В современном мире практически во все сферы жизни человека внедрены цифровые технологии - от обычных часов в смартфоне до сложных калькуляторов или нейронных сетей. Это происходит потому, что правильно подобранный алгоритм способен взять на себя часть задач человека и даже выполнить их быстрее. А это большая экономия времени и ресурсов, снижение требований и нагрузки на людей. К тому же, распространение программного обеспечения гораздо проще физических устройств, так как не требуется производство каждой отдельно взятой копии.
Помимо многих сфер жизни человека, программное обеспечение активно используется и в музыке. Там, где раньше требовалось огромное количество аналоговых приборов сейчас можно использовать обычный домашний персональный компьютер с набором необходимого ПО. Причем до широкого внедрения транзисторов аналоговые приборы были еще и сложными, а значит занимали много места и были дорогими. Наиболее популярный формат ПО для создания музыки - плагины. Это небольшие модули, подключаемые к DAW - digital audio workstation, главной программе для работы со звуковыми файлами, в которой происходит редактирование и соединение различных записей. С помощью плагинов происходит генерация или модификация звукового сигнала (в зависимости от типа).
Вопрос о выборе между цифровыми технологиями или аналоговыми все еще довольно дискуссионный в музыке, однако с каждым годом развиваются алгоритмы цифровой обработки сигнала и увеличиваются мощности вычислительных устройств. К тому же, обычному человеку и сейчас будет крайне сложно отличить реальную запись от сгенерированной.
В данной работе рассматриваются синтезатор - электронный музыкальный инструмент, генерирующий в реальном времени свое звучание. Принцип его действия прост - на вход подается информация о извлекаемой ноте и параметрах необходимого звука. Это могут быть как физические клавиши и слайдеры, так и закодированное цифровое сообщение. Далее генерируется начальный сигнал. Этот модуль называется осциллятор. Затем этот сигнал модифицируется, проходя через какое-то количество фильтров (их может и не быть в простейшем случае). Полученный сигнал является выходом устройства.
Цель данной работы:
создание синтезатора, ориентированного на звучание струнных инструментов.
Гипотеза в том, что сумев учесть основные физические процессы, проходящие в струнных инструментах - можно математически моделировать их звук (с некоторой погрешностью). Причем, получив звук, например, гитары мы можем, изменяя параметры синтеза, моделировать другие реальные инструменты (а также без привязки к реальным инструментам).
Эту задачу можно разбить на этапы:
1) изучение теоретических основ
2) реализация
3) анализ результатов
Прямыми конкурентами данного метода являются существующие синтезаторы и электронные струнные инструменты. Синтезаторы, как правило, не обладают полным функционалом для этой задачи, а потому не подходят. Электронные струнные инструменты очень точно воспроизводят звук, но они зачастую основаны на реальных инструментах и их записях, а это - большие требования вычислительным ресурсам и недостаточная гибкость.
В данной работе были расмотрены физические процессы, проходящие при звукоизвлечении в струнных инструментах, изучена структура современных синтезаторов, а также для реализации выбраны язык программирования и фреймворк с необходимым функционалом.
В результате, была разработана структура и реализован синтезатор, ориентированный на звучание струнных музыкальных инструментов. Для него, помимо преобразователей звукового сигнала, также разработан пользовательский интерфейс.
Проведен анализ реализованного синтезатора. Было рассмотрено влияние различных, настраиваемых из интерфейса, параметров на синтез звукового сигнала. Также проведено сравнение генерируемого сигнала с записью реального музыкального инструмента. По его результатам можно сказать, что синтезатор способен генерировать сигнал, похожий на реальные записи, но для лучшего результата требуются некоторые улучшения.
Таким образом, поставленные задачи выполнены и цель работы - реализация синтезатора, ориентированный на звучание струнных музыкальных инструментов - достигнута.
