Громкость и экспрессия

Прежде, чем говорить про управление громкостью в MIDI, стоит вспомнить о том, как обстоит дело при работе с "живыми" музыкантами.

Все существующие исполнительские составы можно разделить на два типа: естественно сбалансированные и несбалансированные. К первому типу относятся составы, которые могут звучать без системы звукоусиления (без "подзвучки" микрофонами), в естественных акустических условиях. По большей части это оркестры и камерные ансамбли, исполняющие классическую музыку, иногда джазовые оркестры и небольшие коллективы. Во времена, когда писалась классическая музыка, звукоинженеров не было, и о балансе заботились сообща: архитекторы при строительстве концертных залов, мастера при изготовлении музыкальных инструментов, композиторы, дирижеры и, конечно, сами музыканты.

Управляя оркестром, дирижер создает комфортное, сбалансированное звучание, следуя партитуре композитора. Композитор, в свою очередь, при создании партитуры следит за тем, чтобы ни один из компонентов ансамбля или оркестра не заглушал другой. Так, например, одна скрипка обладает очень тихим звуком по сравнению с тромбоном. Если нужно сбалансировать эти инструменты, композитор поручает одну и ту же партию нескольким скрипкам, то есть группе музыкантов. При этом происходит естественное акустическое звукоусиление более тихих инструментов по сравнению с более громкими.

Большая же часть современной музыки исполняется несбалансированными составами, то есть составами, которые не могут прозвучать в естественной акустике без системы звукоусиления и искусственной регулировки баланса. Надеюсь, не стоит объяснять, что если в рок-группе музыкант играет соло на флейте, то без подзвучки оно безнадежно утонет в мощном звуке остальных инструментов. Балансировку такого состава производит звукоинженер электронным способом, в микшерном пульте, при этом исходная акустическая мощность сигналов значения не имеет. Легким движением фейдера ту же флейту можно сделать в два раза громче всех остальных инструментов, поскольку звук к слушателю приходит от акустических систем концертного зала. И хотя музыканты по ходу исполнения могут изменять динамику звука, решающее слово в балансе остается за звукоинженером. Это тем более относится к чисто электронной музыке, где живые исполнители вовсе отсутствуют.

Так что же с MIDI?

Предположим, стоит задача сымитировать звучание естественно сбалансированного состава. В этом случае, по идее, достаточно одного параметра Velocity: скорость нажатия клавиш определяет текущий динамический оттенок (форте или пиано) партии. Однако при совместном звучании партий в мультитембральном тон-генераторе их относительный баланс чаще всего неудовлетворителен и требует дополнительной регулировки.

Связано это с тем, что при создании пэтчей не учитывается реальная акустическая мощность инструментов. Ранее говорилось о рекомендованном соотношении значения динамики (Velocity) и выходного уровня сигнала. Так вот, для всех пэтчей оно одно и то же. Это значит, что при игре с одной и той же динамикой, например, партии клавесина и трубы, выходной уровень обоих партий будет примерно одинаковым, чего в реальной жизни быть не может (труба намного громче клавесина). В принципе, такого несоответствия можно избежать, уменьшая выходной уровень семплов в настройках акустически тихих программ, но это не выход. Во-первых, при прочих равных условиях ухудшится соотношение сигнал/шум, а во-вторых, при имитации несбалансированного ансамбля такая поправка в уровне будет только мешать.

Итак, параметра Velocity для выстраивания баланса нескольких партий недостаточно. На помощь приходит сообщение MIDI Volume (контроллер СС#7/СС#39), которое задает громкость звучания на MIDI-канале. Его действие можно сравнить с фейдером канала в микшерском пульте. С какой бы динамикой не извлекал звуки исполнитель, уровень партии в миксе будет зависеть от положения фейдера. Говоря языком MIDI — какая бы скорость нажатия не использовалась, выходная громкость партии будет зависеть от значения MIDI Volume.

В современных тон-генераторах тембр при увеличении динамики, как правило, изменяется (становится ярче). Применяя совместно Velocity и MIDI Volume, можно получить любые сочетания "яркость/громкость". Например, максимальное значение Velocity при небольшой громкости канала создает впечатление очень яркого по тембру, но тихого инструмента.

В мультитембральном тон-генераторе после отстройки относительного баланса партий (с помощью сообщения MIDI Volume) может потребоваться регулировка общей громкости устройства (уровня мастер-выхода). Для этого чаще всего используется сообщение SysEx Master Volume (поговорим в следующей статье), иногда — значение громкости одного из каналов или контроллера типа General Purpose.

Большинство устройств игнорируют LSB в сообщении MIDI Volume и позволяют производить только грубую настройку (128 уровней), посредством MSB (контроллер CC#7). Некоторые старые синтезаторы на сообщение MIDI Volume не реагируют.

Бок о бок с сообщением громкости канала идет сообщение экспрессии (Expression, СС#11 / CC#43). Его название может сбить с толку, поскольку прямой перевод с английского (expression — выразительность) — довольно расплывчатое понятие. Многие в этой связи склонны ожидать от контроллера экспрессии какую-либо тонкую настройку пэтча (например, посредством фильтров) или других чудес. На самом деле все гораздо проще.

Слово Expression как музыкальный термин соответствует понятию "нюанс" русской музыкальной терминологии, которое означает, прежде всего, динамический нюанс исполнения — форте, пиано и т. д. Таким образом, контроллер экспрессии предназначен для дополнительного управления громкостью MIDI-канала. Как и в случае с сообщением MIDI Volume, большинство тон-генераторов допускают только грубую настройку экспрессии (128 уровней) посредством MSB (контроллер CC#11).

При максимальном значении экспрессии громкость канала равна текущему значению MIDI Volume. При уменьшении экспрессии начинается уменьшение результирующей громкости. Когда экспрессия равна нулю, громкость канала также равна нулю; когда экспрессии "половина", то и громкость канала равна половине от текущего значения MIDI Volume.

Зачем нужно такое двухуровневое управление громкостью? Для удобства. Довольно часто требуется плавное нарастание или затухание звука (крещендо или диминуэндо) в каком-либо месте партии. Предположим, что для этой цели у нас есть только контроллер MIDI Volume. С помощью него мы создаем кривую нарастания звука, которая имеет довольно затейливую форму. В соло нарастание звучит хорошо. Но в миксе партия теряется. Как быть? "Поднять" всю кривую. Это значит, что каждое событие об изменении громкости канала должно быть пересчитано в сторону увеличения, а это не всегда делается легко и быстро. Кроме того, может просто не хватить запаса по громкости: если некоторые события MIDI Volume на кривой уже имеют большое значение, например, 120, то поднять всю кривую более чем на 7 пунктов не получится. А партия все равно может звучать недостаточно громко...

Гораздо проще управлять динамикой внутри партии с помощью сообщения экспрессии, а с помощью MIDI Volume балансировать партию со всеми остальными. Тогда в нашем случае задача упрощается: нужно только увеличить общую громкость канала, а кривая нарастания останется неизменной.

Исходя из этого, протокол MIDI рекомендует использовать сообщение MIDI Volume только для общей балансировки партий, один раз в самом начале аранжировки, а динамические изменения в процессе звучания производить с помощью сообщения экспрессии.

Еще один пример. Предположим, мы отстроили баланс партий рояля и баса так, что партия рояля имеет громкость 110, а баса — 90. Теперь, если в какой-то момент времени понадобится, скажем, уменьшить громкость обеих партий в два раза, достаточно послать на оба канала сообщение экспрессии со значением 64. После этого громкость рояля станет равна 55, а баса — 45. Можно представлять себе контроллер громкости как фейдер канала в микшере — с помощью него производится статическая балансировка. Экспрессия в данном случае является аналогом группового фейдера, с помощью которого изменяется громкость нескольких дорожек, с сохранением относительного баланса между ними.

Сообщение MIDI Volume обычно производится слайдером громкости на передней панели инструмента, для сообщения экспрессии может использоваться педаль. Однако записывать в секвенсор лучше только сообщения экспрессии, поскольку сообщение MIDI Volume должно появляться на канале один раз в самом начале аранжировки. Если инструмент позволяет, лучше настроить его так, чтобы вместо СС#7 передавалось сообщение экспрессии. А можно использовать возможность переназначения контроллеров в секвенсоре. После записи всех партий сообщения громкости канала вводятся вручную, в процессе отстройки баланса.

Теперь пример. Мы работаем на десятом MIDI-канале и выставляем уровень громкости на 100 (чаще всего это значение используется по умолчанию), а экспрессию на 120. Наш тон-генератор понимает только грубую настройку посредством MSB. Последовательность байт изображена на рис. 41.

Протокол MIDI рекомендует логарифмическую зависимость уровня сигнала на выходе MIDI-канала от значений громкости и экспрессии. Если тон-генератор на экспрессию не реагирует, она считается максимальной, и формула приобретает вид, показанный на рис. 42_1а для случая, когда используется грубая настройка посредством MSB (CC#7), и на рис. 42_1б, если используется тонкая настройка (MSB:LSB, CC#7/CC#39). Если устройство реагирует на экспрессию, то значения громкости и экспрессии перемножаются: рис. 42_2а при грубой настройке обоих параметров, рис. 42_2б — при тонкой.

Трехмерный график на рис. 43 наглядно иллюстрирует эту зависимость. Под графиком приводится таблица с несколькими значениями контроллеров и выходным уровнем канала.

Панорама

Сообщение Pan (контроллеры CC#10/CC#42) устанавливает панораму на MIDI-канале, то есть определяет положение партии в стереобазе. Сообщение имеет смысл только для тех тон-генераторов, которые имеют стереовыход или несколько выходов, работающих как стереопары.

В зависимости от конкретной архитектуры тон-генератора это сообщение может быть регулятором панорамы или баланса. Например, если структура пэтча такова, что в блок VCA инструмента приходит моносигнал, то под воздействием сообщения Pan синтезатор просто делит моносигнал на левый и правый канал в нужной пропорции, и с выхода блока снимается псевдостереосигнал. Но во многих тон-генераторах используются стереосемплы (или задействованы два осциллятора, или несколько слоев с установленным положением слоя в стереобазе на уровне пэтча). Так как в этом случае сигнал приходит на вход VCA уже стереофоническим, то сообщение будет работать как регулятор баланса, то есть задавать относительный уровень левого и правого каналов.

Панорама должна влиять на все ноты канала, включая уже звучащие в момент прихода сообщения (хотя не все тон-генераторы следуют этому требованию). Реакция устройства на изменение панорамы должна быть немедленной. Некоторые устройства не позволяют выполнять динамическое панорамирование — как только на канале появилось сообщение Pan, оно считается фиксированным и все последующие сообщения игнорируются.

Большинство устройств реагируют только на MSB сообщения (контроллер CC#10) и, таким образом, позволяют разбить всю стереобазу на 128 точек. При этом за центральное положение считается значение 64, значения, меньшие 64 (до 0) — панорама влево, большие (до 127) — вправо. Для тех устройств, которые используют тонкую подстройку для панорамы, центральным значением является 8182 (шестнадцатеричное 0x2000). Увеличение значения (до 16383) — панорама вправо, уменьшение (до 0) — влево.

Если мы работаем на первом MIDI-канале и панорамируем партию в положение "полулево", то получится последовательность байт, показанная на рис. 44.

Рекомендованная формула для уровня левого и правого каналов при заданном значении панорамы изображена на рис. 45.

Графики на рис. 46 наглядно демонстрируют эту зависимость: левый — в децибелах, правый — в процентах от максимальной амплитуды.

Педали

В спецификации определены сообщения для семи различных типов педалей. При этом только одно из них (Foot Controller) попадает в разряд непрерывных контролеров высокого разрешения. Все остальные являются контроллерами-переключателями.

Сообщение Foot Controller (CC#4/CC#36) может управлять всем, чем угодно. Многие устройства позволяют музыканту настроить любой параметр для изменения посредством этого сообщения. Поскольку физически педаль выполняется на основе потенциометра (то есть может выдавать некоторый диапазон значений), то часто она применяется для тех же эффектов, что и послекасание. Иногда — для изменения строя партии в реальном времени.

Педали-переключатели делятся на две группы: педали, аналогичные педалям рояля (Damper, Sustenuto, Soft), и специальные педали, предназначенные для звукоизвлечения, не характерного для клавишного инструмента (Portamento, Legato, Hold 2). Действие педали портаменто обсуждалось ранее.

Сообщение Damper Pedal (оно же Sustain Pedal, оно же Hold Pedal), СС#64, действует аналогично правой педали фортепиано (когда демпферы поднимаются со всех струн и остаются в таком состоянии до отпускания педали). Ноты, звучащие в момент прихода сообщения, а также все последующие продолжают звучать на участке поддержки (Sustain) до тех пор, пока педаль не будет отпущена. При этом неважно, отпустили вы нажатые клавиши или нет. Если вы отпустили все клавиши, но держите педаль нажатой, ноты могут звучать неограниченно долго. После отпускания педали все ноты на канале разом затухают (переходят в стадию Release). Если при нажатой педали пришло сообщение режима канала All Notes Off, то его выполнение задерживается до отпускания педали.

Сообщение педали сустейна является настоящим пожирателем полифонии. Ведь пока нота не выключена, голос (или несколько голосов), необходимые для ее воспроизведения, заняты и не могут быть отданы под вновь поступившие ноты. Превысить доступную полифонию не составляет труда — достаточно при нажатой педали взять по очереди десяток-другой нот.

Замечу, что это сообщение не позволяет осуществить полноценную имитацию действия правой педали фортепиано, поскольку имеет только два жестких состояния: On и Off. В реальной жизни правую педаль можно нажать не до конца, а чуть-чуть, чтобы демпферы оставались очень близко к струнам и в какой-то мере влияли на их звучание.

Пример последовательности байт при нажатии педали на втором MIDI-канале показан на рис. 47.

Сообщение Sustenuto (СС#66) действует аналогично средней педали (sostenuto) у рояля (эта педаль еще называется селективной педалью сустейна). При поступлении сообщения выдерживаются только ноты, которые в этот момент уже звучат. Ноты, взятые при нажатой педали, ведут себя обычным образом. Так же, как и в предыдущем случае, если при нажатой педали пришло сообщение режима канала All Notes Off, то его выполнение задерживается до отпускания педали.

Опытные пианисты широко используют эту педаль, поскольку она позволяет придать исполнению тонкую нюансировку и избежать общего педального гула. Например, берется аккорд, затем нажимается педаль состенуто, затем аккорд снимается. Но он продолжает звучать, создавая общую гармонию, на фоне которой последующие ноты звучат с демпферами, а, значит, без гула, образуя интересные сочетания с фоновым аккордом.

Сообщение Soft Pedal(CC#67) действует аналогично левой педали фортепиано — при ее нажатии звук приглушается. У пианино и роялей реализация механизма приглушения разная, но в любом случае звук становится не только тише, но еще и приобретает более мягкую окраску. Обычно тон-генераторы реагируют на это сообщение простым уменьшением громкости, но в некоторых пэтчах (имитирующих звуки рояля) может меняться и окраска.

Сообщение Legato Footswitch(CC#68, появилось в 1992 году) включает эффект легато, то есть связной игры двух последовательных нот. Эффект достигается тем, что у второй ноты пропускается стадия атаки в огибающей. Педаль легато часто используется для имитации фраз духового или струнного инструмента, но также популярна и с синтетическими звуками.

Сообщение Hold 2(оно же Sustain 2), СС#69, имеет смысл только для тех инструментов, генератор огибающей которых имеет две стадии поддержки. При нажатии педали включается вторая стадия.

Синтез

В каждом синтезаторе применяется своя схема синтеза, своя конструкция компонентов (осцилляторов, фильтров, усилителей и т. д.), свои варианты их использования. Причем в продукции одной и той же фирмы эти варианты часто отличаются. Поэтому спецификация определяет только самые общие, наиболее характерные для большинства тон-генераторов параметры. Например, управление длительностью фаз в генераторе огибающей. Если предложенные сообщения производителя не удовлетворяют, он всегда может использовать SysEx или NRPN.

Сообщение Balance (CC#8/CC#40) изначально предполагалось использовать в тех тон-генераторах, у которых в структуре каждого голоса есть два осциллятора. Такая структура позволяет создавать битембральные звуки (например, один осциллятор производит прямоугольную волну, другой — "пилу" или шум), а также использовать стереосемплы (один осциллятор воспроизводит левый канал, другой правый). Сообщение Balance изменяет относительный уровень первого и второго осциллятора. Среднее значение говорит о том, что сигнал с обоих осцилляторов берется в равной пропорции, значения меньше среднего — преобладает первый осциллятор, больше — второй. Баланс осцилляторов регулируется перед панорамированием канала посредством сообщения Pan. Это позволяет сначала задать исходную стереокартину пэтча, а потом спанорамировать пэтч в миксе. Здесь прослеживается некоторая аналогия с контроллерами экспрессии и громкости.

Однако это сообщение, скорее, рудимент, оно редко используется производителями. В современных тон-генераторах усложнилась структура синтеза, пэтчи стали многослойными, с собственными настройками каждого слоя и прочими тонкостями, которыми проще управлять с помощью SysEx или NRPN. Короче, сообщение Balance не прижилось. Правда, некоторые производители (например, Korg) иногда используют его совместно с инсертными эффектами для управления балансом после обработки. Причем, как правило, в виде грубой настройки (CC#8).

Остальные сообщения, влияющие на синтез, являются непрерывными контроллерами низкого разрешения. Стандартное значение для них — 64.

Сообщение Sound Controller 1 (CC#70, оно же Sound Variation) может влиять на любой блок в структуре синтеза (огибающие, фильтры, цепи модуляции и т. п.). Например, если используется принцип воспроизведения семплов, это сообщение может управлять скоростью проигрывания семпла (что, соответственно, изменяет высоту тона). В FM-синтезаторе оно может задавать глубину частотной модуляции и тому подобное.

Сообщение Sound Controller 2 (CC#71, оно же Timbre/Harmonic Intensity) управляет фильтром (VCF). Как правило, этот параметр задает глубину резонанса.

Сообщение Sound Controller 3 (CC#72, оно же Release Time) управляет временем затухания генератора огибающей (VCA), сообщениеSound Controller 4 (CC#73, оно же Attack Time) — временем атаки.

Сообщение Sound Controller 5 (CC#74, оно же Brightness) управляет частотой среза фильтра.

Работа пяти следующих сообщений (Sound Controller 6, 7, 8, 9, 10) изначально не регламентировалась, кроме того, что это были дополнительные контроллеры для изменения параметров синтеза. Но с появлением спецификации General MIDI 2 их действие четко определено. Поговорим об этом в статье, посвященной совместимости.

Эффекты

Спецификация MIDI создавалась в тот момент, когда встроенные эффекты в синтезаторах были немногочисленны, имели немного параметров настройки, либо вовсе отсутствовали. Поэтому стандартных сообщений для управления эффектами всего семь. Естественно, они не дают той полноты управления, каковую предлагают для встроенных эффектов современные тон-генераторы. Так что многие производители в дополнение к стандартным сообщениям широко используют сообщения SysEx или NRPN.

Первые два сообщения, Effect Control 1 (CC#12/CC#44) и Effect Control 2 (CC#13/CC#45), — непрерывного типа и высокого разрешения. Стандартная реакция на них протоколом не определена, тон-генератор может использовать их для любого параметра, имеющего отношение к встроенному эффекту.

Следующие пять сообщений относятся к контроллерам низкого разрешения. Если байт данных в них равен нулю, то инструмент должен отключить эффект.

Сообщение Effect 1 Depth(CC#91, оно же Reverb Send Level) изначально называлось просто External Effect Depth (глубина внешнего эффекта). Часто применяется для управления количеством реверберации (или уровнем посыла на ревербератор).

Сообщение Effect 2 Depth(CC#92, оно же Tremolo Depth) задает глубину амплитудной модуляции (глубину тремоло).

Сообщение Effect 3 Depth(CC#93, оно же Chorus Send Level, изначально называлось Chorus Depth) задает глубину (уровень) хоруса.

Сообщение Effect 4 Depth(CC#94, оно же Celeste (Detune) Depth) задает глубину расстройки, что актуально для такого инструмента, как челеста.

Сообщение Effect 5 Depth(CC#95, оно же Phaser Depth) задает глубину (уровень) обработки эффектом фейзер.

Поиск по сайту: