Synthesizer entry level
sound setup - patching

Introducere sau un "DE CE ?"

Mam intrebat: oare de ce ? La cata informatie exista pe internet, site-uri, forum-uri cu acest topic. Este usor sa downloadezi un software, un plugins, vsti, dar pacat ca nu este folosit la maxim, si asta probabil ca unii, sau prins ca userul nu mai are timp sa se informeze, este mai comod sa downloadezi o libarie de sunete si doar sa browse-uiesti prin lista enorma de suntete pe care ti le ofera producatorul de software. Nu zic ca este rau, dar nu oare acesta ar fi un motiv pentru care muzica, chiar si in romania, suna cam identic ? adica de multe ori, prost, sarac in orchestratie, sound orignal, spectru, armonici, dinamica ... Ce le lipseste ? Cat de greu este sa creezi un sound original cu un synth (chiar softsynth) ? Ne limitam numai la "butoanele " cutoff si resonance ca sa modifcam patch-ul (sound-ul din librarie, banca de sunete) ? Acesta este poate unul dintre motivele strong pentru care am "sintetizat" infromatiile atat din experienta mea de user de synthesizer (din 1988) cat si resursele de pe internet. Cunoscand modul de functionare a sintezei sonore, si synthesizer-ul "classic", veti descoperii ca multe dintre VSTi-uri, softsynth-uri, nu sunt altceva decat imitari sau imbunatatiri a ceea ce unii numesc azi: "vintage synth". Toti mari compozitori de electro, J.M.Jarre, Vanghelis, Klaus Shultze, Tangerine Dream, Kraftwerk ... sau din zone electro pop, Depeche Mode, Vince Clark, Erasure, Yazoo, OMD ... au stiut sa faca sound-uri de la "zero", cum se spune. De accea au si ramas in urechile noastre aceasta mostenire de sunete electronice si mai sunt folosite si azi. So, sa distrugem mitul, misticismul synthesize-ului.

Definitii

Sunetul = vibratie (oscilatie) a presiunii aerului auzibila. Vibratia este transmisa prin aer din aproape in aproape, creand o unda, care are o amplitudine si anumita forma.

In natura sunetul este generat de oscilatia unui mediu fizic, materie (in cazul nostru aer); in electronica, synthesizere, sunetul este generat de un oscilator electronic, un circuit care creaza un semnal electric, a carui variatie descrie o forma de unda electrica. Mai jos este explicat in detaliu, pe scurt se spune doar oscilator.

Frecventa = rata la care vibreaza aerul este masurata in Hertz (Hz sau cicluri pe secunda). Teoretic urehcea umana percepe sunete care au frecventa intre 20Hz si 20.000Hz. In termeni muzicali frecventa se numeste inaltime (pitch). O frecventa mica corespunde unui sunet jos (bass, trombon) iar o frecventa mare corespunde unui sunet inalt (cinel, piccolo). Dublarea unei fecvente corespunde in muzica cu octava.

Amplitudine = Puterea vibratiei unui sunet, masurata in Decibeli (dB). Corespondent in muzica, dinamica.

Spectru Armonic = Sunetul este un manunchi de simple vibratii la diferite fecvente (armonice) care dau sunetului un caracter particular. Aceasta corespunde muzical termenuli de timbru sonor.

Synthesis = (greaca veche) integrarea a doua sau mai multe elemente, pre-existente, care are ca rezultat o noua creatie. Sinteza chimica, sinteza mentala, sinteza literara, sinteza sonora ...

Sinteza sonora = conceptul general al unui synthesizer (sintetizator sonor, audio) este de a pune impreuna elementele unui sunet, de la generatoare de sunet, filtre, procesare, si a forma in final un sunet audio care este apoi amplificat (amplificator audio - boxe audio) si care in final ajung prin unde sonore la urechea noastra.

Synthesizer = *echipament electronic compus din module electrice care au ca scop generarea, filtrarea, modifcarea parametrilor unui **semnal electric care "descriu" un sunet. (*) chiar si softsynth-urile au la baza un computer, altfel nu are unde sa ruleze programul (**) si intr-un Vsti (softsynth) are loc o modelare matematica, procesie a unui semnal electric motiv pentru care modulele se mai numesc si DSP (digital sound processing).

Modulele - elementele unui synthesizer

Schema simpla a unui synthesizer arata ca in figura de mai jos. Elementele de baza sunt Oscilatorul, cel ce genrereaza semnalul electric, forma de unda; Filtrul, care modifica spectrul armonic, extrage de obicei armonici (flltru substractiv), fenomen prin care se modifica forma de unda; Dinamica, numita Amplificare (a nu se confunda cu amplificarea audio sau a unui semnal electric), defineste caracteristica dinamica, in amplitudine, a sunetului. In final avem un output spre amplifcarea audio (numita si monitorizare in studio) care poate intra intr-un canal de mixer sau direct amplificata de un sistem audio (amplficator audio + boxe audio).

cele 3 elemente de baza ale unui sytnhesizer
generatorul + filtrarea + amplitudinea

O diagrama mai detaliata, a unui synthesizer modern (de exemplu MiniMoog sau MS20), in care se observa doua oscilatoare si un generator de noise (zgomot) care este si el un oscilator defapt, un sumator de semnal care "aduna" cele 2/3 forme de unde generate de oscilatoare;

2 OSC + NOISE sumate

3 OSC + NOISE + Input Extern (External Audio In)

... In imaginea de sus este o versiune cu 3 oscilatoare un noise generator si input extern, toate sumate, filtru dual, semnalul sumat poate iesi MIX OUT sau inainte de filtru sa intram cu un semnal extern FILTER IN. Observati ca se intrerupe semnalul de iesire al sumatorului, deci vom filtra numai ceea ce intra pe FILTER IN. In imaginea de jos filtru (VCF) si amplificarea (VCA) care sunt modifcate ca evolutie in timp de curbele generate de EG1 si EG2 (generator de evolutie) si un element de "activare", care initiaza procesul de generare prin semnal CV (controll voltage) a oscilatoarelor si care are rol si de trigger (starter) pentru EG1 si EG2, adica porneste evolutia (evolutia este o curba in axa timpului, desfasurata in timp).

(sus) fara trigger ; (jos) cu element de control keyboard (CV-trigger) si detune


de mentionat ca este afisat traseul CV (Controll Voltage), semnalul de control al synthesizerului

Sa intram totusi in detaliu, si sa "demontam" synthesizer-ul, si sa vedem ce poate sa faca fiecare modul in parte. Dar inainte de asta, sa mentionez ceva: initial synthesizerul era modular, adica modulele se conectau intre ele prin cabluri, numite si patch-uri, motiv pentru care in termeni de synth user, un setup de sound (configuratie de sunet) se mai numeste si pe scurt patch setup sau simplu patch, sau o librarie de sunete - patch library sau patch bank (se regaseste acest termen si in synth-uri digital si softsynth). Voi folosii terminologia engleza, deoarece majoritatea manualelor de synth-uri, help-uri, internet, uzeaza acesti termeni.

1. VCO, DCO - Oscilatorul (generatorul oscilatiei)
(Volt Controlled Oscillator, Digital Controlled Oscillator)

Din fizica se stie ca oscilatorul electronic este dispozitivul care genereaza o oscilatie. Oscilatia este o variatie periodica a unui semnal electric, care descrie o unda, o forma de unda mai precis. Cu ajutorul unui osciloscop poate fi vizualizat forma de unda a unui semnal electric. Formele de unda folosite in sinteza sonora sunt: zgomotul alb (white noise), zgomotul roz (pink noise), sinusoida (sinus), dreptunghiular (square), puls (pulse), dinte de ferastrau (sawtooth), triunghiular (triangle). Forma de unda, creaza si specificul timbrului, de exemplu: flaut (sinus), oboi (triangle).

forme de unda ale oscilatorului

In unele synthesizere se foloseste si termenul de partial, deoarece sinteza are la baza 2,3,4 sau mai multe oscilatoare, partiale, care mai apoi sunt sumate si procesate prin filtru sau sunt procesate paralel (Vector Synthesis). In special synth-urile digitale (sinteza PCM, Wavetable, Vector) folosesc termenul de partiale. Sa revenit la OSC (oscilatoare) decand cu moda retro a synthesizer-elor analogice (vintage synths). I majoritate Softsynth-urilor se gasesc Oscilatoare, modelate matematic (functii).

2. VCF - Filtrul (filtrarea armonicilor)
(Volt Controlled Filter)

Filtru este poate partea cel mai funny si radical modul, ea modifica cel mai mult spectrul sonor, armonicile sunetului (semnalului generat de oscilator). Filtru folosit cel mai mult, este filtrul subtractiv. Pentru a intelege ce face un filtru si cum functioneaza, putem sa facem o analogie cu un EQ de combina muzicala. Pe panoul unui EQ (LCD, LED) sunt afisate mai multe benzi de frecventa, care imparte spectrul auzibil de la 20 hz pana la 20Khz (teoretic) in mai multe fasii. Un EQ pe 12 benzi, il imparte in 12 fasii, echidinstante, egale. Observam ca daca dam un play la un CD, acestea incep sa "joace", indicand prin amplitudinea coloanei nivelul de frecvente din spectru. Daca facem si o corectie, taiem inaltele, vom percepe atat audio cat si prin afisarea EQ, o scadere in amplitudine a frecventelor inalte. Avem de a face cu o filtrare gen LPF (Low Pass Filter), faptul ca sau taiat inaltele (High), culmea, denumirea filtrarii e data de ceea ce s-a lasat, nu ce sa taiat, adica joasele au ramas (Low). In manualele de electronica se intalneste termenul de "filtru trece jos" si este unul si acelasi lucru. Filtrul elemina o parte din frecvente, armonici, fiind si variabil, fecventa de taiere este controlabila (Frequency Cutoff COntrol), se numeste filtru activ.

Mai jos sunt prezentate cele 4 tipuri de filtre folosite in sintze audio: LPF - Low Pass Filter, HPF - High Pass filter, BPF - Band Pass FIlter, BRF/(BSF) - Band Reject Filter/(Band Stop Filter). In romana: LPF - filtru trece jos, HPF - filtru trece sus, BPF - filtru trece banda, BRF/BSF - filtru elimina banda.

tipuri de filtre: LPF (low-pass), HPF (high-pass), BPF (band-pass), BRF (band-rejected) sau BSF (band-stop)

Filtru are anumite caracteristici de baza: o frecventa de taiere - Fc (Cutoff, Filter Cutoff), o panta masurata in dB (decibel pe octava), si factorul de calitate al filtrului - Q (Quality factor, Q factor).

elementele de baza, caracteristici ale filtrului

Fc reprezinta frecventa de la care are loc "taierea" semnalului fiind variabil, filtru se numeste activ, daca ar avea o valoare fixa se numeste filtru pasiv. Panta filtrului releva cat de mult, "adanc", sa taie filtrul. Deobicei se foloseste filtru de -12dB sau -24dB pe octava, adica reprezinta raportul de atenuare a semnalului. Dupa panta filtrului, filtrele sunt cu 2 poli (-12dB are panta, specific lui Oberheim SEM) sau 4 poli (-24dB are panta, specific synthesizerelor Moog modulare din anii '60 si '70). Faptul ca filtrarea este diferita si in contextul audio, se mai spune ca filtrul 2 pole este "bright" iar cel 4 pole este "deep", acesta din urma "omoara" filtreaza mult mai radical spectrul audio. Factorul Q, factorul de calitate al filtrului, reprezinta efectul rezistentei electrice din circuitul care defineste filtrul. Filtrele pot intra untrun fenomen de feedback, ceea ce duce la un fenomen numit rezonanta, de aceea Q se mai numeste si resonance, sau rezonanta filtrului.

situatie unui filtru in care se modiica Q - fenomen de rezonanta al filtrului

Filtrul activ, cum se mai numesc aceste filtre, au fost introduse de R.P. Sallen si E. L. Key in cadrul MIT's Lincoln Laboratory in 1955, si se mai numeste Salen Key filter.

3. LFO - Generator Frecventa Joasa (Modulator)
(Low Frequency Oscillator)

Un generator, tot oscilator, dar de frecvente joase. Este folosit pentru a controla, modula modulele dintr-un synthesizer. Exemplu de semnal triunghiular modulat de unul dreptunghiular:

(sus) modulatorul LFO; (jos) semnalul triangle modulat de LFO

Cu un LFO se pot modula parametrii de OSC, VCF si chiar VCA in unele situatii. LFO-ul poate avea si el mai mult forme oscilatie, de unda numita si shape (sine, triangle, sawtooth, square). De multe ori avem de a face cu un SH (Sample and Hold) care de obicei este separat intr-un synthesizer avand posibilitati mai variate de modulare, dar in versiuni mai simplificate, SH este integrat in LFO - in selectia de shape exista si SH sau unii il mai numesc random shape, care este un caz particluar de SH.

4. EG - Generator Contur (Conturarea Semnalului - Modulator)
(Envelope Generator)

O Envelopa (contur, curba) descrie conturul dupa care va evolua o anumita caracteristica a sunetului. De exemplu un sunet de coarda: cand ciupim o coarda, prima parte a sunetului este puternica si prezenta, mai "deschis", apoi are loc un fade, adica o scadere atat in dinamica, volum cat si sunetul este mai infundat, "inchis". Aceste evolutii ale sunetelor pot fi create, moduland VCF sau/si VCA cu un EG - Envelope Generator (generator de contur). Curba/conturul este caracterizat prin 4 zone: Attack, Decay, sustain, Release.

EG poate modula atat VCF cat si VCA, in unele cazuri si VCO dar mai rar. Unele synthesizere au un singur EG care deserveste la modularea VCF/VCA cu acelasi contur, altele au cate un EG separat, independent pentru VCF si VCA in parte. EG poate fi modulat de LFO in multe configuratii.

5. VCA - Amplificatorul (Amplitudinea, dinamica)
(Volt Controlled Amplifier)

Este modulul care controleaza amplificarea sunetului inainte de iesire a semnalului din synthesizer (spre un mixer sau un amplificator de putere). In general EG pentru VCA nu apare separat, fiind integrat in modulul VCA, motiv pentru care potentiometrele (butoanele) ADSR apar afisate in modulul VCA urmate de un buton pt. reglat volumul Master. In general tensiunile sunt mici din synthesizere, la output, ele trebuiesc amplificate (mixer, PA), unele fiind dotate cu iesire pt. casti (iesire amplificata de casti).

6. MOD MATRIX - Matricea de Modulare (interconectarea modulelor, modulatii)
(Modullation Matrix / Modullation Bus)

In cadrul unui synthesizer, mai ales unul modular, exista posibilitatea interconectari modulelor, precum si modulari complexe. Ele se fac de regula cu patch-uri, cabluri scurte cu jack-uri mono. O varianta mai convenabila este Modulation Bus sau Modulation Matrix, un modul care contine diverse configuratii de modulare in care se selecteaza dobicei [1] sursa de modulare - Modulation Source) [2] destinatia modularii sau ce se moduleaza - Modulation Destination [3] amplitudinea modularii - Modulation Amount. In figura de ai jos este un exemplu de Modulation Bus al lui Moog Voyager Performer.

Analogic vs Digital

In contextul acestui site, daca vorbim de muzica electronica, evident ca vorbim de un studiou in care ar tebui sa avem mai multe synthesizere, deoarece sa detinem o varietate cat mai mare de forme de sinteza ceea ce va aduce de la sine compozitii mult mai bogate in sound, detalii, dinamica, efecte. Oricum un system hybrid ar fi indicat sa existe si pentru cei interesati de soft synth la fel. Un soft synth sun abine printre cele hard. Daca nu intram in extreme, adica analogice vechi, vintage sau numai digitale sau numai softsynthuri, in general orice combinatie este buna doar ca este altceva ca sinteza.

Tipuri de sinteza

In timp au aparut diverse combinatii de sinteza , atat analogice cat si digitale, si nu lipsesc nici hibrizii, synthesizere analogice controlate digital. Cele mai cunoscute forme de sinteza, care au devenit si comerciale:

- SUBSTRACTIVE
- ADDITIVE
- WAVETABLE
- PCM
- PHYSICAL MODELLING
- FM
- PHASE DISTORTION
- WAVESHAPING
- VECTOR
- WAVE SEQUENCING
- VAST
- GRANULAR

In acest tutorial nu avem timp sa desfasuram fiecare sinteza in detaliu dar vor fi enumerate unele caracteristici pentru fiecare in parte in alte tutoriale.

Hardware vs Software

Marea dilema: ce este mai bun un hardware sau software synthesizer ? Faptul ca fiecare sinteza in parte difera mult in functie de tehnologie, implementare, convertoare, modelari matematice, DSP-uri ... e greu de apreciat, parerile sunt diferite, costurile difera, testele la fel. Mai bine sa consideram ca sunt chestiuni ce tin de subiectivitatea urechii, si felul in care "ne place noua" sa auzim, sau vrem sa auzim muzica. Software-ul este mai ieftin si "usor" de procurat, multe banci/librari cu pactch-uri (factory setups), nu ocupa spatiu fizic. Cu un computer bun am reusi sa cream ceva, dar sunt foarte "mancatoare" de CPU si nu putem sa folosim prea multe in paralel, real time. Si parca nu suna mereu destul de bine, ori parca sunetele sunt cam identice, ori nu au un spectru prea bogat, armonici. Pe de alta parte, hardware-ul este mult mai scump, ocupa spatiu in studio, unele greu de programat ... dar sound-ul este de multe ori mult mai cald, mai plin. Unii ar zice ca nu ar trebui sa fie diferente. In synth-urile hard digitale, este tot un software care ruleaza pe niste DSP-uri specializate pe procesie de sunet. Mai sunt si convertoarele care au un pecific aparte si felul in care sunt exploatate. Oricum un synthesizer pur analogic, serii care se mai produc si azi, serii noi, sau hibdrizi (digital controll - analogue sound) sunt greu inlocuite cu un software synthesizer. Puenetiva in situatia sa aveti analogice hardware si software synth-urile corespondente de ex Moog Modular V si softwynth cel facut de Arturia. Cel putin lea-ti compara, si urechea va decide diferenta ...

M.I.D.I.

MIDI = Musical Instrument Digital Interface, este un modul integrat in synthesizere, placi de sunet, interfete MIDI standalone, efecte externe ... folosit pentru a sincroniza, transmite secvente (note), modulari sau diferite controlere, parametri de sinteza intre doua synthesizere, sau intre synthesizer si sequencer/computer.

SEQUENCER

Un modul extern sau integrat intr-un synthesizer, care poate inregistra sau transmite note ori diversi parameterii de sinteza, sunet, modulari. Inainte se foloseau sequencere externe ata analogice cat si digitale. Cu timpul ele au fost integrate in synthesizere, ca module numite SEQ sau Sequencer. Sequencere-le software sunt programe similare celor hardware, dar cu interfete si tools-uri grafice de editare. Ex: Ableton Live, Sonar, Acid Pro, Cubase SX, Logic, Nuendo.



Adrian Budritan, Bucuresti, 04 august 2006