Как перестать разговаривать с людьми и собрать свой первый синтезатор

Жизнь в 2021 не стала легче. Ледники всё ещё тают, границы закрыты, биткоин дорожает, а просмотров у любого челленджа в Тиктоке больше чем у всех видео с канала NASA вместе взятых. Что делать технарю, чтобы почувствовать себя уютнее в постоянно меняющемся мире где в новостях пишут что Земля снова плоская, а коллеги у кулера всерьёз обсуждают программирование микроконтроллеров на JavaScript?

Выход есть: зимой пора сделать то о чём вы давно мечтали, но не знали с какой стороны подступиться — собрать свой первый синтезатор. Я собрал 10 штук и сейчас расскажу с чего можно начать.

Зачем мне вообще таким заниматься?!

Во-первых, это может превратиться в клёвое хобби. Теория синтеза звука в целом и преобразование звуковых волн в частности вообще очень глубокая тема в которую можно нырнуть на годы и которая тесно связана с математикой. Любой может купить Korg Volca и крутить на нём ручки, но пойди разберись как именно каждая влияет на форму волны и почему.

Кроме того, у этого хобби так много разных граней, что оно привлекает совершенно разных специалистов от квадратных учёных, которые пишут матаппарат для DSP чтобы разговаривать с китами до круглых музыкантов которые при помощи синтезаторов (представьте себе) делают музыку. Наверняка в таком широком спектре вы легко найдёте сообщество единомышленников, или просто заведёте интересные знакомства.

Во-вторых, вы гарантированно узнаете что-то новое. И речь не просто об отличиях VCO от VCA. У меня был неплохой опыт с электроникой, но тут меня окунули головой в полистирольные конденсаторы и двуполярное питание. Где ещё такое встретишь?

В-третьих, большинство синтезаторов (в том числе проприетарных) дружелюбны к модификациям. Даже собирая что-то по инструкции у вас есть шанс случайно сделать уникальный синт, который будет только у вас. А история знает множество примеров того, как ошибки в схемотехнике или неправильные, а то и просто бракованные, компоненты становились основой звука который в будущем назовут легендарным. В конце-концов, есть circuit bending — набор почти хаотичных техник, которые позволяют вносить изменения в существующие печатные платы которые способны сильно изменить звук устройства.

В-четвёртых, вы можете делать это просто чтобы сэкономить деньги. Сюрприз: open-source синтезатор в виде кита с доставкой из-за рубежа будет стоить в 2-3 раза дороже, чем если вы сами купите все компоненты и спаяете его на коленке.

И наконец: на любом синтезаторе много клёвых ручек и мигающих лампочек. Давайте не будем себя обманывать — это, очевидно, главная причина чтобы его собрать.

Единственный вопрос на который нужно ответить прежде чем начать: Умеете ли вы паять?

Я не умею паять и презираю паяльник

Такое случается. К счастью, даже в этом случае есть возможность сделать что-то самостоятельно. Из-за того, что среди музыкантов очень много адептов DIY-культуры, этим активно пользуются крупные производители оборудования.

Например, вот Korg NTS-1 — монофонический синтезатор, который стоит сравнительно недорого не смотря на то, что базируется на довольно мощном чипе, использующем движок из более дорогой модели «настоящего» синтезатора — Korg Minilogue. Низкая цена обусловлена тем, что пользователю самому придётся его собирать. Паять ничего не нужно, речь лишь об отвёрточной сборке. Кроме того, компания сэкономила на материалах: корпусные детали — обычные PCB, которые приходят даже не разделёнными на части, и логистике — ни тебе блоков питания, ни громоздкой упаковки.

Похожим образом они уже выпускали переиздание легендарного Korg MS-20, который в собранном виде занял бы половину вашего стола, а разобранным приходит в коробке ноутбучного размера. Собрать его едва ли сложнее, чем табурет из Икеи.

Похожие проекты с отвёрточной сборкой есть у Moog (Werkstatt-01), Meeblip (SE), Gakken (SX-150) и много у кого ещё.

Если вам кажется, что даже Lego собрать сложнее, чем закрутить несколько винтов отвёрткой, то вы правы. Сборка таких синтезаторов вряд ли займёт хотя бы час, и на полноценное хобби потянет вряд ли.

Другое дело синтезатор на макетной плате. В интернете можно найти достаточно дизайнов примитивных синтезаторов для запуска которых нужно минимум компонентов, а соединять их вместе припоем не обязательно — можно всё смонтировать на макетке.

Для этого неплохо подойдут синтезаторы на популярной микросхеме-счётчике 555. Их очень много, а способов дорабатывать дизайн и модифицировать звук ещё больше. При этом даже такие, казалось бы примитивные, проекты позволяют довольно глубоко погрузиться в тему аналогового синтеза, операционных усилителей и фильтров.

Вряд ли у вас получится сделать что-то прорывное или сложное при помощи одной лишь макетки, но как точка входа в тему самодельных синтов макетка неплоха. И никакой вам вонючей канифоли и горячих паяльников за которые непонятно с какой стороны браться.

Я презираю паяльник, но очень люблю программировать

Не смотря на то, что это подмножество прошлой категории, я выделил его в самостоятельный раздел лишь из-за размера. Здесь мы вступаем на необычную территорию, но не упомянуть о ней я не могу. Речь не просто о софте для лайвкодингa по которому и так написано много статей и снято ещё больше видео. И даже не о нодовых системах в которых можно спроектировать не только полноценный синтезатор, но даже уникальный осциллятор, а то и вовсе DSP.

Вместо всего этого хочу привести в пример хардварные платформы для которых вы можете написать прошивки и приложения, которые будут исполняться на готовом, специализированном железе, а не на вашем ноутбуке. Их преимущество в том что паять и собирать ничего не нужно, а железо абстрагировано от кода специальной библиотекой, или целым набором софтовых компонентов. В общем, для создания собственного уникального синтезатора, лупера или эффекта не придётся изучать верилог, ассемблер и разбираться как работать с прерываниями, а потом ещё вооружившись осциллографом делать дебоунс для кнопок.

Norns is many of things написано на сайте Monome. Как по мне лучшее определение для этого устройства — музыкальный компьютер. Это полностью открытая и хорошо документированная платформа построенная на базе Raspberry Pi. Компания Monome разработала дополнительную плату для RPi на которой помимо 24 битного кодека с аудио входом-выходом есть 3 кнопки, 3 энкодера и потрясающий OLED экран.

Под капотом Linux, Supercollider, Softcut и куча дополнительных утилит и GUI, которые позволяют работать со всем этим как с цельным устройством. Под платформу написано уже много приложений разной степени странности. Среди них есть синтезаторы, трекеры, секвенсоры, эффекты, луперы и пр. Дисплей низкого разрешения подталкивает к созданию странных интерфейсов по типу тех, что делала Teenage Engineering в эпоху OP-1, где вы управляли звуком при помощи желудка коровы или катали шары внутри вращающихся октагонов. Типичный представитель приложений — Icarus — дрон синт где вы застряли между Морем и Солнцем.

Устройство можно купить в готовом виде, или в качестве упрощённого кита для отвёрточной сборки, или посоурсить и спаять самостоятельно. На данном этапе Norns больше похож на игрушку для креативных программистов (отличный подарок вашему домашнему программисту), чем на полноценный инструмент, но потенциал у этого музыкального компьютера на мой взгляд огромный.

Из похожего: Zynthian, Axoloti

Долгое время для аудиоприложений электронщики-любители использовали (и продолжают) плату Teensy. Причины простые: она компактная, дешевая, для неё есть плата расширения с хорошим аудиокодеком и, главное: написана отличная библиотека для работы со звуком, которая позволяет использовать готовые осцилляторы, эффекты, микшеры, фильтры и другие важные элементы звукового синтеза.

Получается, что минимальный набор можно сделать почти без пайки, а если вам чего-то не хватает, то можно купить готовое аудиоустройство на базе Teensy и перепрограммировать его так, как вам захочется.

Серьёзно, вот серия видео ↑, где автор делает простейший синтезатор на Teensy с нуля подробно объясняя каждый свой шаг и решение. Именно этот плейлист в конце лета подтолкнул меня к более глубокому изучению того, что сейчас происходит на синтезаторной open-source сцене. Больше всего впечатлило, что автор начал с проектирования синтезатора в Pure Data, а потом уже реализовывал его в железе.

Насмотревшись на то, как лихо используется в аудиоприложениях Teensy, ребята из Electrosmith решили сделать похожую плату но уже с чётким фокусом в аудиоустройства — Daisy Seed. Для этого они установили более интересный кодек прямо на плату (теперь не нужно собирать дурацкие сэндвичи из аудиоинтерфейсов) и сделали несколько комплиментарных устройств для неё. От традиционной dev board, до гитарной педали.

Но главное: их библиотека позволяет с некоторыми ограничениями исполнять ваши патчи из Max/MSP и PureData прямо на устройстве. Такой патч можно залить, например, в Eurorack модуль с Daisy Seed у которого есть полноценный CV IN/OUT.

Если вы думаете, что всё это «ардуиноподобные приколы», которые могут быть интересны только кухонным самоделкиным, то скажу, что на этих платах уже существуют коммерчески-успешные девайсы. Например, нью-йоркская Noise Engineering делает на основе Daisy целую серию популярных модулей из линеек Versio и Iteritas.

Я не умею паять, но давно хотел научиться

Кажется, вы наш главный пациент. О прикладной стороне дела написано уже так много, что про паяльники и флюсы я тут упоминать не стану. Ещё во времена лохматых мамонтов я переводил и красил комикс об азах пайки — воспользуйтесь им если такой формат вам подходит.

Однако, я подсвечу пару особенностей, которые могут показаться контринтуитивными. Например, если вы ни разу в жизни не покупали радиодетали самостоятельно, то начать с готового кита — безопасный и разумный выбор, который, скорее всего, приведёт к первой небольшой победе. Иначе заказ десятков совершенно разных компонентов по BOM может превратиться в многочасовую пытку, а когда вы в итоге увидите время исполнения заказа (например, два месяца — у нас тут кризис полупроводников, ну), то вовсе передумаете учиться паять.

И ещё: бытует мнение, что начинать нужно с выводных компонентов. Это те, которые, вставляются в отверстия печатной платы, запаиваются, а их излишки потом откусываются. И пусть я не согласен с этим утверждением в полной мере, незнакомому человеку посоветовал бы именно дизайны с выводными компонентами ведь они наглядно учат главному: залог качественной пайки — хорошо прогретые поверхности. А поверхностей у выводных компонентов в избытке.)

Если не добавлять в требования полный, true open-source, то готовых китов в интернете очень много. Такие устройства можно найти на любой вкус: от классических шумелок на таймере 555 до хардварных синтезаторов из Commodore64 (чип-синтезатор SID) или Sega (YM2612). Все они не сложные и, справедливости ради, нужно сказать, что вы вряд ли проведёте много времени «играя» на них. Однако, эти киты — отличный способ научиться паять ведь компонентов немного, они выводные, а в комплекте почти всегда есть инструкция.

Самый простой способ найти много интересных китов: заглянуть на tindie.com и отфильтровать проекты по тегу Sound. Вы получите примерно 800 проектов (далеко не все из них синтезаторы) и как минимум 5-10% из них будут очень хороши.

Если вас интересуют в первую очередь аналоговые синтезаторы, то можно обратить внимание на олдскульные дизайны, которые работают на операционных усилителях. Раньше такие публиковали в журналах для радиолюбителей по всему миру.

У таких дизайнов есть две особенности: Во-первых, нужно тщательно проверять BOM т.к. некоторые компоненты могут быть устаревшими и достать их будет сложно. Во-вторых, скорее всего вы не найдёте готовой разводки в интернете: только скан из журнала, который можно превратить в печатную плату воспользовавшись технологией лазерного утюга.

Кайф таких проектов в том, что они полностью аналоговые, hacker-friendly, часто совместимы с модульными синтезаторами, а к схемотехнике почти всегда приложено подробное описание принципа работы.

Главное место с которого можно смело начинать — это сайт Рэя Вилсона musicfromouterspace.com . Это такая мекка для всех интересующихся аналоговым синтезом и синтезаторами на опампах. Масса готовых, богато описанных дизайнов на совершенно любой вкус и разной сложности. Начинать можно с Echo Rockit и Noise Toaster, и продвигаться дальше вплоть до Sound Lab Mini Synth mk2.

На сайте много отлично иллюстрированных статей для начинающих. Например, про особенности конденсаторов которые используются в синтах, или про то как читать аналоговые схемы. Рэй Вилсон совместно с Make даже выпускал книгу о проектировании аналоговых синтезаторов. Недавно её можно было за копейки купить через Humble Bundle.

Другие несложные open-source девайсы для начинающих: Le Strum, Yowler, Lunchbeat, DrumKid.

Я паяю как бог

Для вас открыты вообще все двери. Если вы готовы к самостоятельному соурсингу, то это одновременно сильно сэкономит деньги и расширит спектр доступных проектов. А если вы умеете и хотите разводить печатные платы, то могу заверить что в свободном доступе столько проектов со схемотехникой, но без разводки (или с устаревшей разводкой), что хватит на пару жизней.

По моему опыту работа связанная с предварительным изучением проекта и закупкой компонентов занимает примерно 70-80% от всего потраченного на производство времени. Оставшиеся 20% это, непосредственно, процесс пайки/сборки устройства и его отладка.

Поэтому качественная документация очень важна. Я частенько натыкаюсь на проекты где нужно напялить на себя шляпу Шерлока Холмса, взять лупу Шерлока Холмса и потом с раскуренной трубкой Шерлока Холмса по крупицам разыскивать BOM, исходники прошивки, схемотехнику и разводку в репозиториях, форумах, личном блоге автора, чтобы просто понять это вообще чисто теоретически соберётся или нет.

Такие, плохо документированные проекты совсем непопулярны, но они есть и их много. Поэтому поговорим о тех, других, с качественной документацией.)

Компания Meeblip неспешно выпускает синтезаторы уже больше 10 лет. Предлагаю обратить внимание на Triode — басовитый синтезатор с двумя осцилляторами, LFO и огибающей, который сделан на Atmega32, чья прошивка полностью открыта и написана на ассемблере.

Это несложный в сборке синтезатор с крупными SMD компонентами и достаточно интересным звуком, чтобы провалиться в него на многие часы. Главный секрет — крутите ручки так медленно, как только сможете, чтобы ничего не пропустить.) Кстати, у этого синтезатора есть второй режим работы — FM. Как его активировать описано в пользовательской документации.

Если бы у меня спросили кто из ныне живущих сделал самый весомый вклад в open-source синтезаторы, я бы назвал французов из Mutable Instruments. Они до сих пор делают open-source модули, которые имеют огромный успех и встречаются в каждом первом еврорэке. За свою десятилетнюю историю ребята накопили столько опыта, что теперь их приглашают делать «селебрити пресеты» для Arturia и Korg. Их знают буквально все, кто хоть чуть-чуть касался модульных синтов.

Я же хочу показать вам standalone синтезаторы MI. А именно монофонический Shruthi и ни на что не похожий Ambika. Это синтезаторы на Atmega64 с совершенно взрослым набором функций (хоспади, там даже есть матрица модуляции), поддержка которых закончилась ещё в 2015. Напишу лишь по строчке о каждом.

Shruthi — «гибридный» синтезатор где звук генерируется цифровой частью, но перед выходом пропускается через аналоговый фильтр, что придаёт ему характерный оттенок. Только лишь официальных фильтров существует 6 штук, среди которых есть даже советский Поливокс.

Ambika — построенный на базе Shruthi полифонический синт состоящий из 6 отдельных плат голосов. Фактически это 6 Shruthi объединённых между собой сложным софтом, который позволяет легко комбинировать эти голоса в любых соотношениях. Ambika может быть даже шестью монофоническими синтами одновременно.

MI делают эталонную документацию на open-source проекты. Их платы прекрасно разведены, в их БОМах ровно столько информации сколько необходимо, а их инструкции к синтезаторам хочется читать от корки до корки.

Про возможности Norns я уже рассказывал выше в разделе про платформы. С хардварной точки зрения это «звуковуха» с дисплеем и кнопками для Raspberry Pi 3, которая работает под управлением Linux. Проект хорошо документирован, но главное: у него лучшее коммьюнити какое я встречал. На форуме Lines или в Discord вам быстро помогут решить любую проблему с железом или софтом.

Не знаю есть ли смысл собирать Norns прямо сейчас, или лучше подождать: ходят слухи, что скоро эту плату переведут на новый кодек т.к. старый Cirrus Logic CS4270 — совершенно невозможно купить из-за кризиса полупроводников.

Если решитесь, обратите внимание на тамошние кнопки и дисплей. Кнопки будет сложно найти в местных магазинах (я в итоге покупал в Mouser), а дисплей придётся купить оригинальный т.к. китайские копии не подойдут по размеру — компоновка платы очень тесная.

Ещё один француз выросший из Shruthi, но не имеющий с ним почти ничего общего: полностью цифровой FM-синтезатор PreenFM2. Сейчас существует новая версия PreenFM3, но она уже проприетарная (вам придётся купить готовую плату), в то время как PreenFM2 полностью открыт.

Само устройство довольно простое. Используются одновременно выводные и SMD компоненты. Синтезатор, благодаря прошивке, напичкан фичами и умеет отдавать до 16 голосов полифонии. Есть арпеджиатор и секвенсор, а встроенная USB-флешка может хранить огромное число пресетов. Рекомендую сразу собирать его с OLED экраном.

Ссылки

В заключении хочу сказать, что всё связанное с этим хобби не так страшно, как выглядит на фотографиях. Получится ли у вас что-то с первого раза? — Совершенно точно нет. Будет ли результат стоить потраченных усилий? — однозначно да.

Я постарался показать вам направления с которых можно начать и подкинул ключевых слов которые можно скормить поисковику, предостерёг вас о типичных ошибках новичков, которые совершал сам. А напоследок ещё поделюсь интересными ссылками:

• Music Tech DIY — раздел форума modwiggler.com с непрекращающимся обсуждением старых и новых дизайнов и модификаций.

• Форум Mutable Instruments — кладезь информации по продуктам MI и их многочисленным форкам.

• Synth DIY wiki — периодически обновляемая вики с обширным списком дизайнов.

• Musicfromouterspace.com — хорошо иллюстрированная теория с отличными прикладными примерами. Если сомневаетесь откуда начать, то начните отсюда.

• Look mum no computer — канал с почти абсурдными, по большей части музыкальными, проектами. Оторваться невозможно.

• Moritz Klein — канал где автор объясняет теорию и схемотехнику так, что понятно даже мне.

• Мой список из нескольких десятков open-source синтезаторов с демками и тегами.

• Бракованные детали — канал в котором я страдаю пытаясь собрать 16 синтезаторов за 16 недель.