V minulém díle jsem hovořila o technologiích, které vyrábí zvuk pomocí skládání umělých harmonických složek.
Výsledkem aditivního typu syntézy jsou velmi živé a na harmonické složky bohaté zvukové útvary, nicméně tvorba zvukových programů může připomínat spíše magii, protože výsledný zvuk je do značné míry překvapením.
Oproti tomu subtraktivní (rozdílová) syntéza je přímočařejší, protože výsledný signál je dán, zjednodušeně řečeno, pouze omezením harmonických složek původního signálu filtrem.
Můžeme si tedy velmi zjednodušeně subtraktivní syntézu představit jako oscilátor s následně zapojeným filtrem. Oscilátor nám generuje signál, obsahující nějakou pokud možno bohatou strukturu harmonických (sinus signál je pro subtraktivní syntézu tedy nepoužitelný) a filtr tuto strukturu harmonických - jak jinak - filtruje. A jelikož filtrovat se dá všelijak - dolní, horní i pásmovou propustí, a navíc může být (a většinou i je) každý typ filtru vybaven obálkou, modulující intenzitu filtrace v čase, je výsledkem programovatelně se měnící zvuk s proměnným obsahem harmonických. Mimochodem i níže popisovaná sample-playback syntéza patří do kategorie subtraktivní syntézy; rozdíl je jen v typu signálu, generovaného oscilátorem. Tato technologie je většinová, najdete ji v drtivé většině na trhu dostupných nástrojů.
Analogová syntéza
Oscilátor analogových subtraktivních syntetizérů je realizovaný různými typy elektronického zapojení polovodičů a generuje několik málo typů signálu, jež mají různé charakteristické harmonické spektrum. Jsou to především signály obdélníku a pily, u nichž lze regulací střídy dosáhnout jiného rozložení harmonických. Téměř u všech přístrojů je možné paralelně zapojit dva, někdy i více oscilátorů a vytvářet tak komplexnější harmonická spektra.
Jelikož lze střídu a jiné parametry generovaného signálu ovlivňovat kontinuálně, lze tak docílit velmi široké a souvislé barevné palety zvuků, která není na sample-playerech realizovatelná. Kromě toho je samozřejmě možné tyto parametry oscilátoru měnit během znění tónu, čímž jsou citliví hudebníci schopni dosáhnout neobyčejné exprese svých kompozic.
Mnoho z vás zná analogovou syntézu v praxi již jen v její nové, virtuální podobě, kdy jsou všechny elektronické součástky reálného nástroje simulovány programem na počítači, který též řídí jejich vzájemnou interakci. Princip zvukotvorby a zpracování signálu je stejný jako u analogové syntézy, jediný rozdíl spočívá v tom, že všechny elektronické součástky a jejich interakce, které v analogovém syntetizéru zvuk vytváří, jsou simulovány programem na počítači. Výhody? Virtuální elektronické součástky se nepřehřejí, nespálí, jsou stabilní, celý virtuální syntetizér lze maximálně integrovat do MIDI studia a nezabírá žádné místo. Nevýhoda: na virtuální potenciometr si prostě nesáhnete, takže pokud nepoužijete zrovna nějaký HW MIDI kontrolér, o nějakém intuitivním zasahování do parametrů zvuku během hraní nemůže být řeči.
Sample-playback syntéza
Oscilátor je realizován výhradně programově na počítači. Tento oscilátor má pak přístup k paměti samplů ROM či RAM, která může obsahovat vzorky nejrůznějších zvukových signálů. Kvalita generovaného zvuku těchto přístrojů je dána především samplovací frekvencí a bitovým rozlišením, kterým jsou jednotlivé vzorky v paměti reprezentovány. Je vám asi i bez dlouhého vysvětlování jasné, že oba tyto parametry jsou limitovány propustností zpracovávajícího procesoru, velikostí paměti, kvalitou DA převodníků...
Zaznamenané zvukové vzorky, které oscilátoru sample-playback syntetizérů slouží jako "potrava", mohou být nahrávky reálných akustických či jiných nástrojů, mohou to být všelijaké nehudební zvuky a šumy, a mohou to být i čistě počítačem připravená data, jako například vzorky pro "klasické" signály analogového syntetizéru, jako jsou právě obdélník či pila. Je tedy možné naprogramovat tyto nástroje tak, aby zněly podobně analogovým strojům.
Výhoda sample-playerů je tedy v tom, že mohou simulovat jiné nástroje či akustické jevy. Jenže už v jejich samotném funkčním principu spočívá nepříjemné a podstatné omezení, že se totiž jako výchozí materiál pro pozdější zpracovávání používají pevné předem připravené vzorky, které není možné během znění tónu intuitivně modifikovat. Klasické analogové syntetizéry umožňují, mimo jiné, změnu střídy nebo dokonce morphing jednoho typu signálu na jiný během znění tónu. Moderní sample-playback syntetizéry sice standardně nabízejí klasické analogové signály ve svých ROM, většinou však jen relativně úzký výběr z nekonečně široké škály jejich variací. Jednotlivé variace nelze během hraní měnit jednu v druhou, nýbrž pouze přepínat mezi nimi, popřípadě míchat je v různých poměrech, což samozřejmě není totéž. I ona báje o dokonalé imitaci akustických nástrojů, jako například bicích , dostane vážné trhliny, uvědomíme-li si skutečnost, kterou každý hráč na bicí samozřejmě velmi dobře zná: že totiž třeba činel zní jinak, rozezní-li se úderem dřevěné, nebo kovové, či plstěné paličky, na barvu zvuku má velký vliv, uhodí-li se na kraj či do středu činelu apod. Potřebovali bychom tedy sbírku vzorků úplně všech variací úderu na činel, abychom mohli mluvit o dokonalé imitaci. Stejný problém nastává při doznění tónu, které je jiné při přirozeném nepřerušeném doznívání, při přitlumení rukou hráče atd.
Celou složitost problému nám může demonstrovat i skutečnost, že dobrý multisampl klavíru může dosahovat objemu dat mnoha desítek MB, klavírní zvukové programy pracovních stanic Fantom používají multisamply se 704 jednotlivými vzorky.
Samozřejmě ne všechny multisamply bývají pojaty tak velkoryse, běžné zvukové programy staví na jediném či několika mála samplech, které byly nahrány s určitou frekvencí. Při přehrávání se určitý sampl přehrává různě rychle, aby se docílilo jeho výškové transpozice na výšku příslušného tónu. A v tom je další potíž této technologie, protože změnou rychlosti přehrávání se zaprvé změní délka přehrávání a za druhé se transponují všechny harmonické, a to i ty, které v reálném světě transponované nejsou, jako například zvuk kladívka klavíru v náběhové fázi klavírního zvuku nebo různé rezonanční složky zvuku.
Aby bylo možné vyrobit na sample-playeru dlouze znějící tón bez nutnosti prodlužovat neúnosně délku reprodukovaného samplu, používá se princip loopingu (smyčky), kdy se periodicky opakuje část samplu. Hraniční body této smyčky musí být zvoleny tak, aby tento přechod byl pokud možno neslyšitelný. Klasický jednoduchý loop-sample může pak sestávat ze tří částí: attack fáze, potom centrální loop fáze a konečně ukončovací release fáze, na kterou se přejde po puštění klávesy. Tyto fáze nelze zaměňovat se stejnojmennými a funkčně velmi podobnými fázemi obálkových křivek, které se vyskytují v dalších modulech syntetizéru.
Syntéza na principu fyzikálních modelů v počítači
V průběhu osmdesátých let se na akademické půdě začalo intenzivně diskutovat o matematických modelech kmitající struny a oscilujícího sloupce vzduchu v klarinetu. Bylo jen otázkou času, kdy se podaří realizovat tyto modely na simulačních strojích - počítačích, a který model se podaří realizovat jako první. I když teorie už tu byla, chyběly zpočátku dostatečně rychlé stroje, které by byly schopné i ty docela optimalizované matematické rovnice vyřešit v reálném čase. Průlom nastal na počátku roku 1994, s objevením se prvního PM syntetizéru Yamaha VL1 na trhu, využívajícího modelu oscilujícího vzduchového sloupce.
Zjednodušeně řečeno se jedná o matematické vyjádření vztahů mezi různými součástmi studovaného nástroje. V případě klarinetu (ten je citován s velkou oblibou, zřejmě pro svou klasickou jednoduchost) se jedná o sloupec vzduchu, uzavřený v dřevěné trubici určitých vlastností, který lze přivést k oscilaci přivedením energie v podobě vzduchového proudu z úst hráče, který rozechvěje dřevěný plátek. Jak jinak, ve skutečnosti je to celé daleko složitější, neboť do hry (doslova) vstupuje velmi mnoho dalších okolností, chcete-li parametrů, jako je tlak rtů na hubici klarinetu atd.
Představme si počítačový program, který bude řešit zmíněnou soustavu rovnic, samozřejmě v reálném čase. Do jeho vstupu mu zadáme všechny potřebné parametry, jako je síla dechu hráče, tlak jeho rtů na hubici, délku trubice (tu lze měnit odkrýváním dírek) a mnoho dalších proměnných, a program uvede fyzikální model do příslušné oscilace, jejímž "vedlejším produktem" je nějaký zvuk, a když to dobře dopadne, tak dokonce i tón.
Kupodivu a bohužel nedoznala tato technologie většího rozšíření, ceny komerčně dostupných polyfonních nástrojů ve stylu legendární VP1 od Yamahy z roku 1995 se i dnes pohybují velmi vysoko, vzpomeňme například na pracovní stanici Korg Oasys.
