934). Ke generování zvuků používal rotační přerušovače (rhetomy) a později také alternátory a kombinoval jednotlivé složky, čímž vlastně „objevil“ aditivní syntézu. Rotační přerušovače byly tvořeny kovovými válci, které byly umístěné na dvanácti rotujících hřídelích, kde každá rotovala různou rychlostí. Všechny tyto hřídele byly prostřednictvím řemenových převodů poháněny společným motorem.
15
Obr. 12 Tellharmonium [22]
Sedm válců umístěných na společné hřídeli generovalo tóny pro jednu notu v sedmi oktávách. Mícháním různých sinusových harmonických složek bylo poté možno na principu aditivní syntézy generovat různé zvukové barvy [1].
Hammondovy varhany Nejznámějším příkladem využívající tuto syntézu jsou ale určitě Hammondovy varhany. Jejich prototyp postavil v roce 1935 americký vynálezce Laurens Hammond z Evanstonu ve státě Illinois. Důvodem jejich vzniku bylo původně nahradit kostelní píšťalové varhany, ale tento nástroj se časem rozšířil hlavně do jazzu, blues a rocku, kde byly využity jejich specifické zvukové vlastnosti.
Obr. 13 Hammondovy varhany [23]
Zvuk těchto varhan se tvoří pomocí ozubených mechanických tónových kol, která se otáčejí před malými elektromagnetickými snímači. Elektrický signál, který poté tyto kola vytváří, je podobný sinusoidě. Kvůli použití ozubených kol se nedá dosáhnout úplně přesného, rovnoměrně temperovaného ladění, temperovaný půltón je ale dobře aproximován. Varhany mají většinou 91 tónových kol, které jsou umístěné ve dvou řadách a do pohybu jsou
16
uváděna pomocí společné hnací osy, se kterou jsou spojeny ozubenými koly. Průměr tónových kol je necelé 2 palce, čili asi 5 cm, jejich tloušťka je asi 3 mm. Seskupení kol je s ohledem na omezení rušivých přeslechů vytvořeno tak, že jednotlivé skupiny obsahují pouze kola s frekvencemi v oktávových vzdálenostech. Navíc jsou na některých pozicích kvůli vyvážení prázdná místa. Otáčením tónového kola se mění intenzita magnetického pole. Magnetismus je nejsilnější, když se špička ozubeného kola nejblíže k magnetu, analogicky, když je nejdále, je magnetismus nejslabší. Frekvence střídavého proudu, který je při otáčení generován, je závislá na počtu zubů a rychlosti otáčení kola. Aby bylo dosaženo přijatelné rychlosti otáčení jednotlivých kol, jednotlivá kola mají v různých oktávových polohách různé počty zubů. Pro nejnižší tóny jsou použity pouze 2 zuby, pro ty nejvyšší až 192 zubů. Tvar tónových kol je navržen tak, aby byly generovány tóny s přibližně sinusovým průběhem. U některých modelů můžeme najít ještě dalších 48 kol generující tóny s mírně vyššími nebo nižšími frekvencemi, aby se dosáhlo chorusového efektu. Tato kola slouží pouze pro vyšší tóny, kde se tento efekt požaduje. Odchylka od nominální frekvence je 0,4 – 0,8 centu. Můžeme se setkat s koly, která mají dvojitá ozubení, kterým je dosaženo složitějšího výsledného průběhu.
Obr. 14 Hammondovy varhany [24]
V 70. letech se na trhu objevily levnější elektronické nástroje s velkými zvukovými možnostmi, a především kvůli tomu poklesl zájem o drahé a rozměrné varhany s elektromechanickými generátory. V roce 1975 byly vyrobeny poslední varhany Hammond B-3 a na počátku roku 1976 byly dílny, ve kterých byly montovány, uzavřeny. Během 40 let, kdy byly varhany Hammond vyráběny, se prodalo přes 2 miliony kusů [1]. Nejznámějšími hráči na tyto varhany jsou Keith Emerson, John Lord, Ray Manzarek, Billy Preston nebo slovenský hudebník Marián Varga.
17
2.4.2 Subtraktivní syntéza Princip Subtraktivní (rozdílová) metoda je, jak již název napovídá, opakem metody aditivní. Zatímco aditivní metoda tvoří komplexní vlnovou křivku jednoho signálu, subtraktivní metoda začíná s komplexní křivkou a poté tlumí frekvence pomocí filtrování této křivky. Tato metoda tedy potřebuje pouze několik generátorů signálů a filtrů, aby vyprodukovala zvuky podobné těm, které se dají vygenerovat aditivní metodou, která ovšem potřebuje mnoho generátorů signálů. Právě z tohoto důvodu byla subtraktivní metoda tou preferovanou v počátcích návrhů syntezátorů. Softwarový systém syntézy může jednoduše vyprodukovat komplexní vlnovou křivku a filtry, které se poté dají použít v subtraktivní metodě. Protože je ale těžké reprodukovat přírodní zvuk pouze filtrováním, je tato metoda používaná spíše pro generování unikátních elektronických zvuků [5].
Obr. 15 Princip subtraktivní syntézy [25]
Příklady
Minimoog Subtraktivní metodu pro svou práci využívá syntezátor Minimoog, který zkonstruovali na začátku 70. let Robert Moog a Bill Hemsath hlavně pro potřebu rockových a popových muzikantů. Minimoog byl prvním přenosným syntezátorem, který se proslavil hlavně díky své kompaktnosti a jednoduchosti ovládání. Je to monofonní analogový syntezátor, který dokázal ve své době generovat zvuky, které nedokázalo nic jiného napodobit. Futuristický zvuk okouzlil velkou část hudebního světa. I proto v této době začalo vznikat mnoho nových stylů, kde se tento nástroj s oblibou používal. Za nejznámější průkopníky jsou považováni Jean Jacques Perrey, Jean M. Jarre nebo skupina Kraftwerk. Právě díky popularizaci syntezátorů se začala elektronická hudba rozšiřovat a vznikaly žánry jako electro pop, synt pop, house, techno a další [2].
18
Obr. 16 Minimoog [26]
Vzikl dokonce i žánr, kterému se říká Moog music. Jsou to skladby, kde jsou tóny tvořeny pouze za pomoci tohoto syntezátoru. Jednou z nejznámějších písní u nás i ve světě je skladba Popcorn, kterou složil Gershon Kingsley a nejznámější verzi upravil Hot Butter. Zvuků Minimoogu využívalo nebo ještě využívá mnoho známých hudebníků a skupin jako Simon & Garfunkel, Lou Reed, Pink Floyd, ABBA, Michael Jackson nebo U2 [1].
Ensoniq Mirage Dalším nástrojem, který pracuje se subtraktivní syntézou je sampler Ensoniq Mirage, představený firmou Ensoniq v roce 1984. Oproti svým konkurentům byl velmi levný a disponoval mnoha funkcemi a prvky, které se v té době daly najít pouze na drahých nástrojích tohoto druhu. Základem zvuku je osm osmibitových vzorků, které tvoří dvě banky. Standardně je nástroj osmihlasý. Prolínání vzorků se dosáhnout mnoha způsoby, například silou úhozu nebo modulačním kolečkem. Tímto se možnosti Mirage posouvají mnohem výše, zvuk je mnohem živější a roste expresivita hry. Dále signál prochází klasickou analogovou subtraktivní syntézou s filtrem na bázi čipů [6].
Obr. 17 Ensoniq Mirage [27]
19
2.4.3 Modulační syntéza Princip Modulace zahrnuje nepřetržitou variaci jednoho signálu, tzv. nosného signálu, pomocí jiného signálu, zvaného modulátor. Když jsou oba tyto signály ve zvukovém frekvenčním rozsahu, tak se kombinují a produkují součet a rozdíl tónů, které zní podobně jako součet sinusoid. Spektrum, které je výsledkem modulace, může být komplexní jako suma mnoha samostatných sinusových signálů. Změna vztahu amplitudy nebo frekvence jednotlivých signálů nám může vyprodukovat téměř neomezený počet druhů zvuků. Protože tato technika potřebuje pro svou činnost velmi málo generátorů signálů a může produkovat obrovské množství zvuků, bývá velmi často používána jak v analogových, tak i v digitálních syntezátorech. Je ovšem velmi těžké přesně kontrolovat vzájemnou interakci mezi nosným signálem a modulátorem a tradiční syntéza, která je založena na analýze spektra, se těžko přeloží na soubor nosných signálů a modulátorů. Vztah mezi nosným signálem, modulátorem a výsledným spektrem je všechno, jen ne intuitivní. Simulování přírodních zvuků je proto obvykle děláno vylepšováním modulátoru a nosného signálu, dokud není dosaženo přijatelného výsledku. Ovšem schopnost vytvářet velmi zvláštní a nepřirozené zvuky dělá z této metody obzvláště vhodný způsob pro vytváření nových a neobvyklých zvuků. Na této metodě je také založeno několik dalších, např. FM a AM syntéza nebo nelineární syntéza [4].
Příklady
Theremin Na tomto principu funguje jeden velmi zvláštní a v jednom ohledu i jedinečný hudební nástroj. Jmenuje se Theremin a v roce 1920 ho vynalezl ruský vědec Lev Sergejevič Těrmen. Je to první a zatím jediný nástroj, který se ovládá bez dotyku a vlastně vůbec nevypadá jako hudební nástroj. Vytvořil slepou vývojovou větev a takřka v nezměněné podobě se používá dodnes [1]. Základem tohoto nástroje jsou dvě antény a trojice oscilátorů. Dva, z nichž jeden je naladěn na konstantní ultrazvukový tón, jsou určeny pro ovládání frekvence, třetí je určen na ovládání amplitudy. Nástroj se ovládá pouze pohybem paží a dlaní, kdy vzdálenost ruky od antény ovlivňuje vlastnosti zvuku. Pravá ruka ovládá výšku tónu, čili frekvenci a levá ruka jeho sílu, tedy amplitudu. Druhý nekonstantní oscilátor se tím rozlaďuje. Signály z obou
20
oscilátorů jsou poté poslány do směšovače. Elektrické kmity ve slyšitelné oblasti poté vznikají jako zázněj mezi kmity obou oscilátorů, jehož frekvence je rovna rozdílu frekvencí vstupních signálů. Pokud jsou tedy oba oscilátory naladěny na stejnou frekvenci, zázněj zanikne. Signál se dále vede do obvodu, kterým se ovládá amplituda signálu. Ten je řízen třetím oscilátorem spojeným s druhou anténou, která se ovládá třetí paží [2].
Obr. 18 Theremin [28]
2.4.4 FM syntéza (Syntéza frekvenční modulací) Princip Tato syntéza pracuje s digitálně řízenými generátory sinusových vln, kterým se říká operátory. Můžeme je totiž řadit do různých kombinací, kde mohou fungovat zároveň jako oscilátory i modulátory. Základ této techniky spočívá v modulaci jedné vlny druhou, kdy ještě vznikají postranní pásma. Spektrum v signálu je určeno poměrem frekvencí a úrovní jednotlivých vln. Navíc se dá ještě všechno dynamicky měnit v průběhu doznívání tónu. Je patrné, že FM syntéza pracuje na úplně jiném principu než subtraktivní syntéza, která k tlumení frekvencí využívá filtry, tady žádné filtry nejsou. Dá se ovšem říci, že využívá prvky aditivní a modulační syntézy, díky kterým potom vzniká široké spektrum různých neharmonických zvuků, které se poté hojně využívají ke generování perkusivních zvuků [4].
Obr. 19 Příklad FM syntézy [29]
21
Příklady
Yamaha DX7 Tuto metodu vynalezl Dr. John Chowning ze Stanfordské univerzity v Kalifornii, kterou rozpracoval ji už koncem 60. let. Firma Yamaha použila jeho nápad pro konstrukci úplně nového typu syntezátoru. Po několika neúspěšných modelech (GS-1, GS-2, CE-20 a CE-25) přišla firma s modelem DX7. Ten byl na trh uveden v roce 1983 a mohl se těšit ještě větší oblibě ve světě hudebního průmyslu než předtím analogový Minimoog nebo ještě dříve varhany Hammond. Bylo prodáno více jak 170 000 kusů během pouhých pěti let. Byl velmi oblíbený pro své typické zvuky, které vytvořily atmosféru té doby. Na první poslech zněly zvuky z tohoto nástroje živě a přirozeně. Tajemstvím úspěchu bylo právě využití FM syntézy. Dále zde nalezneme MIDI rozhraní v podobě moderních konektorů DIN, označené jako MIDI In, Out a Thru, které bylo přejato z počítačové techniky a sloužilo k sériovému datovému přenosu [7].
Obr. 20 Yamaha DX7 [30]
Klasikou těch let bylo piano Rhodes Mark I, které vážilo asi 60 kg, případně Hohner Clavinet D6 o váze 30 kg a další. Poté však přišla DX7, která uměla velmi věrně napodobit zvuky skoro všech nástrojů této doby a navíc váží pouze něco přes 14 kg. Ve své době nabízela úplně nový zvukový projev, který se stal základním kamenem pro vznik mnoha hitů a vlastně vytvořil atmosféru tehdejší doby, stejně jako v 50. a 60. letech klávesy Hammond. Yamaha DX7 nabízí dva režimy provozu, buď polyfonnní (16 hlasů) anebo monofonní (1 hlas). Zvuky se dají vybírat z vnitřní paměti s kapacitou na 32 zvuků, která se dá ještě externě rozšířit až o dalších 64. K nástroji se dají připojit dva nožní spínače (footswitch a portamento) a dva pedály (modulation a volume). Standardem jsou již dvě kolečka sloužící pro ohýbání tónu a modulaci. Velkou zvláštností je funkce Breath Control, což je dechový
22
ovladač, kterým lze ovládat nasazení tónu jako u foukací harmoniky nebo saxofonu. Právě foukací harmonika je jedním z nejznámějších zvuků tohoto nástroje, dále to je zvuk varhan Hammond, různé smyčcové plochy, dechová sekce a další. Skvělou pověst a respekt si získal nástroj patrně hlavně díky perkusivním zvukům. FM syntéza u DX7 ale nabízí obrovský prostor, existují zde desetitisíce nových zvukových barev [2].
2.4.5 Tabulková (wavetable) syntéza Princip V kontextu této syntézy je wavetable souborem jednocyklových vlnových křivek. Tato technika je někde mezi aditivní a nelineární syntézou. Stejně jako aditivní syntéza kombinuje prvky z této kolekce a vytváří komplexní zvuky. Ovšem přechod mezi jednotlivými křivkami je výsledkem modulace více křivek pomocí neperiodické funkce. Hlavní výhodou této metody je fakt, že dovoluje vytvořit dynamické spektrum pouze s jedním generátorem signálu, který je vytvořen ze souboru fázových integrátorů. Tabulková syntéza se také snadno implementuje, a je tak dobrým doplněním softwarového syntézového systému [3].
Obr. 21 Příklad tabulkové syntézy [31]
Příklady
Korg DW-8000 Nejznámějším zástupcem přístroje využívající tabulkovou syntézu je pravděpodobně syntezátor DW-8000 od firmy Korg, který se začal prodávat na konci roku 1985 spolu se svým kolegou DW-6000. DW-8000 je hybridní digitálně-analogový syntezátor, který je
23
schopen hrát současně až 8 tónů. Na svou dobu neobvyklé bylo právě využití tabulkové syntézy jako základního stavebního kamene pro tvorbu zvuků. Dále zde je digitální delay, který přinesl DW-8000 mnohem větší úspěch než DW-6000, který tento efekt nemá. Zvuky produkované DW-8000 byly vytvářené pomocí systému DWGS (Digital Waveform Generator Systém), který si pro své potřeby vytvořila firma Korg. Skrze tento systém bylo uživateli dostupných 16 digitalizovaných vlnových křivek. DWGS může být vlastně považován za samplovací systém, kde jsou na
čtyřech 256 kB čipech uloženy pouze velmi krátké
a jednoduché vlnové křivky, které jsou poté přehrávány pomocí dvou digitálních oscilátorů a dále zpracovány známou subtraktivní metodou [2].
Obr. 22 Korg DW-8000 [32]
2.4.6 Fyzikální modelování – virtuální akustická syntéza Princip V roce 1993 se na trhu objevuje úplně nová koncepce hudebních nástrojů. Jsou to virtuálně akustické syntezátory od firmy Yamaha, které jsou více než lepší modifikací starých typů. Jsou to zcela odlišné nástroje, které fungují na jiném principu, než je pouze přehrávání nasamplovaných zvuků. Nejprve se u všech nástrojů, které chtěli být napodobeny, zjišťoval způsob tvorby zvuku a všechny jevy, které se při vzniku zvuku objevují. Fyzikální model nástroje potom vznikl jako souhrn všech takto získaných údajů, který vznik tónu u daného nástroje popisují. U dechových nástrojů, jako klarinet nebo saxofon, se zjišťovali vlastnosti materiálu, z něhož je nástroj vyroben, nebo tvar vzduchového sloupce a mnohé další. Ze získaných parametrů je poté virtuálně akustický nástroj schopen v reálném čase vypočítat zvuk, který se velmi podobá zvuku skutečného nástroje. Virtuální akustická syntéza tak vlastně simuluje nástroj, zatímco všechny dosud používané metody simulovaly pouze zvuk. 24
Princip virtuální akustické syntézy tedy vychází přímo z obecného modelu akustického nástroje. Na první pohled se může zdát, že je tato syntéza velmi podobná struktuře subtraktivní syntézy, oproti ní ale klade mnohem větší důraz na buzení tónu prováděného tzv. excitátorem. To znamená, že u virtuální akustické syntézy, stejně jako u hudebního nástroje, je nejdůležitější aktivní generace tónu (EXCITÁTOR), kdežto u subtraktivní syntézy je těžiště v aktivním zpracování signálu.
Obr. 23 Princip fyzikálního modelování [33]
Tento způsob syntézy se považuje za budoucnost ve vývoji elektronických nástrojů. Syntéza totiž vůbec není limitována svojí technologií a také její zvuk je na ní nezávislý, jak je tomu například u subtraktivní syntézy. Velkou výhodou je, že je generovaný zvuk dobře předvídatelný, protože je úzce spjat s přirozeným fyzikálním chápáním okolního světa. Pokud například zvětšíme rozměr rezonátoru, výsledkem bude velmi pravděpodobně hlubší a mohutnější zvuk. Tréninkem se dá samozřejmě tato intuitivnost zlepšit a pro hudebníka je poté mnohem snazší vyjádřit svůj hudební záměr. Dalším z kladů této syntézy je schopnost velmi přesné imitace a zvukové podobnosti. Taková samplovací metoda sice dokáže velmi přesně imitovat zvuk napodobovaného nástroje, ovšem ve spojení větších hudebních celků za virtuální akustickou syntézou výrazně zaostává. Zmíněným fyzikálním modelováním dokážeme imitovat i takové drobné detaily jako jsou dýchání, cvakání kláves a klapek, klouzání prstu po hmatníku nebo přenos rezonance předchozích tónů. Tyto všechny, zdálo by se nechtěné, efekty ovšem zlidšťují elektronické dílo a významně přispívají k přirozenému zvuku. Vyvstává otázka, zda-li je takto dokonalá imitativní schopnost vůbec smysluplná. Proč vlastně používat elektronický model ovládaný takovýmto klonem a ne skutečný nástroj. Odpovědí na ní může určitě být, že je zde obrovský potenciál na tvorbu zcela nových zvuků, které se poté dají velmi snadno kontrolovat [8].
2.4.7 Shrnutí Jakákoliv z těchto běžných technik syntézy se dá použít pro jakoukoliv aplikaci, která byla zmíněna výše. Některé techniky jsou ovšem více vhodné pro danou kategorii než jiné. Například aditivní syntéza obvykle vyžaduje největší množství výpočtů, a proto je více
25
vhodná pro vytváření zvukových stop, které se poté dají využít pro playback spíše než pro živé hraní. Naopak modulační syntéza dokáže vyprodukovat širokou škálu různých zvuků při relativně malém počtu výpočtů a pracuje dobře jak pro předem nahrané zvuky, tak pro živá vystoupení. Subtraktivní syntéza, společně s wavetable a granulární syntézou a dalšími podobnými technikami, je vhodná pro vytváření výrazně umělých zvuků a i přes to, že může simulovat i přirozené zvuky, se mnohem více hodí právě pro tvorbu nových zvuků
26
Kapitola 3
Návrh Ve své bakalářské práci jsem se rozhodl vytvořit virtuální syntezátor ve standardu VST. Firma Steinberg, která tento standard vytvořila, nabízí a doporučuje k vývoji VST pluginů sadu nástrojů nazývanou VST SDK (Virtual Studio Technology Software Developement Kit), která je pro začínající vývojáře určitě nejjednodušším řešením. Poslední verze 2.4 nabízí mnoho tříd, které usnadňují vývoj, a také ukázky již vytvořených projektů. Tato verze je stejně jako verze předchozí napsána v jazyce C++. Celý projekt budu implementovat v prostředí Code::Blocks. Pro generování zvuku zvolím signál pilovitého tvaru, a to hlavně z toho důvodu, že barva takového zvuku je poté ostrá a výrazná. Zvuk je výrazný a dobře se v doprovodu prosadí. To je přesně to, co sólový nástroj, který chci vytvořit, potřebuje.
Obr. 24 Pilovitý signál [34]
Od svého nástroje očekávám, že bude znít elektronicky. Nechci imitovat nějaké skutečné nástroje, chci vytvořit nástroj, který bude svým zvukem co nejvíce charakteristický. Syntezátor bude monofonní a bude mít několik nastavitelných parametrů. Bude to nastavení celkové hlasitosti, nastavení hlasitosti zvlášť levého a zvlášť pravého kanálu a dále možnost měnit frekvenci opět zvlášť levého a pravého kanálu.
27
Také vytvořím čtyři parametry, které budou ovládat obálku tónu, tzv. ADSR (Attack, Decay, Sustain, Release) obálku. To proto, že bez této obálky by zvuk zněl příliš nepřirozeně a chci dát možnost uživateli kontrolovat průběh tónu od začátku do konce.
Obr. 25 ADSR obálka [35]
Nakonec naimplementuji i dva základní zvukové efekty, a to delay (ozvěna) a reverb (dozvuk), a ke každému několik volitelných parametrů, které budou daný efekt ovlivňovat. Delay je efekt, který zaznamenává vstupní signál a s jistým časovým zpožděním ho poté opět reprodukuje na výstup. Já ho naimplementuji i s doplněním o zpětnou vazbu, kde část výstupního signálu bude přivedena opět na vstup přičemž dosáhnu mnohonásobného opakování původního signálu s klesající hlasitostí. Reverb je efekt velmi podobný efektu delay, a proto ho budu implementovat za jeho pomoci. Jediný rozdíl bude, že časové zpoždění bude mnohem menší. Lidský sluch je totiž schopen rozpoznat mnohonásobné opakování nějakého stejného signálu jen do určité frekvence tohoto opakování. Pokud je tato frekvence nižší a při každém opakování je signál slabší, bude sluch tento efekt vnímat právě jako doznívání daného signálu. Předpokládám, že nástroj bude využíván hlavně jako sólový nástroj, kdy může ozvláštnit zvuk a nebo může podpořit zpěvovou linku. Využití v elektronické hudbě je asi nasnadě, ale já budu vytvářet nástroj tak, aby ho bylo možné dobře využít v rockové a popové hudbě, tedy žánrech, kde je kladen veliký důraz na melodie, které by mohly být právě mým syntezátorem podpořeny.
28
Kapitola 4
Implementace Jako základ své implementace virtuálního syntezátoru jsem použil třídu VstXSynth která je potomkem třídy AudioEffectX a je součástí VST SDK. V této třídě můžeme naleznout mnoho procedur, ty nejdůležitější zde popíšu.
Vlastnosti nástroje V konstruktoru třídy VstXSynth můžeme nastavit, kolik bude mít nástroj vstupů a výstupů skrze metody setNumInputs a
setNumOutputs, jedinečný čtyřznakový identifikátor
prostřednictvím metody setUniqueID, nebo můžeme programu nastavit příznak isSynth, podle kterého poté hostitelský program pozná, že se jedná o VST nástroj a ne pouze o efekt. Dále jsou zde metody, skrze které můžeme nastavit informace o vytvořeném nástroji. Jsou to metody getProductString pro nastavení názvu, getVendorString pro nastavení prodejce nebo metoda getEffectName, která slouží pro nastavení jména vytvořeného efektu. Metodou canDo můžeme definovat schopnosti pluginu. Nejdůležitějšími z nich jsou sendVstEvents a sendVstMidiEvent, kterými se říká, že plugin může odesílat VST události a receiveVstEvents a receiveVstMidiEvent, které analogicky slouží k přijímání VST události. Podpora práce s MIDI událostmi je součástí specifikace technologie VST od verze 2.0.
Nastavení parametrů Další skupinou metod, které tato třída poskytuje, jsou metody, prostřednictvím kterých se dají ovládat vlastnosti parametrů, které chceme vytvořit. Metoda getParameterLabel slouží k nastavení jednotek jednotlivých parametrů, například dB pro hlasitost nebo Hz pro frekvenci.
Můžeme
samozřejmě
použít
jakýkoliv
řetězec
znaků.
Metodou
getParameterDisplay může ovlivnit, v jakých intervalech se budou hodnoty parametrů pohybovat. Na nastavení intervalu pro hlasitost je využita metoda dB2string, která interval
29
nastavuje na (-∞ , 0). Pro nastavení frekvence se používá metoda float2string, ta nastavuje interval na (0 , 1). Další metodou je getParameterName, ve které nám je umožněno pojmenovat si jednotlivé parametry. Metody getParameter a setParameter zprostředkovávají komunikaci uživatele s nástrojem. Tyto metody jsou volány vždy, když uživatel mění hodnoty parametrů.
Generování zvuku Pro generování zvuku jsou důležité 2 metody. První z nich je metoda processEvents, která obsluhuje příchozí MIDI zprávy. Argumentem této metody je proměnná typu VstEvent, která v položce midiData obsahuje údaje o přijaté zprávě, a to informaci o typu MIDI zprávy (status), použitý kanál (channel) a poté datové byty (data bytes) [9]. Důležitým prvkem je také položka deltaFrames, která obsahuje informaci o relativním posunutí zprávy v čase. Nejdůležitější metodou je metoda processReplacing, kde probíhá samotné generování zvuku. Tato metoda reaguje na příznak noteIsOn, tzn. pokud je stisknuta klávesa, metoda začne podle nastavených parametrů generovat daný zvuk.
ADSR obálka Pro generování ADSR obálky jsem si vytvořil vlastní třídu EnvGen. Ta podle nastavení uživatele generuje obálku, která má jeden attack, decay, sustain i release. K tomu slouží 2 metody. První z nich je metoda initEG, kde se nastavují potřebné parametry, které zadal uživatel, čili délka jednotlivých úseků. Druhou metodou je metoda gen, která se stará o řízení průběhu a vrací hlasitost podle toho, v jakém úseku se zrovna tón nachází. Tato metoda je volána v metodě processReplacing ve třídě VstXSynth [10].
Delay a reverb Pro efekt ozvěny (delay) a dozvuku (reverb) jsem si vytvořil také vlastní třídy. Pro delay je to třída DelayLine, pro reverb je to třída Reverb, která je potomkem třídy DelayLine. Tyto efekty jsou si totiž principiálně velmi blízké a většinou neexistují jeden bez druhého. Třída DelayLine pracuje s jedním bufferem, do kterého si pomocí metody setIn ukládá jednotlivé vzorky, pomocí metody getOut je poté opět získává. Metoda initDL slouží, jak název napovídá, k inicializaci používaných hodnot, které si může nastavit uživatel. K samotnému generování je poté určeně metoda sample, která skrz výše uvedené metody ukládá právě zpracovávaný vzorek, a vrací již zpracovaný vzorek.
30
Třída Reverb obsahuje pouze 2 metody. Je to metoda initReverb, která, stejně jako předchozí, nastavuje potřebné hodnoty v závislosti na požadavcích uživatele. Uvnitř této metody se volá metoda initDL, pomocí které se alokuje potřebný buffer a další potřebné parametry. Druhá metoda sample opět zprostředkovává uložení vzorku, který je nejprve zpracován algoritmem pro vznik dozvuku, a vrací již zpracovaný vzorek [10]. Schéma Následující diagram zobrazuje výše zmíněné třídy spolu se svými nejdůležitějšími metodami.
Obr. 26 Diagram tříd
V následujícím diagramu je zjednodušeně znázorněn proces generování zvuku.
Obr. 27 Proces generování zvuku
31
Kapitola 5
Testování Na doporučení vedoucího práce jsem testování výsledného programu neprovedl klasickým způsobem, tedy testováním s uživateli, ale program jsem předal třem muzikantům k otestování. Požádal jsem je, aby zkusili využít vytvořený nástroj k napsání nové skladby, a aby vyplnili dotazník, které jsem pro účely testování vytvořil.
5.1 Dotazník •
Otázka 1
Jak se Vám líbil zvuk nástroje?
•
Otázka 2
Orientovali jste se v popisu parametrů?
•
Otázka 3
Dokázali jste podle nastavitelných parametrů nástroje docílit zvuku, kterého jste chtěli dosáhnout?
•
Otázka 4
Jaké parametry/efekty byste u nástroje vylepšili/změnili/přidali?
32
5.2 Výsledky Uživatel 1 Otázka 1 Zvuk nástroje mě mile překvapil a musím říci, že jeho kovový charakter je velmi neobvyklý. Otázka 2 Popis parametrů byl vhodný, nebo byla alespoň hned po změně daného parametru jasná jeho funkce Otázka 3 Ano, dokázal. Při nastavování parametrů, aby byl zvuk vhodný pro skladbu, jsem si hlídal hlavně ADSR obálku, která šla nastavit bez problémů, a také Delay Time tak, aby to sedělo do rytmu. To dalo chvíli práci, abych se trefil na správný časový interval, ale podařilo se. Otázka 4 Zapracoval bych na Reverbu, aby byl hutnější, výraznější.
Uživatel 2 Otázka 1 Zvuk tohoto nástroje mě zaujal, dají se vyrobit zajímavé zvuky, které mají energii a odpich. Zkusím ho určitě využít i v dalších svých skladbách. Otázka 2 Popis parametrů byl v zásadě jasný, možná by se hodilo přejmenovat Freq 1 třeba na Freq L, aby bylo jasné, o který kanál jde. Otázka 3 Měl jsem chvíli problémy nastavit frekvenci jednoho kanálu tak, aby souzvuk obou kanálů úplně ladil, ale podařilo se. Jinak s ADSR obálkou, delayem a reverbem nebyl problém. Otázka 4 U nastavení frekvence by nebylo od věci, aby byla hodnota vyjádřena „tónovou vzdáleností“ mezi právě hraným tónem a tónem, který k němu chceme přidat. Čili malá tercie by měla hodnotu 3, velká hodnotu 4 atd., aby se nemohlo stát, že to nebude při špatném nastavení přesně ladit.
33
Uživatel 3 Otázka 1 Zvuk nástroje mě příliš nezaujal, i když musím uznat, že jsem podobný ještě neslyšel. Nějaké tóny občas chytaly takovou zvláštní vazbu. Otázka 2 Popis parametrů byl v pořádku. Otázka 3 To se mi úplně nepovedlo. I když jsem po chvíli pochopil, že to u tohoto nástroje není možné, možná by stálo za to přidat vlastnost, aby se Release fáze spustila až po uvolnění klávesy. Otázka 4 V otázce 3 jsem již jednu věc zmínil. Poté by také byla užitečná funkce na vybírání různých tvarů vln, aby měl uživatel více možností ve vybrání zvuku tak, aby se mu líbil.
5.3 Shrnutí Výsledky testování jsou podle mě velmi uspokojivé. Skladby, které při něm vznikly jsou na přiloženém CD. Z dotazníku vyplývá, že zvuk vytvořeného nástroje je velmi charakteristický, čili se mi podařilo to, co jsem chtěl. Našly se ovšem i jisté nedostatky, které by se daly jistě vylepšit. Chtěl bych určitě doimplementovat proces generování tónu tak, aby se opravdu Release fáze spustila až po uvolnění klávesy. Dobrý nápad se mi zdá také nastavení parametrů Freq1 a Freq2 ne pomocí posuvného táhla, ale pomocí výběru čísla od 0 do 12 podle požadovaného intervalu. To by velmi usnadnilo používání a hlavně by se předešlo nepřesnému nastavení.
34
Kapitola 6
Závěr V budoucnosti bych rád pracoval v oboru, který jakkoliv snoubí informatiku a hudbu. Díky této práci jsem se seznámil s technologiemi, které se v současné používají při softwarové tvorbě zpracování zvuku a myslím, že nabyté vědomosti v budoucnosti ještě využiji. Dokázal jsem ale i vytvořit vlastní virtuální syntezátor, při jehož implementaci jsem více pochopil, co vlastně je zvuk, jak se dá simulovat v počítači a jaké algoritmy se používají při jeho generování a modifikování. Podle návrhu se mi podařilo vytvořit všechno, co jsem plánoval. Zvuk mého nástroje je charakteristický a i po testování, kdy jsem svůj syntezátor předal přátelům, aby zkusili s jeho pomocí vytvořit novou skladbu, se potvrdilo, že tento zvuk je velmi specifický. Implementace jednotlivých parametrů, které jsem chtěl vytvořit, mi dala celkem hodně práce, ale našel jsem při tom mnoho kvalitních, hlavně tedy internetových, zdrojů, ke kterým se budu určitě vracet. Při testování vznikly skladby, kde byl vyrobený syntezátor použit jako sólový nástroj a musím říct, že mě překvapilo, jak se do oněch skladeb jeho zvuk hodil. Dokonce se mi celkový zvuk těchto elektronických skladeb zalíbil natolik, že se o tuto hudbu začnu zajímat více a pokusím se i o skládání s pomocí pouze elektronických nástrojů Cíl své práce jsem splnil, protože jsem splnil všechny dílčí cíle, které jsem si na začátku dal. •
1. cíl - seznámit se se zavedenými postupy v oblasti počítačové práce se zvukem byl splněn, protože jsem se seznámil s nejvýznamnějšími a nejdůležitějšími metodami, které se používají pro generování zvuků, spolu s nástroji, které tyto metody pro generování zvuků používají. Také jsem poznal algoritmy, které se používají k modifikaci zvuků, ať už jde o ADSR obálku nebo různé efekty.
35
•
2. cíl - pochopit principy tvorby virtuálních syntezátorů byl splněn, neboť jsem zjistil, že v dnešní době existuje pro tvorbu virtuálních nástrojů několik standardů, z nichž jedna z nejvýznamnějších je technologie VST, kterou jsem zvolil pro implementaci vlastního nástroje.
•
3.cíl - seznámit se s rozhraním MIDI byl splněn, protože jsem se seznámil s rozhraním MIDI, které jsem předtím znal pouze podle názvu. Technologie MIDI je stará pouze asi 20 let, což je z pohledu historie velmi krátká doba. Je to ovšem velmi silné rozhraní, které se určitě v průběhu času ještě hodně rozšíří. Znalost MIDI přináší skladateli možnosti, o kterých se mu v minulosti nemohlo ani zdát.
•
4. cíl - poznat technologii VST byl splněn, protože jsem poznal technologii VST, která je dle mého názoru velmi silným nástrojem při tvorbě nových nástrojů a efektů. Je to standard, který již dnes podporují všechny velké hudební programy pro tvorbu, úpravu a reprodukci zvuku. Cuebase, Nuendo, Reaper, Ableton, Sonar nebo Audacity jsou příklady těchto programů.
Spojením rozhraní MIDI a technologie VST mohou vzniknout nástroje, které budou velmi jednoduché na ovládání, budou přenositelné, a i člověku bez zvláštních technických schopností pomohou dosáhnout velmi dobrých hudebních výsledků. Toto spojení samozřejmě umožní i vznik velmi komplexních nástrojů, které budou používány i profesionálně. Nebude také těžké si doma vytvořit své vlastní virtuální studio. Vždyť ostatně technologie VST to má obsaženo ve svém názvu.
36
Literatura [1] GUŠTAR, Milan. Elektrofony I. 1. vydání. Praha: Uvnitř, 2007. ISBN 978-80-239-8446-0
[2] GUŠTAR, Milan. Elektrofony II. 1. vydání. Praha: Uvnitř, 2008 ISBN 978-80-239-8447-7
[3] MITCHELL, Daniel R. BasicSynth.1st edition. Lulu.com, 2008. ISBN 978-0-557-02212-0
[4] Metody zvukové syntézy – Jak vytvořit zvuk [online]. Telotone, © 2002 – 2009. [vid. 28.4.2012]. Dostupné z: http://elektronicka-hudba.telotone.cz/clanky/metody-zvukovesyntezy/ [5] Počítačová hudba 3 – Zvuková syntéza a tvorba, samply a samplery [online]. Techno.cz, © 1997 – 2009. [vid. 27.4.2012]. Dostupné z: http://www.techno.cz/clanek/21526/pocitacovahudba-3-zvukova-synteza-a-tvorba-samply-a-samplery
[6] Ensoniq Mirage [online]. [vid. 3.5.2012]. Dostupné z: http://www.mendelsson.xf.cz/synthesizers/ensoniqmirage.htm
[7] Yamaha DX-7 – Historický test [online]. Muzikus, © 2012. [vid. 3.5.2012]. Dostupné z: http://www.muzikus.cz/pro-muzikanty-testy/Yamaha-DX7-historicky-test~21~leden~2005/
[8] Virtuálně akustická syntéza, revoluce ve výrobě zvuku [online]. Intellectronics, © 1997 [vid. 28.4.2012]. Dostupné z: http://natura.baf.cz/natura/1996/12/9612-3.html
[9] GUERÍN, Robert. Velká kniha MIDI. 1. vydání. Brno: Computer Press, 2004. ISBN 80722-6985-2 [10] KVR Forum [online]. KVR Audio Plugin Resources, © 2000 - 2012. [vid. 27.4.2012] Dostupné z: http://www.kvraudio.com/forum/
37
Zdroje obrázků [11] Voltův sloup. In: Wikipedia: The Free Encyclopedia [online]. Wikimedia Foundation Stránka naposledy edit. 15. 4. 2012 v 13:49. [vid. 19.5. 2012]. Dostupné z: http://cs.wikipedia.org/wiki/Volt%C5%AFv_sloup
[12] Dioda. In: Abicko.cz [online]. © 2001 - 2012 Ringier Axel Springer CZ a.s. [vid. 19.5.2012]. Dostupné z: http://www.abicko.cz/clanek/serialy/4128/elektronika-pro-kazdehoix.html
[13] Audion. In: Antique Radio Classified [online]. © 1996 - 2004 John V. Terrey. [vid. 19.5.2012]. Dostupné z: http://www.antiqueradio.com/May04_Bonhams_Marconi.html
[14] Pentoda. In: Rapid [online]. © 2012 Rapid Electronics Limited [vid. 19.5.2012]. Dostupné z: http://www.rapidonline.com/Electronic-Components/EF86-Pentode-valve-35350
[15] Tranzistor. In: Wikipedia: The Free Encyclopedia [online]. Wikimedia Foundation Stránka naposledy edit. 16. 4. 2012 v 11:18. [vid. 19.5. 2012]. Dostupné z: http://cs.wikipedia.org/wiki/Tranzistor
[16] Integrovaný obvod. In: Automation-Drive [online]. © 1998 - 2009 Shenzen Youkong Electromechanical CO., Ltd. [vid. 19.5.2012]. Dostupné z: http://www.automationdrive.com/ic-circuits
[17] Číslicový obvod. In: Transfer Multisort Electronic [online]. TME Czech Republic s.r.o. [vid. 19.5.2012]. Dostupné z: http://www.tme.eu/cz/details/74hc373db/logicke-obvody-radyttl/nxp/74hc373db112/
[18] Vstupní signál. In: BasicSynth [online]. © 2008 Daniel R. Mitchell [vid. 19.5.2012]. Dostupné z: http://basicsynth.com/index.php?page=digitalsound&WEBMGR=d5afc9f5daa129b7250824e 7c021da15
38
[19] Vzorkovaný signál. In: BasicSynth [online]. © 2008 Daniel R. Mitchell [vid. 19.5.2012]. Dostupné z: http://basicsynth.com/index.php?page=digitalsound&WEBMGR=d5afc9f5daa129b7250824e 7c021da15
[20] Výstupní signál. In: BasicSynth [online]. © 2008 Daniel R. Mitchell [vid. 19.5.2012]. Dostupné z: http://basicsynth.com/index.php?page=digitalsound&WEBMGR=d5afc9f5daa129b7250824e 7c021da15
[21] Příklad aditivní syntézy. In: The Sonic Spot [online]. © 1999 - 2007 Sonic Spot [vid. 19.5.2012]. Dostupné z: http://www.sonicspot.com/guide/synthesistypes.html
[22] Tellharmonium. [online]. [vid. 19.5.2012]. Dostupné z: http://azzarello.users.ch/synth/ThaddeusCahill.html
[23] Hammondovy varhany. In: Retro Electronic and Audio Lab [online]. [vid. 19.5.2012]. Dostupné z: http://www.retroaudiolab.com/hammond.htm
[24] Hammondovy varhany. In: Retro Electronic and Audio Lab [online]. [vid. 19.5.2012]. Dostupné z: http://www.retroaudiolab.com/pictures/hammond%203100%20back.JPG
[25] Princip subtraktivní syntézy. In: Electronic Music Old-School [online]. © 2002-2009 Telotone. [vid. 19.5.2012]. Dostupné z: http://elektronicka-hudba.telotone.cz/clanky/metodyzvukove-syntezy/
[26] Minimoog. In: Deep Art Nature [online]. [vid. 19.5.2012]. Dostupné z: http://deepartnature.blogspot.com/2011/04/minimoog.html
[27] Ensoniq Mirage. In: Syntaur [online]. [vid. 19.5.2012]. Dostupné z: http://www.syntaur.com/tech_mirage.html
[28] Theremin. In: Wikipedia: The Free Encyclopedia [online]. Wikimedia Foundation Stránka naposledy edit. 13. 4. 2012 v 17:17 [vid. 19.5.2012]. Dostupné z: http://cs.wikipedia.org/wiki/Theremin
39
[29] Příklad FM syntézy. In: Logic Express 9 [online]. © 2009 Apple Inc. [vid. 19.5.2012]. Dostupné z: http://documentation.apple.com/en/logicexpress/instruments/index.html#chapter=A%26sectio n=4%26tasks=true
[30] Yamaha DX-7. In: Synthfind [online]. [vid. 19.5.2012]. Dostupné z: http://www.synthfind.com/2010/05/page/11/
[31] Příklad tabulkové syntézy. In: The Sonic Spot [online]. © 1999 - 2007 Sonic Spot. [vid. 19.5.2012]. Dostupné z: http://www.sonicspot.com/guide/synthesistypes.html
[32] Korg DW-8000. In: Matrixsynth [online]. © 2012 Matrixsynth. [vid. 19.5.2012]. Dostupné z: http://m.matrixsynth.com/2009/12/korg-dw-8000-digital-analog-wave.html
[33] Princip fyzikálního modelování. In: Electronic Music Old-School [online]. © 2002-2009 Telotone. [vid. 19.5.2012]. Dostupné z: http://elektronicka-hudba.telotone.cz/clanky/metodyzvukove-syntezy/#fyzikalni
[34] Pilovitý signál. In: ksspaulding [online]. [vid. 19.5.2012]. Dostupné z: http://ksspaulding.wordpress.com/article/intro-to-electronics-3smazt4fj02nv-27/
[35] ADSR obálka. In: Making Music [online]. [vid. 19.5.2012]. Dostupné z: http://www.making-music.com/envelopes.html
40
Příloha A
Uživatelská příručka Instalace programu (tj. HolySynth.dll) je velmi jednoduchá. Spočívá pouze v jeho zkopírování do adresáře, ve kterém hostitelský program vyhledává VST pluginy. V rámci systému Windows XP to často bývá adresář „C:\Program Files\Steinberg\Vstplugins“. Většina hostitelských programů prohledává tuto složku automaticky při každém spuštění a všechny relevantní pluginy načte do nabídky. Druhá možnost je přetáhnout plugin přímo do okna hostitelského programu, která se ovšem nedá využít zdaleka ve všech hostitelských programech. Já jsem pro testování nástroje využíval program VSTHost, kde tato možnost použít jde. Po načtení nástroje do hostitelského programu bude tento nástroj vypadat podobně jako na Obr. 28. Různé hostitelské programy se mohou lišit.
Popis parametrů
Freq1 – nastavuje „rozladění“ levého kanálu Levl1 – nastavuje hlasitost levého kanálu Freq2 – nastavuje „rozladění“ pravého kanálu Levl2 – nastavuje hlasitost pravého kanálu Volume – slouží k nastavení celkové hlasitosti Attack – určuje délku nástupu tónu (0-4 sekundy) Decay – určuje délku poklesu tónu (0-4 sekundy) Sustain – určuje délku trvání tónu (0-4 sekundy) Release – určuje délku doznívání tónu (0-4 sekundy) Delay Decay – nastavuje velikost tlumení ozvěn (0 –> žádné) Delay Level – nastavuje úroveň hlasitosti ozvěn (1 –> max)
41
Delay Time – nastavuje časový interval mezi ozvěnami (1 –> max) Reverb Decay – slouží k nastavení velikost tlumení dozvuku (1 –> max) Reverb Time – slouží k nastavení trvání dozvuku (1 –> max)
Příklady zajímavých hodnot nastavení
Při nastavení parametru Freq1nebo Freq2 na hodnotu 0,5 bude znít kvinta oproti zahranému tónu. Při nastavení parametru Freq1nebo Freq2 na hodnotu 0,5 bude znít oktáva oproti zahranému tónu. Při nastavení parametru Delay Decay na hodnotu 0 bude ozvěna nekonečná. Při nastavení parametru Delay Decay na hodnotu 1 nebude mít tón ozvěnu.
Obr. 28 Uživatelské rozhraní nástroje Holy Synth
42
Příloha B
Obsah CD | readme.txt // popis obsahu CD a instalace | +---build | | HolySynth.dll //zkompilovaná verze programu | +---project | | HolySynth.cbp // projekt v prostředí Code::Blocks | +---samples | | ... // skladby z testování | +---src | | ... // zdrojové kódy | +---text | | | rudolsim_bap_2012.pdf // elektronická verze práce v pdf | rudolsim_bap_2012.doc // elektronická verze práce v doc | +---doc | vst20spec.pdf // dokumentace VST SDK od firmy Steinberg VST_Licence_Agreement.rtf // licenční smlouva k VST
43
