ΑΦΑΙΡΕΤΙΚΗ ΣΥΝΘΕΣΗ ΗΧΩΝ
Η αφαιρετική σύνθεση χρησιμοποιεί φίλτρα ήχου για να διαμόρφωση το εύρος συχνοτήτων ενός ήχου. Όπως ο ήχος περνάει μέσα από τα φίλτρα, αυτά είτε αυξάνουν η μειώνουν συγκεκριμένες περιοχές του φάσματος συχνοτήτων του ήχου. Εάν ο ήχος είναι πλούσιος σε αρμονικές και το φίλτρο ευέλικτο τότε είναι δυνατή η κατασκευή διάφορων ήχων μέσω της αφαιρετικής σύνθεσης, όπως φωνές, όργανα και άλλα.
Για τη κατασκευή ενός ήχου υπάρχουν τρεις βασικές παράμετροι που θα πρέπει να λάβουμε υπόψη μας οι οποίες προσδιορίζουν κάθε ήχο. Αυτές είναι η τονικότητα (Pitch) η οποία σχετίζεται με τη συχνότητα (Frequency), η ένταση (Volume) η οποία σχετίζεται με το μέγεθος (Amplitude) και η χροιά (Timbre) η οποία σχετίζεται με τις αρμονικές που περιλαμβάνει ένας ήχος.
Ένα synthesizer αφαιρετικής σύνθεσης συνήθως αποτελείτε από τουλάχιστον τρεις επεξεργαστικές μονάδες. Αυτές είναι η μονάδα VCO (Voltage Control Oscillator), η μονάδα VCA (Voltage Control Amplifier) και η μονάδα VCF (Voltage Control Filter) όπου ελέγχουν τις παραμέτρους που αναφέραμε παραπάνω. Ο όρος Voltage Control (CV) έχει μείνει από τις μέρες των παλιών αναλογικών synthesizer που χρησιμοποιούσαν αναλογικά ηλεκτρονικά κυκλώματα για να συνδέουν και να ελέγχουν αυτές τις μονάδες μεταξύ τους. Οποιαδήποτε μονάδα Voltage Control μπορεί να χρησιμοποιηθεί είτε σαν επεξεργαστής ενός σήματος η σαν δεκτής. Για παράδειγμα, ένα VCO μπορεί να χρησιμοποιηθεί σαν πηγή ήχου αλλά και σαν μονάδα που θα ελέγχει κάποια άλλη παράμετρο (πχ LFO). Τα σημερινά ψηφιακά synthesizer έχουν αντικαταστήσει τη μέθοδο του Voltage Control με λογισμικό που επεξεργάζεται ψηφιακά samples. Παρόλα αυτά η φιλοσοφία της αφαιρετικής σύνθεσης ήχων παραμένει η ίδια και είναι εξίσου δυνατή όσο και στα πρώτα της βήματα εφόσον μας προσφέρει μια εύκολη και αποτελεσματική μέθοδο κατασκευής ήχων.
VCO
Ένα VCO (Voltage Control Oscillator) έχει μια συνεχής έξοδο ήχου, πιο συγκεκριμένα μιας κυματομορφης. Για να είναι ευέλικτο πρέπει να προσφέρει την επιλογή διαφορετικών κυματομορφων, με πιο σημαντική τη κυματομορφη sawtooth (σχήμα 1). Η sawtooth κυματομορφη εμπεριέχει όλες της αρμονικές, οι οποίες μειώνονται κατά 6dB ανά οκτάβα, όποτε είναι και η πιο ευέλικτη για τη κατασκευή διαφόρων ήχων. Παρόλα αυτά και οι υπόλοιπες κυματομορφες είναι εξίσου χρήσιμες ανάλογα με τον ήχο που θέλουμε να κατασκευάσουμε. Η τριγωνική κυματομορφη (Triangle wave σχήμα 2) εμπεριέχει εξίσου όλες τις αρμονικές αλλά οι ζυγές αρμονικές (2f, 4f, 6f) έχουν μηδενικό πλάτος ενώ οι μόνες αρμονικές (f, 3f, 5f) μειώνονται κατά 12dB ανά οκτάβα. Η τετραγωνική κυματομορφη (Square wave σχήμα 3) ) εμπεριέχει εξίσου όλες τις αρμονικές αλλά οι ζυγές αρμονικές (2f, 4f, 6f) έχουν μηδενικό πλάτος ενώ οι μόνες αρμονικές (f, 3f, 5f) μειώνονται κατά 6dB ανά οκτάβα. Τέλος, η ημιτονοειδής κυματομορφη (Sine wave) εμπεριέχει εξίσου όλες τις αρμονικές αλλά όλες εκτός τη βασική (f – fundamental) έχουν μηδενικό πλάτος.
σχήμα 1 Sawtooth wave
σχήμα 2 Triangle wave
σχήμα 3 Square wave
Ο τρόπος που καθορίζεται η τονικότητα σε ένα VCO είναι γνωστός ως CV to Pitch Law. Αυτός ο νόμος απλά αναφέρει ότι για κάθε ένα volt που τροφοδοτούμε το VCO αυτό θα ανεβαίνει κατά μια οκτάβα (μια οκτάβα = 12 ημίτονα).
VCF
Το VCF ήταν αυτό που καθιέρωσε την αφαιρετική σύνθεση σαν μέθοδο κατασκευής ήχων. Υπευθύνως αυτής της καινοτομίας υπήρξε ο Bob Moog την δεκαετία του 1960 με τη δημιουργία διαφόρων αναλογικών Moog synthesizers. Ένα φίλτρο ήχου είναι η συσκευή στην οποία η ένταση εξόδου της είναι άμεσα συνδεδεμένη με την συχνότητα που έχουμε επιλέξει. Ένα VCF είναι απλά ένα φίλτρο που ελέγχεται από το CV και χρησιμεύει για την αφαίρεση συχνοτήτων από ένα VCO ώστε να συμβάλει στη διαμόρφωση της χροιάς της κυματομορφης.
Ένα φίλτρο χαρακτηρίζεται από τις ακόλουθες παραμέτρους: ¨
Αυτός μπορεί να είναι ένα LPF, HPF, Parametric filter, Shelving filter, Graph EQ
Η συχνότητα στην οποία το φίλτρο θα αρχίσει να λειτουργεί. Αυτή βρίσκεται
όπως φαίνεται στο σχήμα 4, -3dB από το επίπεδο έντασης.
- Την καμπύλη μείωσης ανά οκτάβα (roll-off slope η order):
Δηλώνει την σταδιακή μείωση έντασης του φίλτρου ανά οκτάβα. Όσο πιο μεγάλο είναι το roll-off slope τόσο πιο απότομα κόβονται η συχνότητες μετά τη κεντρική συχνότητα. Για παράδειγμα, ένα φίλτρο με roll-off slope 24dB η αλλιώς ένα φίλτρο 4th order θα αποκόψει πιο απότομα συχνότητες μετά την Fc από ένα φίλτρο με roll-off 12dB η αλλιώς 2th order.
σχήμα 4
VCA
To VCA (Voltage Control Amplifier) είναι ένας ενισχυτής σήματος όπου η ένταση του ελέγχεται από το CV. Όσο μεγαλύτερο το CV τόσο μεγαλύτερη η ένταση του σήματος. Συνήθως η σχέση της έντασης με το VC είναι γραμμική (linear) σε αντίθεση της σχέσης VCO με το CV όπου είναι λογαριθμική. Ουσιαστικά, η έξοδος ενός VCA είναι το αποτέλεσμα του πολλαπλασιασμού μεταξύ της εισόδου στο VCA (για παράδειγμα ένα VCO) με το CV. Όταν το CV έχει αρνητική τιμή το αποτέλεσμα γίνεται μηδενικό, δηλαδή δεν υπάρχει έξοδος ήχου από το VCA. Συνήθως επίσης το VCA ελέγχεται από μια περιβάλλουσα (envelope) που καθορίζει την εξέλιξη της έντασης της κυματομορφης στο χρόνο.
Subtractive Synthesis στο SynthEdit
Γνωρίζοντας όλα τα παραπάνω μπορούμε πλέον να κατασκευάσουμε ένα πολλή απλό αναλογικό synthesizer στο με το πρόγραμμα SynthEdit. Όπως προαναφέραμε χρειαζόμαστε ένα VCO για την αναπαραγωγή της κυματομορφης, ένα VCF για τον έλεγχο της χροιάς του ήχου και ένα VCA για να κοντρολάρουμε την ένταση του. Επιλέγοντας τις κατάλληλες μονάδες μέσα από το μενού Insert του SynthEdit καταλήγουμε στο παρακάτω σχήμα (αυτό αναφέρεται γενικότερα ως block diagram).
ΑΦΑΙΡΕΤΙΚΗ ΣΥΝΘΕΣΗ ΗΧΩΝ 2
PWM (Pulse Width Modulation)
Η παράμετρος PWM είναι εφαρμόσιμη όταν στο VCO έχουμε επιλέξει μια τετραγωνική κυματομορφη (Square wave). Αυτό που κάνει είναι να διαμορφώνει (modulate) το πλάτος της τετραγωνικής κυματομορφης (Pulse Width) ώστε να μεταβάλει το περιεχόμενο των αρμονικών συχνοτήτων που περιέχει η αρχική κυματομορφη. Όπως φαίνεται στο σχήμα 1 με την παράμετρο PWM μεταβάλουμε το πλάτος των σημείων M (Mark) και S (Space) και κατά συνέπεια αλλάζουμε την περίοδο (Τ) της κυματομορφης. Συνήθως η διαμόρφωση πραγματοποιείται από ένα LFO το οποίο όταν λειτουργεί σε αρκετά χαμηλές συχνότητες κάνει ένα VCO με PWM να ακούγεται σαν δυο VCO με ομοιόμορφη διαφορά τονικότητας. Για αυτό το λόγο είναι χρήσιμο όταν έχουμε στη διάθεση μας μόνο ένα VCO.
Στο σχήμα 2 βλέπουμε το αποτέλεσμα του PWM εφόσον έχουμε χρησιμοποιήσει ένα LFO με τριγωνική κυματομορφη για να διαμορφώσουμε την περίοδο της τετραγωνικής κυματομορφης.
Σχήμα 1
Σχήμα 2 – PWM με διαμορφωτή μια τριγωνική κυματομορφη
SYNC (Συγχρονισμός)
Αν και ένα synthesizer αφαιρετικής σύνθεσης έχει αρκετά πλεονεκτήματα εφόσον διαθέτη πάνω από ένα VCO, τα παλιά αναλογικά synthesizers είχαν προβλήματα τονικής
ευστάθειας στην έξοδο των VCO. Η λύση ήταν, εφόσον υπήρχαν πάνω από ένα VCO
διαθέσιμα, με κάποιο τρόπο να συγχρονιστούν αυτά τα VCO μεταξύ τους. Αυτό είναι δυνατόν με το να ορίσουμε ένα VCO σαν Master και το άλλο VCO σαν slave. Το slave VCO χρησιμοποιώντας την έξοδο sync αναγκάζεται να ξεκινήσει τον κύκλο του όταν το Master VCO ξεκινήσει επίσης ένα καινούργιο κύκλο. Όταν και τα δυο VCO έχουν τους κύκλους τους στην ίδια συχνότητα τότε το αποτέλεσμα είναι το slave VCO να έχει την ίδια περίοδο με το master VCO άρα και την ίδια συχνότητα. Εάν το slave VCO έχει αρκετά διαφορετική συχνότητα από το master VCO τότε πολλή ενδιαφέρον ήχοι είναι
δυνατόν να δημιουργηθούν.
Στο σχήμα 3 βλέπουμε πρώτα μια sawtooth κυματομορφη πριν τον συγχρονισμό (slave VCO) ενώ στη μέση του σχήματος βλέπουμε τον συγχρονισμού (Master VCO). Τέλος βλέπουμε το αποτέλεσμα του συγχρονισμού.
Σχημα 3
CV MODULATION (ΔΙΑΜΟΡΦΩΣΗ)
Όπως έχουμε αναφέρει μέχρι τώρα υπάρχουν διάφοροι τρόποι για να διαμορφώσουμε και να ελέγχουμε μια παράμετρο στην αφαιρετική σύνθεση. Ο πιο βασικός τρόπος είναι να χρησιμοποιήσουμε ένα LFO (Low Frequency Oscillator) για να μεταβάλουμε ίσως το τρόπο που λειτουργεί ένα VCF η ένα VCA. Η διαμόρφωση του CV υπόκειται σε τρεις βασικούς νόμους που πρέπει να έχουμε υπόψη μας. Αυτοί είναι:
- Το βάθος της διαμόρφωσης εξαρτάτε από το μέγεθος του CV.
- Ο ρυθμός της διαμόρφωσης εξαρτάτε από τη συχνότητα του CV.
- Ο τρόπος που εφαρμόζεται η διαμόρφωση εξαρτάτε από τη μορφή της κυματομορφη του CV.
Εάν για παράδειγμα η διαμόρφωση ενός VCF εφαρμόζεται από ένα LFO τότε το αποτέλεσμα της διαμόρφωσης θα έχει σχέση με το μέγεθος έντασης του LFO, με τη συχνότητα (Hz) που έχουμε επιλέξει στο LFO και φυσικά με την κυματομορφη που έχουμε διαλέξει (sine, square κτλ).
RING MODULATΟR
Οι Ring Modulators χρησιμοποιούνται στη μουσική σύνθεση εδώ και αρκετές δεκαετίες Πρωτοπόρος υπήρξε ο Γερμανός σύνθετης Karlheinz Stockhausen όπου χρησιμοποίησε ring modulators για να τη διαμόρφωση των ήχων στο έργο του Kontakte. Ένας ring modulator ουσιαστικά πολλαπλασιάζει δυο bipolar σήματα μεταξύ τους (σχήμα 4).
σχήμα 4
Το ένα σήμα ονομάζετε Carrier (C) και το άλλο Modulator (M). Ένα bipolar σήμα είναι αυτό που έχει και θετικά και αρνητικά σημεία γύρο από το σημείο μηδέν όταν κοιτάζουμε μια κυματομορφη όπως εξελίσσετε στο άξονα του χρόνο. Ο πολλαπλασιασμός αυτός δημιουργεί καινούργιες συχνότητες (sidebands) οι οποίες δεν υπάρχουν στα αρχικά σήματα. Αυτές οι συχνότητες είναι το αποτέλεσμα της αφαίρεσης και της πρόσθεσης των δυο σημάτων (C-M και C+M). Πρέπει να σημειωθεί ότι μετά τον πολλαπλασιασμό η συχνότητα του Carrier εξαφανίζεται. Εάν για παράδειγμα έχουμε ένα σήμα (Carrier) που έχει συχνότητα 1500Hz και ένα Modulator με συχνότητα στα 500Hz το αποτέλεσμα του ring modulator θα είναι συχνότητες στα 1000Hz και στα 2000Hz.
Η διαφορά ενός ring modulator με ένα VCA (όπου και εκεί όπως προαναφέραμε γίνεται πολλαπλασιασμός δυο σημάτων) είναι ότι στο VCA ο πολλαπλασιασμός γίνεται μεταξύ ενός bipolar σήματος με ένα unipolar σήμα. Ένα unipolar σήμα έχει μόνο θετικά σημεία πάνω από το μηδέν στον άξονα του χρόνου. Επίσης σε ένα VCA το σήμα Carrier μένει ανέπαφο.
Dimitri Barnias 2003
Top^
©sonicspace.org 2005
