Виртуальные WT-синтезаторы
Одна из глав этой книги посвящена проблеме синтеза оригинальных голосов музыкальных инструментов. Мы убеждены, что заниматься творчеством такого рода просто необходимо. Альтернативным подходом к решению проблемы увеличения числа доступных тембров может быть только приобретение новых звуковых карт или синтезаторов. Этот подход можно назвать экстенсивным и неэкономичным. Но однажды в процессе общения с фанатами компьютерной музыки нам довелось услышать мнение, смысл которого сводится к тому, что нечего заниматься созданием сэмплов собственных музыкальных инструментов, т. к. существуют дешевые виртуальные аналоги профессиональных синтезаторов. Впечатление об их безграничных возможностях может возникнуть и у людей, прочитавших серию работ [8, 9, 10], где виртуальные синтезаторы соседствовали с очень недешевым аппаратным синтезатором
Korg X5D. Действительно ли настолько безграничны их возможности? Прочитайте этот материал и оцените сами.
Появлению виртуальных, или программных (soft) WT-синтезаторов способствовал целый ряд объективных предпосылок, Возможно, многие читатели знакомы с одним, а может быть и с целым рядом когда-то достаточно популярных музыкальных редакторов, родоначальником которых считается программа ScreamTraker. Перечислим особенности этих редакторов:
> Их нельзя называть секвенсорами, т. к. большинство из них не может работать с интерфейсом MIDI и, следовательно, управлять внешними MIDI-инструментами они тоже не в состоянии.
> Большинство из них работают под управлением DOS. При этом они задействуют практически все вычислительные ресурсы компьютера. Это обусловлено тем, что синтезатор, генерирующий звуки, выполнен в программном виде, а синтезировать звук, как известно, дело нелегкое.
> Каждый из этих редакторов и по сей день обладает своим уникальным интерфейсом, работающим, как правило, в текстовом режиме. Отсутствует нотный интерпретатор.
>' Сонги хранятся в специфическом уникальном формате (а таких форматов на сегодняшний день существует уже с десяток).
Наверное, вам попадались файлы с расширениями '.MOD, ".STM, '.S3M, ".ХМ, ".IT и т. д.?
> Даже современные и наиболее совершенные из этих редакторов только начали «обучаться» использованию возможностей WT-синтезаторов (вернее, только части этих возможностей).
Как может показаться на первый взгляд, список особенностей содержит одни лишь недостатки. Но на самом деле это не так. Музыкальные редакторы типа ScreamTraker сыграли свою историческую роль. В то время, когда звуковых карт с WT-синтезаторами для PC не было и в помине, а великим достижением считалось наличие FM-синтезатора OPL-3, такие программы все же позволяли прикоснуться к возможностям сэмплера.
С тех пор прошло очень много времени (по меркам истории компьютерной музыки), звуковые карты с шестнадцатибитными АЦП/ЦАП стали такими же привычными, как и динамик в корпусе PC. В несколько раз выросла производительность процессоров, появился и стал доступным процессор Pentium. Последнее и сыграло роль детонатора бомбы, взрыв которой выплеснул множество виртуальных синтезаторов.
Что же такое виртуальный WT-синтезатор? Это, образно говоря, тот же ScreamTraker, но только содержащий набор сэмплов, соответствующих определенному стандарту, и умеющий работать с MIDI-интерфейсом. А если говорить совсем точно, то виртуальный WT-синтезатор — это выполненная в виде драйвера для Windows программа, которую система воспринимает как полноценное MIDI-устройство.
Для вывода звука виртуальные синтезаторы используют ЦАП звуковой карты. Но ведь просто проигрывать MIDI-файлы недостаточно, должна существовать возможность воспроизведения при этом и цифрового звука. А как же быть с тем, что виртуальные синтезаторы полностью захватывают ЦАП звуковой карты? Некоторые из них решают эту проблему «полюбовно». Они предоставляют вместо привычного драйвера ЦАП свой собственный, полностью совместимый с виртуальным синтезатором. Этот драйвер «подмешивает» звуковые данные из WAVE-файла к цифровому потоку на выходе виртуального WT-синтезатора.
В результате вы можете прослушивать одновременно и MIDI-файлы, и цифровой звук.
Самое главное достоинство виртуальных синтезаторов — они не нуждаются в дорогостоящих звуковых картах. Подойдет любая шестнадцатибитная.
Самый главный недостаток — потребность в мощном процессоре. Приемлемое качество звука достигается только на процессорах Intel Pentium-200 и выше. В настоящее время некоторые современные виртуальные синтезаторы обращаются к возможностям технологии ММХ, что позволяет существенно расширить возможности синтеза даже на процессорах с более низкой частотой (например, Intel Pentium MMX-166). Но и сейчас виртуальные синтезаторы не создают серьезной конкуренции синтезаторам аппаратным. Тот же EMU8000 (с этим синтезатором вам еще предстоит познакомиться поближе) синтезирует звук с качеством, превосходящим качество синтеза любого виртуального синтезатора, существующего на момент написания этой книги. При этом процессор остается совершенно свободным от каких-либо расчетов и может использоваться для других целей, в том числе и музыкальных, например, для мик-ширования звуковых дорожек в музыкальном редакторе.
Но виртуальные синтезаторы просто не появились бы на свет, если бы в них не было потребности. Кто же основной потребитель таких программ? Скорее всего, это человек, использующий мощный PC в основном только для деловых целей. По этой причине его PC не содержит таких серьезных устройств, как звуковые карты с WT-синтезаторами. В его распоряжении имеется только заурядная шестнадцатибитная звуковая карта с FM-синтезатором. Лучшей звуковой карты ему просто не нужно. «Все эти дорогие AWE для тех, кто сидит часами с MIDI-клавиатурой и сочиняет музыку», — думает он. Мысли этого воображаемого человека не являются нашей фантазией, нам не раз приходилось слышать такое мнение, высказанное вслух. И не нужно обижаться на таких людей, скорее их стоит пожалеть. Чего-то они все-таки недопонимают.
Но хорошую музыку хочется слушать всем. Поэтому наш воображаемый человек при случае обязательно установит на свой «деловой» PC виртуальный синтезатор.
Это позволит ему хотя бы узнавать звучание знакомых инструментов в MIDI-файле (ведь в веселом «поквакивании» OPL-3 трудно расслышать фортепиано или скрипичный оркестр).
В среде музыкантов потребителей таких программ, как правило, не бывает. Это объясняется одним существенным недостатком, присущим большинству
виртуальных синтезаторов. Речь идет о задержке, возникающей после нажатия MIDI-клавиши (настоящей или тоже виртуальной) перед началом генерации звука.
Величина задержки может изменяться для разных процессоров и разных настроек виртуальных синтезаторов. Но, как правило, эта задержка не менее 0,5 с. Это небольшое на первый взгляд неудобство на практике приводит к невозможности игры на MIDI-клавиатуре в реальном времени. Неужели программистам трудно переделать виртуальный синтезатор так, чтобы не было этой задержки? Да, действительно трудно, хотя бы по той причине, что архитектура PC не рассчитана на синтез звука с помощью центрального процессора.
Для любознательных читателей поделимся нашими мыслями по поводу того, откуда возникает эта злополучная задержка. Если вам неинтересно — переходите к следующему абзацу.
Как известно, звуковая картадля формирования звука с помощью ЦАП использует DMA (канал прямого доступа к памяти). Вывод звука осуществляется по следующей схеме. Процессор копирует блок звуковых данных (отсчетов) в определенное пространство памяти и сообщает контроллеру DMA и звуковой карте о том, что блок данных хранится по такому-то адресу и его нужно вывести через ЦАП с такой-то скоростью. После этого звуковая карта некоторое время (долю секунды) воспроизводит звук без участия процессора. В это время она напоминает магнитофон, в который вставили кассету и нажали кнопку Play. Когда «лента заканчивается», звуковая карта сообщает процессору о том, что пора вставлять новую. За то время, которое процессор был свободен от выполнения операций, связанных со звуком, он успевает выполнить массу других операций. А заполнить буфер памяти звуковыми данными и включить звуковую карту в режим воспроизведения — это для него сущий пустяк.
Таким способом экономится 99 % процессорного времени (а значит и производительно сти компьютера). Но просто воспроизводить WAVE-файл посредством DMA — это одно, а еще и генерировать при этом звуковые отсчеты — это совсем другое. Процессор не может мгновенно заполнить буфер DMA по той простой причине, что сначала надо рассчитать данные, которыми этот буфер будет заполняться. Вычисления, необходимые для синтеза звука, — дело непростое. Быстро рассчитать 64 Кбайт (а именно таков максимально допустимый размер буфера DMA) звуковых данных невозможно. Поэтому и возникает задержка на время, необходимое процессору для расчета первой порции звуковых данных. При воспроизведении всего MIDI-файла эта задержка имеет место сразу после нажатия кнопки Play и потому остается незамеченной (все последующие звуки следуют без задержек, или, вернее сказать, одинаково смещены во времени относительно момента нажатия кнопки Play). А вот при игре на MIDI-клавиатуре задержка будет ощущаться при каждом нажатии клавиши.
Вторая сторона того же недостатка, присущая виртуальным синтезаторам, — большая загруженность процессора расчетами звуковых данных. В результате этого выполнение других программ в среде MS Windows резко замедляется, а некоторые действия (например, перемещение окон, запуск программ и т. п.) приводят к сбоям в воспроизведении MIDI-файлов.
Еще один недостаток — незначительное повышение качества звука требует значительного повышения быстродействия процессора. Поясним это на примере. Предположим, какой-либо из виртуальных синтезаторов нормально (с допустимой загрузкой процессора) работает на Intel Pentium-100, но частота дискретизации воспроизводимого звука составляет всего 22,05 кГц. Допустим, вы захотели поднять частоту дискретизации до 44,1 кГц. Чтобы загруженность процессора оставалась прежней (примерно 80 %) вам может потребоваться Intel Pentium-200. Частота дискретизации выросла в два раза, частота процессора — тоже в два раза, а его цена? На момент написания этой книги процессор Intel Pentium-200 стоил не в два, а в несколько раз дороже своего предшественника, работающего на частоте 100МГц.
Последний из существенных недостатков — невозможность загрузки пользовательских сэмплов. Причиной этого служит целый ряд факторов, перечислять которые нет смысла.
Но все трудности в мире компьютеров рано или поздно преодолеваются, и мы верим в то, что ветвь виртуальных синтезаторов в дереве эволюции компьютерной музыки не оборвется и будет продолжать самостоятельное существование. Для этого предположения уже сейчас имеются некоторые основания: WT-синтезаторы и их виртуальные аналоги могут вместе «жить» на одном компьютере и даже не просто «жить», но и взаимодополнять друг друга. Яркий тому пример — Sound Blaster AWE64. Эта звуковая карта по своим музыкальным возможностям и архитектуре ничем не отличается от своих предшественниц SB AWE32 и SB 32. А дополнительные 32 голоса обеспечиваются не аппаратно, а программно, с помощью виртуального синтезатора. Этот виртуальный синтезатор может, в принципе, работать с любой шестнадцатибитной картой. Но его создатели сделали так, чтобы он при запуске детектировал звуковую карту. Если она окажется не SB AWE64, то виртуальный синтезатор откажется работать. Однако существует и другое исполнение этого программного синтезатора, которое обеспечивает работу со звуковыми картами, отличными от SB AWE64. Благодаря этой программе, например, можно превратить SB AWE32 в SB AWE64.
Возможно у некоторых наших читателей, использующих виртуальные синтезаторы, может возникнуть вопрос: а для чего же таким фирмам как, например, Yamaha и Roland потребовалось создавать программные аналоги своих реально существующих инструментов (например, Roland VSC-88 и Yamaha S-YXG50)? Возможно, это просто рекламный ход: «Попробуйте программные аналоги наших инструментов! Понравилось? А ведь настоящие
синтезаторы звучат гораздо лучше! Что бы вы сказали, послушав звучание настоящего инструмента?» Возможно, мы не угадали...
В качестве примера рассмотрим виртуальный синтезатор Yamaha S-YXG50. Не станем скрывать причины выбора именно этой программы. Во-первых, она просто нам симпатична.
Кроме того, S-YXG50 использует технологии ММХ и Direct Sound, поддерживает стандарт GX. Приведем характеристики этой программы:
> WT-синтезатор с банком инструментов объемом 2 Мбайт;
> максимальная полифония 128 нот;
)•* набор инструментов: 676 мелодических, 21 набор ударных инструментов и спецэффектов;
> максимальная частота сэмплирования 44/22/11 кГц;
^ фильтр с динамически изменяемыми параметрами для каждой звучащей ноты;
')-
эффекты: 8 типов реверберации, 8 типов хоруса, 36 типов вариаций. Технические требования, предъявляемые к PC:
> процессор Pentium-166 или лучше (настойчиво рекомендуется процессор с технологией ММХ);
> операционная система Windows 95;
> ОЗУ объемом не менее 16 Мбайт;
> 16-битная звуковая карта.
Приведенные требования являются минимальными. Это означает, что на таком PC программа будет работать, но не обязательно на полную мощность, заявленную в ее характеристиках. Пользователю предоставляется возможность настройки виртуального синтезатора в соответствии с производительностью своего компьютера.
После установки на PC программа идентифицируется системой как MIDI-yc-тройство. Вы можете использовать это виртуальное устройство в музыкальном редакторе точно так же, как использовали бы настоящий синтезатор.
О присутствии программного синтезатора в системе свидетельствует появление в
Панели управления Windows новой иконки.
Щелчком по этой иконке вызывается окно настроек драйвера виртуального синтезатора, изображенное на рис. 1.37. Рассмотрим опции этого окна.
В группе
Effect можно включать или выключать типы эффектов, которые поддерживаются синтезатором. Конечно, хорошо, когда включены все эффекты, но для этого требуется мощный процессор. Отключив один или два (или все три) типа эффектов, можно существенно снизить требования программы к вычислительным ресурсам процессора.
Sample Rate — частота сэмплирования. Здесь комментарии излишни: чем больше, тем лучше (лишь бы процессор смог справиться с этой задачей). CPU Load
— допустимая загрузка (занятость) процессора. Наилучшая допустимая загрузка с точки зрения качества синтезируемого звука — 90 %. Но процессорного времени для других программ при воспроизведении музыки останется очень мало. При такой загрузке маломощного процессора выполнение параллельно запущенных программ может попросту остановиться. Polyphony — максимальная полифония. Группа
Direct Sound содержит всего два переключателя, позволяющих подключать или отключать звуковые драйверы Microsoft DirectX, благодаря которым можно более эффективно использовать аппаратное обеспечение и меньше загружать процессор.
Нельзя не упомянуть о симпатичном проигрывателе MIDI-файлов, поставляемом вместе с виртуальным синтезатором, а также о самих демонстрационных MIDI-файлах, использующих возможности стандарта XG. Вид проигрывателя показан на рис. 1.38.
Кнопка Power эквивалентна кнопке, закрывающей окно. Кнопка с горизонтальной чертой минимизирует окно программы. Нажав кнопку SONG, можно создать список файлов, которые будут- воспроизводиться в заданном вами порядке. Окно диалога редактора списка показано на рис. 1.39.
Здесь-то мы и столкнулись с первым (и последним) недостатком, обнаруженным нами у данной программы — она не поддерживает длинных имен файлов (вместо каталога Program Files мы видим progra-). Может быть, в версии этого проигрывателя, имеющейся у вас, этот недостаток будет уже устранен.
Рис. 1.39.
Редактор списка файлов для воспроизведения В этой нехитрой панели вы, конечно, разберетесь и без нашей помощи.
Вернемся в главное окно проигрывателя (рис. 1.38). Кроме стандартных кнопок управления и поля в стиле ЖК-индикатора с названием текущей музыкальной композиции, здесь имеются кнопки настройки проигрывателя (SET) и помощи (?), Нажав кнопку SET, вы вызовете окно диалога, возможный вид которого показан на рис. 1.40. В этом окне содержится список доступных MIDI-устройств. Выбрать можно только одно устройство. Оно и будет воспроизводить MIDI-файлы.
Рис. 1.40.
Настройка MIDI-проиг-
рывателя
Снова вернемся в главное окно MIDI-проигрывателя. С помощью кнопок со стрелками можно сменить темп воспроизведения (текущий темп отображается на «ЖК-индикаторе»). В правой части окна расположен движок регулятора громкости. Он управляет программной громкостью генерируемого звука. Громкость нужно установить так, чтобы не переполнялась разрядная сетка ЦАП звуковой карты.
В заключение отметим: возможно вам покажется, что виртуальный синтезатор — вещь капризная и требует особой заботы со стороны пользователя. И в этом вы будете совершенно правы. С аппаратным синтезатором и проблем меньше, и звучит он несравнимо лучше.
