Руфат СУЛЕЙМАНОВ
Музыкальное Оборудование
апрель 1999
Нейронные сети приходят на помощь гитаристам.
Более двадцати лет гитаристы всего мира в поисках новых звучаний постоянно экспериментируют с синтезаторами и семплерами, управляя ими при помощи гитар, а не более привычных для этого дела клавиш. За это время было придумано немало гитароподобных устройств, специально предназначенных для этой цели, однако большой популярности они не получили из-за дороговизны, а главным образом из-за нежелания гитаристов выпускать из рук свои любимые инструменты. Хотя, справедливости ради надо отметить, что обычная гитара, мягко говоря, не очень приспособлена для управления синтезатором. Для того, чтобы элементарно определить, какая нота сыграна на гитаре, нужно ни много ни мало распознать по колебанию струны высоту сыгранной ноты. А это дело нешуточное. И все же, именно метод преобразования колебаний струн в цифровые сигналы для управления внешними звуковыми модулями и стал самым популярным. С появлением стандарта MIDI эта задача свелась к преобразованию аналоговых сигналов со струн в сигналы MIDI. А устройства подобного типа стали называться гитарными MIDI-конверторами. Общая картина выглядит так: на гитару устанавливают специальный звукосниматель с отдельным датчиком для каждой струны. Датчик подает сигналы со струн на MIDI-конвертор, а тот преобразовывает их в MIDI-сообщения.
Предыстория
Хотя в восьмидесятые годы MIDI-конверторы выпускали все, кому не лень, лидерство в этой области по праву принадлежало фирме Roland. Алгоритм преобразования колебаний струны в MIDI-сигналы этой фирмы не отличался особой оригинальностью. Кстати говоря, этот алгоритм не претерпел никаких изменений до сих пор — он одинаков как для уже ставшей раритетом модели гитарного синтезатора GR 50, так и для последней разработки Roland — модели GR 30, хотя разница в возрасте у них более десяти лет! Для распознавания высоты ноты устройствам фирмы Roland нужно дождаться устойчивых периодических колебаний. Для этого конверторам необходимо проанализировать два полных периода колебания струны. Нетрудно посчитать, что при игре на низких струнах, тем более на бас-гитаре, этот алгоритм дает значительные задержки. В совокупности с другими факторами, также влияющими на скорость распознавания нот, задержка достигает 30-35 миллисекунд. А это уже заметно на слух. Фирма Roland обходит эти задержки, встраивая в свои конверторы синтезаторы, с которыми, благо, у нее всегда было все в порядке. Звуки синтезаторов специальным образом настраиваются на алгоритм распознавания, а алгоритм, в свою очередь — на звуки. Таким образом, играть на гитарном синтезаторе (например, GR 30) внутренними звуками и звуками внешних синтезаторов, подключенных к его MIDI-выходу — это «две большие разницы».
Все изменилось с приходом на рынок немецкой фирмы Blue Chip с конверторами AXON, которым для распознавания высоты звука требуется всего лишь полпериода колебаний струны.
Алгоритм раннего распознавания
Инженеры фирмы Blue Chip, которыми руководил Andras Szalay (в прошлом разработчик MIDI-конверторов фирмы Shadow), разработали специальный алгоритм раннего распознавания, основанный на принципе нейронных сетей.
Была поставлена задача — распознавать высоту звука как можно скорее, не дожидаясь устойчивых периодических колебаний. Алгоритм распознавания основан на быстром предугадывании характера звука с помощью базы данных (в терминах искусственного интеллекта — «базы знаний»), содержащей информацию о тысячах различных образцов гитарных звуков.
Заполнение этой базы знаний фактически и было основной работой инженеров из Blue Chip. Следует отметить, что ранним распознаванием дело не ограничивается — динамика звука и длина колеблющейся части струны продолжает анализироваться и дальше, но реагировать на вашу игру и преобразовывать в MIDI алгоритм начинает практически мгновенно. Как результат — четырехкратное увеличение скорости распознавания: полпериода, вместо традиционных двух полных. И хотя на конечный результат влияет еще масса других факторов, MIDI-задержка уменьшается почти в три раза и на низких нотах уже можно говорить о вполне приемлемых 9-11 миллисекундах. Это сделало возможным впервые использовать MIDI-конвертор бас-гитаристам, а также любителям «быстрой» игры и теппинга. Дополнительным плюсом данного алгоритма является возможность распознавать место звукоизвлечения. О том, как это можно использовать, будет рассказано далее.
Другим важным качеством нейронных сетей является их способность самообучаться. Алгоритм раннего распознавания фактически может приспособиться к стилю вашей игры. Некоторые пользователи AXON отмечают, что по мере работы с прибором результаты постоянно улучшаются: исчезают ошибки в виде неправильных нот, уменьшаются задержки. Это и есть нейронные сети в действии — прибор учится!
Внешний вид и подключения
AXON AX 100 — это уже четвертое устройство в серии конверторов AXON. Первыми были NGC 66, NGC 60 и NGC 77. В AX 100 используется более мощный процессор, и он, в отличие от своих полурэковых предшественников, выполнен в виде рэкового модуля (рис. 1).
Существуют две модели: AX 100 и AX 100 SB. Вторая модель содержит встроенную звуковую плату фирмы Yamaha — практически полный аналог известной звуковой платы DB 50 XG. Причем, необходимо отметить, что обращение к этой плате происходит по MIDI, и поэтому никакой разницы в скорости появления звука при использовании этой платы или внешнего модуля нет — в обоих случаях звук появляется быстро, в отличие, например, от Roland GR 30.
Для работы с AX 100 необходимо установить на гитару MIDI-датчик (рис. 2). Самый распространенный тип датчика — внешний, магнитный. Существуют датчики для обычных гитар (AIX 101) и бас-гитар (AIX 103). Нужно отметить, что датчики Blue Chip электрически полностью идентичны датчикам других фирм: Roland GK 2a (стандарт де-факто), Yamaha G 1 D и др. Хотя эти датчики сделаны для использования на самых разных гитарах, все же, следует отметить, что проектировались они как компромисс между межструнными расстояниями гитар Gibson и Fender. Кроме того, иногда возникают сложности с установкой этих датчиков, поскольку на некоторых гитарах не хватает места между собственными звукоснимателями и нижним порожком. Так что следует предварительно проверить возможность установки на вашу гитару MIDI-датчика. Для подключения датчика к конвертору используется 13-контактный кабель.
Теперь давайте взглянем на переднюю и заднюю панели AX 100. На передней находятся: 13-контактный вход для сигнала с датчика, вход для монофонического источника, например, микрофона, сигнал с которого тоже может преобразовываться в MIDI, правда, принцип нейронных сетей при этом не используется, так что результаты не столь впечатляющие. Далее располагается жидкокристаллический дисплей, многофункциональные кнопки для управления прибором и выключатель питания. Многофункциональные кнопки очень остроумно расположены в соответствии с делением гитары на зоны (см. далее).
На задней панели (рис. 3) находятся: стереовыход со встроенной звуковой платы, полный набор MIDI-разъемов, разъемы для подключения двух педальных переключателей и двух педалей громкости, разъем для подключения блока питания и моновыход гитары.
«Мускулы» AX 100 SB
AX 100 позволяет делить гитару на различные сегменты с автономными MIDI-установками в каждом. Среди MIDI-установок: тембр (номер пэтча) на синтезаторе, звуками которого вы хотите играть, громкость, панорама, типы эффектов, транспозиция и многое другое. Гриф гитары может быть разделен на две половины по струнам (рис. 4) и по ладам (рис. 5). Итого четыре сегмента. Место звукоизвлечения делится на три зоны (рис. 6). Всего получается 4 x 3 = 12 возможных сегментов. Еще один набор MIDI-установок получается при нажатии одной из педалей, подключенной к гнезду HOLD на задней панели.
Пэтч прибора хранит информацию о делении на зоны, о параметрах звука внешнего или внутреннего звукового модуля, о настройке педалей, арпеджиатора, секвенсора и т. д.
Встроенные арпеджиатор и секвенсор ничего сверхвыдающегося собой не представляют, но придают прибору дополнительные возможности, вполне позволяющие музыканту, вооруженному гитарой и AX 100 SB, изображать из себя «человека-оркестра».
Работа с четырьмя педалями позволяет по MIDI добавлять в игру нюансы посредством контроллеров (portamento, expression, panorama и любых других).
Работает AX 100 следующим образом. Информация с каждой струны преобразуется по своему MIDI-каналу последовательно, начиная с базового канала, который выбирает сам пользователь. Например, если вы выбрали базовым канал 1, то первая струна будет соответствовать первому MIDI-каналу, вторая — второму, и т. д. Альтернативными шестью каналами являются каналы, которые активизируются при нажатии педали, подключенной к разъему HOLD. Причем, эти каналы могут работать одновременно с основными шестью, например, для наложения двух звуков. Еще один MIDI-канал отводится для секвенсора. Итого получаем тринадцать занятых MIDI-каналов. Таким образом, при нормальной работе AX 100 внутренний 16-канальный звуковой модуль будет загружен почти «под завязку» и использовать его на что-то другое уже не получится.
Еще немного арифметики. 12 каналов — это 12 нот максимум. Во встроенном звуковом модуле звук может состоять из двух элементов. Итого получаем 24 потенциально задействованных голоса. Еще четыре голоса — секвенсор, и два — арпеджиатор. То есть, опять-таки почти исчерпывается лимит в 32-голоса встроенной звуковой платы. Эти цифры нужно учитывать при использовании или покупке внешнего звукового модуля.
И на десерт. Самой сильной стороной AX 100 SB, после уникального алгоритма распознавания, следует признать возможность обновления операционной системы с помощью EPROM. Это очень важное свойство, поскольку алгоритм распознавания совершенствуется. Обновление можно производить самостоятельно. Вы покупаете этот самый EPROM, похожий на большую плоскую таблетку, и вставляете взамен старого. Как говорил бессмертный киногерой: «Достаточно одной таблэтки». Прибор обновлен и годен к эксплуатации. Также немаловажной является возможность работы с любыми типами гитар и звукоснимателей: бас-гитарой, пьезогитарой, обычной электрогитарой. Возможна работа и с другими струнными инструментами: скрипкой, виолончелью и пр.
Тестирование AX 100 SB
Для тестирования использовались две гитары: обычная электрическая гитара Ibanez и пьезо-акустическая Godin ACS с нейлоновыми струнами (для подобных гитар, пьезодатчик — единственная возможность преобразования игры на ней в MIDI). На Ibanez поочередно устанавливались датчики AXON AIX 101 и Roland GK 2. Забегая вперед, скажу, что никакой разницы в их работе обнаружено не было, что и ожидалось. В Godin ACS встроен MIDI-пьезодатчик, так что рядом с обычным выходом типа джек на этой гитаре располагается 13-контактный MIDI-выход.
Прибор опробовался как со встроенной звуковой платой, так и с внешним модулем Yamaha MU 80. И, опять-таки, никакой разницы в скорости работы между ними обнаружено не было.
Гитары поочередно подключались к 13-контактному входу на AX 100. При необходимости, подключенную гитару можно настроить с помощью встроенного тюнера. Затем выбирается тип гитары (Guitar или Bass) и тип звукоснимателя. Я выбирал Piezo для Godin ACS и AIX 101 для Ibanez. Тип звукоизвлечения также нужно выбирать, поскольку некоторые пьезодатчики, а также игра пальцами, дают недостаточно информации для полноценной работы алгоритма. Для игры пальцами предусмотрен режим Finger, при котором используется старый двухпериодный алгоритм, а принцип нейронных сетей не используется и определение места звукоизвлечения невозможно. Совет: не торопитесь выбирать режим Piezo, даже если у вас стоит пьезодатчик — некоторые пьезодатчики имитируют магнитные. Не спешите также и с режимом Finger, даже если вы классический гитарист и собираетесь играть пальцами. Более того, иногда лучше применить режим Bass с обычной гитарой. Экспериментируйте!
Следующий этап — установка чувствительности струн. Так как идеально установить звукосниматель трудно, да и струны на гитаре разные по силе звука, нужно отрегулировать чувствительность каждой струны.
И хотя остается еще парочка-троечка параметров, требующих установки, можно уже начинать играть. Я попробовал — и результат произвел на меня очень приятное впечатление. Особенно с гитарой Godin. Дело в том, что пьезодатчики аккуратнее снимают звук. Скорость распознавания отличная, принцип нейронных сетей и определение места звукоизвлечения работают. Последнее было неожиданностью, поскольку я знал, что датчики RMC, встроенные в Godin, оптимизированы под Roland и нейронные сети с ними не работают. Но, видимо, в последней версии операционной системы (вот что значит обновление операционки!) были сделаны необходимые изменения.
Далее, мной было проверено все, что только можно было проверить: арпеджиатор, секвенсор, работа с зонами, действие педалей. Все работало так, как и описано в документации.
Затем тестирование продолжилось с гитарой Ibanez, что потребовало настройки прибора — хорошо, что AX 100 SB обладает памятью для хранения настроек (до четырех гитар), так что ваш «скорбный труд» по настройкам не пропадет. Результаты же работы с гитарой Ibanez меня не разочаровали.
Сравнение работы подопытного прибора с гитарным синтезатором Roland GR 1 оказалось явно не в пользу последнего, прежде всего, в скорости реакции на игру — AXON практически свободен от мучающих гитаристов задержек.
Звуковая плата
Сама по себе звуковая плата ничего сверхпримечательного собой не представляет. Обычная плата типа DB 50 XG, если не она самая, с хорошо знакомым многим звучанием. Правда, называется она «AXON Soundboard» (рис. 7).
Мое внимание привлек режим «QS300» этой платы. Известно, что платы типа DB 50 XG, SW 60 XG и модули MU 10 XG, QY 700 фирмы Yamaha имеют этот самый режим, делающих их совместимыми по формату звуков с синтезатором QS 300 той же фирмы. В каждую из этих плат можно подгружать до 32 звуков, правда, двухэлементных, в отличие от четырехэлементных QS 300. Беда лишь в том, что память, хранящая эти звуки, не является «батареечной», то есть при выключении питания звуки пропадают. Инженеры AXON остроумно решили эту проблему. Они хранят эти звуки в памяти устройства и посылают их в звуковую плату каждый раз при включении питания. Редактировать звуки в AX 100 SB можно и нажимая на нем кнопки, однако все знают, как это муторно. Одних параметров около 80! Но ведь звуки совместимы с QS 300, а в Интернете полно этих звуков и программного обеспечения для их редактирования! Но не тут-то было. Немецкие разработчики изменили ямаховский формат на собственный! Причем, спецификации этого формата неизвестны широкой общественности, а специализированного программного обеспечения для редактирования этих звуков нет. Пришлось вашему покорному слуге тряхнуть стариной. Формат был дешифрован и написана маленькая программка-конвертор из формата Yamaha QS 300 в формат AXON QS 300. Теперь можно смело сказать, что встроенная плата действительно является программируемым синтезатором.
Если вам не жалко каких-то полутора сотен условных единиц, советую приобрести модель со встроенной звуковой платой — пригодится.
Что в коробке?
В комплект поставки AX 100 входит сам контроллер, блок питания, документация, педальный переключатель и MIDI-кабель. Звукосниматель и 13-контактный кабель приобретаются отдельно. Дополнительно может быть приобретена также и звуковая плата для модели AX 100.
Несколько хороших слов о приборе
Безусловно, AXON — большой и серьезный шаг вперед. Не зря такой гигант, как Yamaha, купив у Blue Chip лицензию, выпустила свою модель G 50. Однако Yamaha G 50 есть не что иное, как AXON NGC 77 со старой версией операционной системы (которую нельзя заменить), без поддержки пьезодатчиков, без арпеджиатора и без секвенсора.
Основное преимущество AX 100 — возможность работы с любым типом гитар и с любым внешним звуковым модулем. Прибор очень гибкий и расширяемый, годится как для живой игры, так и для студийной работы. Первым корифеем, оценившим достоинства AXON и постоянно им пользующимся, является John McLaughlin. Он играет живьем, используя AXON с акустической гитарой с нейлоновыми струнами (рис. 8).
Несколько плохих (и пара хороших) слов о приборе
Оставляет желать лучшего дизайн. Скажем прямо: выглядит устройство не так ухоженно и приглаженно, как его конкуренты — приборы Roland и Yamaha. Но я не знаю человека, которого этот недостаток мог бы остановить.
Пользовательский интерфейс несколько неудобен, хотя есть надежда на его улучшение в грядущих версиях операционной системы.
Неудачная документация, с которой нелегко разобраться. Похоже, что это плохой перевод с немецкого на анлийский.
Прибор дороговат. Yamaha G 50 и Roland GR 30 стоят около 600$. AX 100 — 935$ (без звуковой платы) и 1111$ (со встроенной платой). Тому есть несколько причин. Первая — фирма Blue Chip маленькая, со всеми вытекающими отсюда последствиями. Вторая — немецкие фирмы придерживаются довольно жесткой ценовой политики на российском рынке. Третья — прибор имеет ряд несомненных достоинств по сравнению с конкурентами. Опыт показывает, что на приборы подобного, специфического типа, денег обычно не жалеют. Самое главное в этих приборах — как работает конвертор. Остальное, в том числе дизайн, встроенные звуки, арпеджиаторы, гармонайзеры и пр. — вторично. На мой взгляд, у каждого из представленных на российском рынке конверторов есть своя ниша. Ниша AXON — верхний сектор рынка. Кроме того, обновление операционной системы продлевает жизнь прибора, так что со временем он может обойтись дешевле, чем смена прибора конкурирующих фирм на новый.
Что нас ожидает в будущем
Есть мнение, что гитарные MIDI-технологии имеют серьезную перспективу развития. Судите сами. Только за последние несколько лет появилось множество новых разработок фирм Roland, Yamaha, Blue Chip, Bono Electronics, John Birch Co. Особо стоит отметить новую разработку Virtual DSP Corporation — ультракомпактный MIDI-конвертор, который легко умещается в гитару. Так что, получайте, пожалуйста, MIDI-выход прямо из вашего инструмента. Причем операционная система обновляется по MIDI и бесплатно. Однако фирма пока не собирается выпускать конверторы отдельно — только встроенными в гитары (стоит все это больше 3500$). Позиции AXON, как самого быстрого конвертора, пока непоколебимы. Но, наконец-то появившаяся в этой области конкуренция вселяет надежду на резкое улучшение качества подобных приборов при одновременном снижении цен на них.
Другая тенденция — это выпуск известными производителями специальных моделей гитар с уже встроенными MIDI-датчиками. Среди этих фирм Fender, Ovation, Godin, Brian Moore, Parker, Timtone, Shechter и др. Все эти гитары могут использоваться с AX 100 SB, поскольку встроенные датчики делаются совместимыми с датчиками Roland.
Заключение
На протяжении многих лет гитарные MIDI-конверторы вызывали скепсис у гитаристов. Основная причина — несоответствие того, что играет гитарист на своем инструменте, тому, что он слышит на выходе синтезатора. И хотя на конечный результат влияют сама гитара, ее корпус, тип струн, тип и качество MIDI-датчика, техника звукоизвлечения и кое-что еще, все же основным и самым сложным звеном в этой длинной цепи является сам MIDI-контроллер. Использование в AXON AX 100 новейших технологий типа нейронных сетей и последнего поколения RISC-процессоров, наконец, сдвинуло с места эту, казалось бы, застывшую на месте проблему.Blue Chip AX 100935$Blue Chip AX 100 SB1111$Blue Chip AIX 101170$MS-MAX
