Daniel Kahlin: Synten, eller synthesizern som det heter Monday, 11 December 2017, 10:15 (Stockholm)
 

Synten, eller synthesizern som det heter.

Version 1.1 (2003-02-27)

Daniel Kahlin <daniel at kahlin dot net>
Den senaste versionen finns här: http://www.kahlin.net/daniel/artiklar/synten.php

Innehåll

Ingress

Det kan vara svårt att förstå varför det finns så många olika syntar. Räcker det inte bara med ett fåtal? Alla låter ju ändå likadant! Eller gör de verkligen det?

Artikel

Det finns en uppsjö olika fabrikat av syntar. Men det är inte bara märket på lådan som skiljer dessa åt. Dessa syntar skapar sitt ljud på en mängd olika sätt. Vi kallar dessa sätt syntesmetoder. En synt kallas polyfon om den kan spela flera toner samtidigt. Om synten kan spela flera toner med olika klangfärger samtidigt (till exempel bas och piano) kallas den multitimbral. De flesta moderna syntar är multitimbrala. (och därför också polyfona)

Sampling

En väldigt enkel, men ändå sent påkommen syntesmetod är sampling. Sampling innebär egentligen bara att man gör en inspelning av ett ljud antingen digitalt eller analogt. Denna inspelning kan man sedan spela upp närsomhelst. De variationsmöjligheter man får med sampling är i sin vanligaste form bara ljudstyrka och tonhöjd. Om tonhöjden ändras, ändras tyvärr också längden på ljudet. Längden halveras om man spelar en oktav högre. Dessutom låter vissa ljud underligt om man ändrar tonhöjden mycket. Detta är väldigt påtagligt på den mänskliga rösten. (den så kallade kalleanka-effekten) Detta är förstås opraktiskt, men sampling har ändå rikligt av användningsområden. Ett sätt att komma runt problemet med att längden halveras är att använda sig av olika samplingar för olika intervall på klaviaturen. Detta kallas multisampling. Om man vill sampla en oktav av ett piano kan man till exempel sampla ett c och ett fiss. Det samplade c:et används för tonerna a till d, och fiss:et används för tonerna diss till giss.
En tidig synt med sampling är Mellotronen. Mellotronen består av en klaviatur där varje tangent är kopplad till en bandslinga. När en tangent trycks ned spelas motsvarande bandslinga upp, och när tangenten släpps spolas slingan raskt tillbaka. Maskinen är stor och tung. Ljudkvaliteten lämnar också en del övrigt att önska. Men i många fall vill man åt just det ljudet. Ljudexempel på en Mellotron kan man höra bland annat i introt till Beatles "Strawberry fields" och flöjtstämman i Led Zeppelins "Stairway to heaven".
Ett modernt exempel på sampling får man i praktiskt taget all hiphop-musik. Där är det vanligt att man samplar ett stycke trummor och låter detta spelas upp i en oändlig slinga. Denna slinga kallas "loop", och används som bakgrund till rappen. Detta är förstås en extrem form av sampling, men visar ändå på möjligheterna.

Subtraktiv syntes

Tidiga syntar använde en syntesmetod som kallas subtraktiv syntes. Detta är egentligen ett samlingsnamn för alla syntesmetoder som utgår från ett ljud rikt på deltoner, och sedan tar bort (subtraherar) vissa av dessa. Den subtraherande enheten kallas för ett filter. I de tidiga syntarna alstrades ljudet av analoga kretsar, och dessa syntar kallas därför analogsyntar. De allra första försöken gjordes med hjälp av radiorör. Ett fåtal syntar byggdes med denna teknik, men syntarna tog inte riktig fart förrän transistorerna kom. En svårighet med att använda radiorör är att det är svårt att konstruera den del som omvandlar not till frekvens. (A blir 440Hz, osv...) Robert Moog konstruerade några av de första syntarna med transistorteknik. Som sin sista synt konstruerade han den så kallade Minimoog:en i början av 70-talet. En synt som än idag är populär, och har ett högt andrahandsvärde.
De analoga syntarna karaktäriseras av ett varmt ljud och är i stort sett alltid monofona, dvs de kan bara spela en ton i taget. Ofta har de en mängd rattar eller reglar som används för att ställa in klangfärgen. En stor nackdel med detta är att det är svårt att lagra ett ljud. Ända sättet blir att skriva ned exakt hur alla rattar eller reglar var inställda, och kanske inte ens då blir det rätt. Nuförtiden finns en uppsjö av digitala varianter av dessa analoga syntar. Dessa löser många av problemen med ljudlagring och polyfoni, men purister hävdar fortfarande att orginalen låter bäst.

Additiv syntes

Under 70-talet forskades det en hel del på ljud, och på Stanford uppfann en man vid namn Chowning en syntesmetod som skulle revolutionera syntes av naturliga ljud, FM-syntes. FM står för frekvensmodulation och är en form av additiv syntes. Additiv syntes betyder att ljudet utgår från enkla vågformer för att skapa mer komplicerade, man adderar komplexitet. I sin enklaste form alstras ljudet av en sinusgenerator (bärvåg) vars frekvens styrs av en annan sinusgenerator (modulator). Modulatorn har en frekvens som är en multipel av bärvågens. (till exempel 0.5, 1.0, 10.0, osv...) Det intressanta med den här syntesmetoden är att det låter naturligt. Man kan göra en ganska bra imitation av tex en trumpet, och när man varierar hur mycket modulatorn inverkar på bärvågen låter det som att man blåser mer respektive mindre i trumpeten. FM-syntesen har en stor nackdel: Det är väldigt svårt att konstruera ljuden. I moderna FM-syntar finns en mängd parametrar, och deras inverkan på klangfärgen är inte uppenbar. Trots detta är FM-syntar viktiga än idag. Patentet på FM-syntes ägs av Yamaha.
En annan, mindre vanlig form av additiv syntes består i att helt enkelt summera ihop sinusvågor, en per delton i den önskade klangen. För att detta skall bli bra behövs ganska många sinusvågor, 128 stycken är inte ovanligt. Den tillverkare som mest är känd för att använda denna metod är Kawai.

Fysikaliska modeller

Fysikaliska modeller (Eng: Physical Modeling) är en syntesmetod som har dykt upp på senare år. Det är egentligen en väldigt rättfram metod. Att den kommit sent är mycket beroende på den beräkningskraft som krävs. För att göra en fysikalisk modell av till exempel en klarinett sätter man ihop modeller av olika små rörstumpar. Rörstumparna anpassas så att de bäst motsvarar hålrummet inne i klarinetten. Sedan lägger man till en modell av bladet och en modell av munnen och läpparna som spelar. Modellen för munnen blir också en rörstump, medan modellen för läpparna kanske bara blir en kraft som bromsar bladet. För att få instrumentet att låta simulerar man hur en luftström rör sig från munnen via bladet genom röret, med alla resonanser. Resultatet är att klangen ändrar sig på ett naturligt sätt när man "blåser" olika hårt. En annan trevlig egenskap med syntesen är att modellen för klarinetten fungerar för alla verkliga och overkliga klarinettliknande instrument med ett rör och ett blad, det är bara parametrarna som skiljer. Man kan tillochmed flytta sig steglöst mellan de olika modellerna. Några kommersiella syntar som använder sig av fysikaliska modeller tillverkas av Casio. Dessa modellerar främst blåsinstrument.

Styrning av parametrar

Ofta vill man kunna förändra ljudets parametrar med tiden på något sätt. Det vanligaste sättet är att använda sig av en kombination av två enkla enheter: lågfrekvensoscillator (Eng: Low Frequency Oscillator, LFO) och enveloppgenerator. (Eng: Envelope Generator, EG)
Lågfrekvensoscillator
Lågfrekvensoscillatorn fungerar precis som man skulle kunna tro, genom att svänga med en låg frekvens. Detta kan man till exempel koppla till frekvensen hos den ton man spelar och på så sätt skapa ett vibrato. Om man kopplar lågfrekvensoscillatorn till ljudets volym får man effekten av ett tremolo.
Enveloppgenerator
Enveloppgeneratorn fungerar på så vis att man kan ställa in ett antal nivåer och hur lång tid det skall ta att vandra till denna nivå från den föregående. Nivån kan man till exempel låta styra ljudets volym, klangfärg eller tonhöjd. Det vanligaste är att man kan ställa in parametrarna: A (Attack, Eng: Attack), D (Avtagning, Eng: Decay), S (Hållnivå, Eng: Sustain) och R (Utklingning, Eng: Release). Om man låter enveloppen styra volymen på ljudet så händer följande när man trycker ned en tangent:
A är tiden det tar för volymen att gå från noll till max och D är tiden det tar att gå från max till nivån S. Volymen stannar på nivån S tills man släpper tangenten, volymen går då ner till noll på tiden R. På äldre syntar används ofta enklare enveloppgeneratorer som endast har parametrarna A och R.

Kommersiella syntar

Nästan alla nutida kommersiella syntar är hybrider av tidigare nämnda syntesmetoder. Till exempel:
Yamaha SY77/TG77 använder en kombination av additiv syntes (FM-syntes), sampling (i form av förinspelade ljud) och subtraktiv syntes. Ensoniq EPS-16+ använder en kombination av sampling och subtraktiv syntes. Roland Alpha Juno 1/2 som är en lite äldre synt använder sig däremot enbart av subtraktiv syntes.

Mjukvarusyntar

I och med att hemdatorerna har blivit allt kraftfullare har en ny typ av synt blivit möjlig, den så kallade mjukvarusynten. En mjukvarusynt är egentligen inget annat än en datorsimulering av en vanlig synt. Med gamla tidens datorer var det inte möjligt att simulera ljudet lika fort som det spelades upp. Datorn behövde i vissa fall räkna flera timmar för att kunna spela upp en ljudsnutt på en minut, något som 70-talets elektronmusiker med glädje och stor entusiasm ägnade sig åt. Dagens datorer däremot, kan simulera ett flertal syntar samtidigt på samma tid som det tar att spela upp ljudet. Denna egenskap kallas för realtid. För att skaffa sig en ny synt behöver man bara installera ett nytt program. En nackdel är att det faktiskt inte går att spela på synten. Det är kanske inte en så stor brist som det låter. Man kan spela in noterna med hjälp av en annan (vanlig) synt, för att sedan spela upp dem med mjukvarusynten, och på så sätt få tillgång till ett annat och kanske bättre ljud.

Slutsatser

Olikar syntar låter faktiskt, ...olika! Därför behöver man fortfarande en studio fylld med olika modeller för att få de klanger man vill. Visserligen finns det mjukvarusyntar som efterliknar de vanliga syntarna, men dessa når i mitt tycke inte "riktigt fram".

Litteraturlista

  • "A Tutorial on Digital Sound Synthesis Techniques", Giovanni De Poli, Computer Music Journal, Volume 7, No. 4, Winter 1983 sid 8-26
  • "Elements of Computer Music", F. Richard Moore, Prentice Hall, ISBN 0-13-252552-6
  • "Musical Acoustics", Donald E. Hall, Brooks/Cole, ISBN 0-534-13248-0

Rekommenderad vidareläsning

Copyright © 1999, 2000, 2003 Daniel Kahlin <daniel at kahlin dot net>

 

[kahlin.net]