Αφαιρετική σύνθεση, Μέρος 1ο-VCO

 

synthesizer

Synthesizer (synth/synthe) ή συνθετητή ονομάζουμε το μουσικό όργανο που παράγει ήχο μέσα από ηλεκτρονικά/ηλεκτρικά κυκλώματα και ακούγεται τελικά μέσα από ηχεία ή ακουστικά. Ανήκει στην κατηγορία των ηλεκτρόφωνων οργάνων. Υπάρχει σε μορφή hardware ή software. To hardware είναι ένα αυτόνομο ηλεκτρονικό όργανο ενώ το software υπάρχει μέσω ενός ηλεκτρονικού υπολογιστή.

Το synthesizer παράγει ήχο μέσω συγκεκριμένων μεθόδων σύνθεσης. Πολλά όργανα συνδυάζουν μεθόδους σύνθεσης. Αυτή η μέθοδος σύνθεσης καθορίζει και τις δυνατότητες του οργάνου.

Μπορεί να μιμείται ήχους από φυσικά όργανα ή να παράγει τελείως καινούργιους. Ο έλεγχος του γίνεται συνήθως μέσω ενός keyboard όμοιου με το πιάνο ή και με άλλους ελεγκτές που επικοινωνούν μαζί του μέσω της γλώσσας MIDI ή με συγκεκριμένα ηλεκτρικά σήματα.

Η πιο διαδεδομένη αλλά και καλύτερη μέθοδος για να ξεκινήσει κάποιος είναι η αφαιρετική/subtractive. 

SUBTRACTIVE SYNTHESIS

Subtractive ή αφαιρετική λέγεται η μέθοδος σύνθεσης ήχου που βασικό της στοιχείο είναι το φιλτράρισμα-αφαίρεση αρμονικών από ένα audio σήμα που παράγεται από έναν ηλεκτρικό-ηλεκτρονικό ταλαντωτή. Ξεκίνησε από τα αναλογικά synth του 1960 και 1970 και παραμένει ακόμα ιδιαίτερα διαδεδομένη γιατί είναι η πιο εύκολη, έχει άμεσα αποτελέσματα και καθιερωμένο πλέον ήχο. Θεωρητικά όποιο synth χρησιμοποιεί φίλτρο θα μπορούσε να ανήκει στην κατηγορία αυτή ή έστω κατά ένα μέρος του. Επίσης θα δούμε πως πολλά συστήματα σύνθεσης μοιράζονται κοινά στοιχεία, κάτι που κάνει ευκολότερη την εκμάθηση του κάθε είδους.

1. VCO, VOLTAGE CONTROLLED OSCILLATOR

1.1 Γενικά στοιχεία

• Ως VCO (Voltage Controlled Oscillator) ορίζουμε έναν ηλεκτρονικό ταλαντωτή του οποίου η συχνότητα ελέγχεται από μια είσοδο με ηλεκτρική τάση. Η τάση αυτή ορίζει και την συχνότητα των ταλαντώσεων, δηλαδή τελικά την μουσική συχνότητα, την νότα που θέλουμε να παίξουμε.

• Αν διαμορφώσουμε την τάση αυτή με κάποιο άλλο σήμα τότε μπορούμε να προκαλέσουμε αλλαγές στην συχνότητα (FM-Frequency Modulation, Yamaha) ή αλλαγές στην φάση του σήματος (PM-Phase Modulation, Casio)

• Στα synthesizer η γεννήτρια-ταλαντωτής είναι αυτή που παράγει το πρωταρχικό audio υλικό για την παραγωγή του ήχου. Από εδώ ξεκινάνε όλα.

• Στο subtractive σύστημα (αφαιρετικό) οι πρώτοι ταλαντωτές ήταν VCO. Μέχρι και σήμερα πολλά synth έχουν VCO. Θεωρείται ότι έχει το πιο καθαρό, συνεχές και “ενδιαφέρον” ηχόχρωμα. Όμως η VCO έχει σχετική αστάθεια, ξεκουρδίζεται πιο εύκολα και χρειάζεται κάποιον χρόνο για να έρθει σε σωστή θερμοκρασία λειτουργίας. Έτσι αρκετοί κατασκευαστές την αντικατέστησαν με DCO (Digitally Controlled Oscillator). Οι διαφορές είναι πολύ μικρές. Η DCO είναι μια VCO που συντονίζεται με ένα ψηφιακό “ρολόι”.

1.2 Αναλογία volt προς νότες

Για την παραγωγή συγκεκριμένων νοτών έχει οριστεί μια συγκεκριμένη αναλογία τάσης προς συχνότητα.
Κάθε κατασκευαστής είχε την δική του πλατφόρμα, κάτι που οδήγησε και στην δημιουργία του MIDI προκειμένου να βρεθεί μια κοινή “γλώσσα” ανάμεσα στα μουσικά όργανα. To MIDI κυριαρχεί αλλά δεν μπορούμε να αγνοήσουμε και τα άλλα 2 χρησιμοποιούμενα ακόμα και σήμερα format.

1. VpO, Volts per Octave: Κάθε volt ισοδυναμεί με 1 οκτάβα. Έτσι 1V=A1 (λα1),
2V=Α2 (λα2), 3V=A3 (λα3) κλπ. Αυτό είναι και το πιο δημοφιλές format και χρησιμοποιείται στα περισσότερα synth και στο σύστημα Eurorack.

2. HpV, Hertz per Volt: Κάθε οκτάβα ισοδυναμεί με τον διπλασιασμό ή την διαίρεση δια δύο της τάσης. Έτσι 1V=A1 (λα1),2V=Α2 (λα2), 4V=A3 (λα3), 8V=A4 (λα4). Αυτό το format το χρησιμοποιεί η ΥΑΜΑΗΑ και η Korg.

1.3 Κυματομορφή-Waveform

• Είναι η γραφική αναπαράσταση ενός σήματος, πχ ενός ηχητικού κύματος το οποίο κινείται σε ένα φυσικό μέσο (πχ καλώδιο) ή μια πιο αφηρημένη παρουσίαση (πχ ένας ψηφιακά αποθηκευμένος ήχος) με βάση μια χρονική διάρκεια.

• Αποτελείται από δύο άξονες: τον κάθετο που παρουσιάζει το πλάτος (amplitude) και τον οριζόντιο που παρουσιάζει τον χρόνο (time) ή το μήκος κύματος (wavelength).

• Όσο μεγαλώνει το amplitude μεγαλώνει η ένταση και όσο πιο πύκνο είναι το wavelength μεγαλώνει η συχνότητα.

Μεταβολή κατά πλάτος- amplitude

Μεταβολή κατά μήκος – wavelength

1.4.1 Είδη κυματομορφών

• Υπάρχουν πάρα πολλά είδη κυματομορφών που αναπαριστούν διαφορετικούς ήχους. Στα αφαιρετικά synthesizer δεν υπάρχει μεγάλη ποικιλία. Αυτό δεν μειώνει την δυνατότητα παραγωγής νέων ήχων γιατί υπάρχουν πολλά ακόμα τμήματα- modules που παραλλάσουν και διαμορφώνουν το αρχικό αυτό υλικό.

• Κάθε κυματομορφή έχει και το ανάλογο αρμονικό περιεχόμενο, δηλαδή συχνότητες που ακούγονται μαζί με την βασική σε διαφορετικές εντάσεις και δίνουν το τελικό αποτέλεσμα.

• Όλα τα φυσικά μουσικά όργανα παράγουν ήχο που μπορεί να αποδοθεί με κυματομορφές. Αν την ορίσουμε με ακρίβεια είναι δυνατόν να αναπαράγουμε αυτόν τον ήχο.

• Σε ένα αφαιρετικό synthesizer δεν έχουμε την πρόθεση και δεν μπορούμε να μιμηθούμε 100% ένα φυσικό όργανο. Είναι όμως ένα καλό σημείο εκκίνησης για να μάθουμε να προγραμματίζουμε ήχους έχοντας ένα σημείο αναφοράς.

Βασικές κυματομορφές

1.4.2 Pulse Wave

• Οι κυματομορφές ενός synth δεν είναι στατικές. Μπορούν εκτός από την συχνότητα τους να μεταβάλλουν και άλλα στοιχεία. Η πιο συχνά χρησιμοποιούμενη μεταβολή, η οποία έχει παράγει ιδιαίτερα χαρακτηριστικούς ήχους είναι η μεταβολή της square wave. Καθιερώθηκε γιατί ουσιαστικά είναι και η πιο εύκολη τεχνικά να πραγματοποιηθεί.

• Πολλές φορές θα την συναντήσουμε και ως Pulse Wave. To χαρακτηριστικό της είναι πως εύκολα μπορεί να μεταβληθεί το μήκος (Pulse Width) του ενός από τα 2 “τετράγωνα” αναλογικά. Σε μια καθαρή square wave τα 2 τετράγωνα είναι ίσα μεταξύ τους σε μια αναλογία 50-50. Μπορούμε να μεταβάλουμε αυτή την αναλογία και το ψηλότερο να το κάνουμε 60, άρα το άλλο γίνεται 40. Τότε λέμε πως έχουμε μια Pulse 60%.

                  Πολλοί κατασκευαστές πλέον για να κάνουν πιο ενδιαφέρον το oscillator section δίνουν δυνατότητες μεταβολών ανά κυματομορφή και ανεβάζουν τα όρια της έντασης ώστε η γεννήτρια να μπορεί να “παραμορφώσει”, να προκληθεί distortion και να έχουμε περισσότερους αρμονικούς ανά κυματομορφή.

Microbrute Oscillator

Επίσης πολλές φορές οι κυματομορφές δεν είναι αυστηρά καθορισμένες αλλά μπορούμε να κινηθούμε και σε ενδιάμεσες...

Moog Sub Phatty

1.5 Oscillator Section of a Subtractive Synthesizer

Κάθε αφαιρετικό synth μπορεί να έχει 1 ή και περισσότερα oscillator. Κάθε έξτρα osc. ανεβάζει το κόστος. Υπάρχει μια μεγάλη ποικιλία σε σχεδιασμό, τρόπο επιλογής, συνδυασμούς. Οι βασικές αρχές παραμένουν ίδιες. Πολλές φορές αν έχουμε πάνω από 1 osc, δεν είναι πανομοιότυποι μεταξύ τους. Επίσης πολλές φορές οι παράμετροι δεν έχουν τα ίδια ονόματα από κατασκευαστή σε κατασκευαστή, κάτι που στην αρχή δυσκολεύει αλλά σιγά-σιγά γίνεται προφανές το τι κάνει η καθεμιά.
Οι κύριες παράμετροι που βρίσκουμε είναι οι εξής:
Waveform:Επιλογή κυματομορφής

Range-Frequency: Οκτάβα. Συνήθως παρουσιάζεται με νούμερα τονισμένα, που είναι πάντα τετράγωνα του 2 (2', 4', 8' 16', 32') Είναι μέτρηση σε πόδια, (κληρονομιά από το εκκλησιαστικό όργανο που έτσι μετριούνται οι σωλήνες του...) και όσο μεγαλύτερο το νούμερο τόσο χαμηλότερη η οκτάβα (μεγαλύτερο μήκος σωλήνα...)

Fine tune: Κούρδισμα σε cents και ημιτόνια. Πιο λεπτομερές κούρδισμα που επιτρέπει μικρές τονικές διαφορες μεταξύ των osc. για να πετύχουμε πιο fat ηχοχρώματα ή παράλληλα μουσικά διαστήματα.

Volume-Mixer: Ένταση της κάθε κυματομορφής. Είναι πιθανόν η ίδια η κυματομορφή να έχει ρυθμιστικό της έντασης της.

Sync: Συγχρονισμός της φάσης μιας κυματομορφής με μια άλλη.

Pulse Width: Ρυθμίζει το pulse width για την pulse ή square κυματοκορφή.

Portamento-glide: Ρυθμίζει τον χρόνο που μπορεί να κάνει το τονικό “γλίστρημα” από την μία νότα στην άλλη.

Δείτε τα osc. sections που ακολουθούν, βρείτε τις διαφορές τους και τις ομοιότητες τους.

MINIMOOG oscillator bank

ROLAND JUNO 106 DCO

DSI POLY ENOLVER oscillators

KORG MONO/POLY VCO 1-4

1.6 Monophonic-Duophonic-Polyphonic-Paraphonic

Ορίζουμε ως πολυφωνία τον αριθμό νοτών-φωνών-voices που μπορεί να παίξει ταυτόχρονα ένα synth.

1.6.1 Mono

Συνήθως τα αφαιρετικά synth έχουν 1 νότα πολυφωνία, είναι μονοφωνικά. Αν είμαστε σε virtual περιβάλλον (VSTi, ΑU) δεν υπάρχει αυτός ο περιορισμός. Για να αυξηθεί η πολυφωνία πρέπει να αυξηθούν τα oscillators κάτι που ανεβάζει το κόστος κατακόρυφα. Δεν πρέπει να συγχέουμε τον αριθμό διαθέσιμων oscillator στο πάνελ ελέγχου με τον αριθμό της πολυφωνίας. Πχ στο Μinimoog Oscillator Bank της παραπάνω εικόνας βλέπουμε 3 oscillators. Αυτό δεν σημαίνει πως έχουμε 3 νότες πολυφωνία. Και οι 3 είναι αφιερωμένες στην μία φωνή. Με αυτόν τον τρόπο παράγονται ήχοι bass και lead. 

Αν σε ένα μονοφωνικό synth ενεργοποιήσουμε μια δεύτερη νότα ενώ η πρώτη παραμένει ενεργοποιημένη το τι θα ακουστεί εξαρτάται από το τι έχει ορίσει ο κατασκευαστης.

Low Note Priority: Ακούγεται η επόμενη νότα αν είναι χαμηλότερη.

High Note Priority: Ακούγεται η επόμενη νότα αν είναι ψηλότερη.

Last Note Priority: Ακούγεται η επόμενη νότα πάντα.

Πολλές φορές ο χρήστης μπορεί να ορίσει την συγκεκριμένη “συμπεριφορά”.

1.6.2 Duo

Κάποια synth (πχ ARP Odyssey) επιτρέπουν την λειτουργία duophony. Κάθε φορά που ενεργοποιούμε και μια δεύτερη φωνή παίζει το δεύτερο οsc. Αν παίξουμε γρήγορες νότες δεν ξέρουμε κάθε φορά ποια από τις 2 γεννήτριες παίζει, κάτι που δίνει και στο όργανο τον ιδιαίτερο χαρακτήρα του...

ARP Odyssey

1.6.3 Poly

Η πολυφωνία εξαρτάται από τον αριθμό των διαθέσιμων osc. και τον τρόπο που ο κατασκευαστής έχει συνδέσει τα επιμέρους τμήματα. Υπάρχουν 2 κύριες τεχνικές για να επιτευχθεί.

Η πρώτη και η πιο ακριβή είναι η ύπαρξη πολλών όμοιων osc. που το καθένα έχει εντελώς ξεχωριστό έλεγχο. Ο προγραμματισμός είναι εξαιρετικά δύσκολος γιατί πρέπει να παραμετροποιήσουμε όλα τα χαρακτηριστικά ξεχωριστά σε κάθε osc. Επίσης ο όγκος του synth μεγαλώνει πάρα πολύ. Κάθε φωνή που ενεργοποιείται ελέγχει και ένα ξεχωριστό osc. section. Το ακουστικό αποτέλεσμα είναι επιβλητικό...

Oberheim 8 Voice

H δεύτερη υλοποιείται με την χρήση πολλών όμοιων κυκλωμάτων-καρτών μέσα στο synth. Δεν ρυθμίζονται ξεχωριστά οι παράμετροι, ισχύουν για όλα τα osc. αλλά το καθένα είναι ανεξάρτητο, ανήκει σε άλλη φωνή.  Το ηχητικό αποτέλεσμα είναι εξαιρετικά πλούσια pads και synth strings.

Οι 4 κάρτες, μία για κάθε φωνή, σε ένα Roland Jupiter 4

1.6.4 Paraphony

Με τον όρο “paraphony” δεν μιλάμε για κάτι που ακούγεται άσχημα. Σε αυτή την κατηγορία ανήκουν όργανα τα οποία έχουν full πολυφωνία, δηλ. μπορούν να παίξουν όλες τις νότες μαζί. Ενώ ακούγεται πολλά υποσχόμενο δεν είναι ακριβώς έτσι. Διαθέτουν 12 γεννήτριες, μία για κάθε νότα της χρωματικής κλίμακας και μετά με octave dividers μπορούν να αναπαράγουν ταυτόχρονα όλες τις νότες της οκτάβας, πάνω και κάτω. Όμως στο τέλος όλες μοιράζονται ένα κοινό φίλτρο και ένα κοινό envelope. Αυτή η τεχνική ξεκίνησε από τα organs όπως το Hammond (εκεί έχει άλλο άκουσμα). Αυτή η τεχνική μας έδωσε τα string machines και κάποια synth, (πχ Korg Delta, Moog Concertmate). Το ηχόχρωμα δεν είναι πλούσιο. Έχει όμως έναν δικό του χαρακτήρα που εκτιμήθηκε πολύ από τους μουσικούς. Και βέβαια η δυνατότητα full πολυφωνίας σε πολύ χαμηλή τιμή έκανε αυτά τα όργανα πολύ διάσημα. Ο ήχος βελτιώνεται δραματικά με την χρήση fx όπως phaser, flanger, chorus.

Σήμερα κάποιοι κατασκευαστές προσφέρουν την λειτουργία αυτή σαν ένα extra χαρακτηριστικό με μέγιστη πολυφωνία τον διαθέσιμο αριθμό γεννητριών, κάτι σαν μια εξελιγμένη μορφή duophony.

ARP Solina (string machine) 

Farfisa Compact (organ)  

KORG Delta (paraphonic synth) 

1.7 The Digital Age

             Πλέον το synthesizer μπορεί να είναι απλά ένα software ή ένα plugin. Άρα όπως καταλαβαίνουμε είναι virtual, εικονικά και με αλγόριθμους προσομοιώνουν τα μέρη ενός synth.  Επίσης πολλά hardware synth ουσιαστικά είναι υπολογιστές φτιαγμένοι αποκλειστικά στο να λειτουργούν σαν μουσικά όργανα και χρησιμοποιούν interface που παραπέμπει στην κλασσική αφαιρετική μέθοδο. Ότι αναφέρουμε ισχύει και για αυτά. Έχουν τα ίδια section και την ίδια ιεραρχία. Η απόδοση τους εξαρτάται από την επιτυχία του κώδικα τους, από το GUI (γραφικό περιβάλλον) αλλά και από την διαθέσιμη (αν μιλάμε για software) ή την τοποθετημένη (hardware) CPU και RAM. Αν φύγουμε από τα όρια της subtractive σύνθεσης αυτά τα synth έχουν πραγματικά να προσφέρουν πάρα πολλά νέα ηχοχρώματα και συστήματα. 

Novation Mininova (Virtual Analog)

Native Instruments Monark (Virtual Analog)