EMUTE-MUSIIKKITEKNOLOGIASIVUSTO
Emute

Syntetisaattorit – Osa 1

Kirjoittanut Juha Sipilä | 24.10.2013

Syntetisaattorit kuuluvat miltei erottamattomana osana nykyaikaiseen äänituotantoon. Ne voivat olla erillisiä laitteita, tietokoneohjelmia, tai tietokoneohjelmien liitännäisiä eli plugareita. Usein syntetisaattorissa on myös koskettimisto. Syntetisaattorit mahdollistavat mitä erilaisimpien sointivärien muodostamisen, kuin myös olemassa olevien instrumenttien imitoimisen. Seuraavassa artikkelisarjan ensimmäisessä osassa käydään kokeillen läpi syntetisaattorin perusosat, sekä rakennetaan lopuksi näistä osista koostuva äänitehoste. Työkaluna käytetään internet-selaimessa toimivaa ilmaista WebModular-syntetisaattoria.

Syntetisaattori ennen ja nyt

Nykyään syntetisaattori mielletään sähköiseksi kosketinsoittimeksi, jossa on nopeasti saatavilla paljon erilaisia sointivärejä. Mikäli syntetisaattorista käytetään vain tehtaalla valmiiksi luotuja sointeja, jää hyödyntämättä laitteen varsinainen käyttötarkoitus – sointivärien rakentaminen äänen eri ominaisuuksia yhdistelemällä. Sana "synteesi" tarkoittaa juuri yhdistämistä, tässä tapauksessa äänen peruselementtien yhdistelyä.

Kaikki äänet voidaan luokitella kolmen perustekijän mukaan, jotka ovat:

Äänen taajuus eli sävelkorkeus.

Äänen voimakkuus eli värähtelyn amplitudi.

Äänen sointiväri, johon vaikuttaa ylä-äänessarjan rakenne.

Ensimmäiset syntetisaattorit (siinä muodossa kuin ne nykyään tunnetaan) kehittyivät 1960- ja 1970-lukujen vaihteessa. Kuuluisimmat kehitystyötä tehneet pioneerit ovat Robert Moog (1934-2005) ja Don Buchla (s.1937). Sekä Moog- että Buchla-syntetisaattoreita valmistetaan yhä edelleen, ja miltei kaikki muut syntetisaattorit perustuvat näiden esikuvien perusperiaatteille.

Modulaarinen syntetisaattori

1970-luvun alussa syntetisaattorit olivat pääosin modulaarisia. Ne siis rakentuivat moduleista, joista jokaisella oli oma käyttötarkoituksensa. Osa moduleista toimi äänigeneraattoreina, osa taajuussuotimina, osa taas muiden signaaleiden prosessoreina. Syntetisaattoria käytettäessä tuli ensin muodostaa instrumentti rakentamalla kytkentä (Patch) tarvittavien moduleiden välille. Vasta sen jälkeen päästiin soittamaan ja muokkaamaan sointia syntetisaattorin säätimillä ja kontrollereilla. Koskettimisto oli vain yksi kontrolleri muiden joukossa, eikä sellaista tarvittu välttämättä ollenkaan. Modulaariset syntetisaattorit olivat usein vaikeakäyttöisiä ja kalliita muusikoiden näkökulmasta. Robert Moog ratkaisi ongelman kehittämällä Minimoogin. Se oli ensimmäinen syntetisaattori, jossa oli kaikki tarvittavat perusmodulit valmiiksi kytkettynä, sekä koskettimisto soittamista varten.

Modulaariset syntetisaattorit kokivat renessanssin 1990-luvulla. Valmistajia ja erilaisia formaatteja on tätä nykyä paljon, mutta suosituin lienee Doepferin markkinoille tuoma Eurorack-formaatti. Modulaarisella syntetisaattorilla pystyy tietenkin tekemään myös yksinkertaisia perussointeja, mutta silloin niiden tarjoamat mahdollisuudet menevät osittain hukkaan. Järjestelmän laajennettavuus ja signaalitien vapaa kytkettävyys ovat ominaisuuksia, jotka antavan rajattomasti mahdollisuuksia esimerkiksi kokeellisemman elektronisen musiikin säveltämiseen.

Seuraava video on Phonogene-samplerilla tehty Pisara-kappaleen alkutuotantodemo. Äänimateriaalina on käytetty kännykällä äänitettyä vesipisaran ääntä, jota sitten muokataan modulaarisen syntetisaattorin tarjoamin mahdollisuuksin. Mukana on myös analogisilla oskillaattoreilla generoituja ääniä.

 

 

WebModular

Tutustutaan seuraavaksi syntetisaattorin perustoimintaperiaatteisiin käyttämällä ilmaista internet-selaimessa toimivaa modulaarista syntetisaattoria. Suositellut selaimet WebModularin käyttöön ovat Firefox ja Chrome. Syntetisaattori löytyy osoitteesta:

http://www.g200kg.com/en/docs/webmodular/

 

Syntetisaattoria voi heti kokeilla osoittamalla hiirellä koskettimistoa. WebModularin avautuessa siinä on yleensä perussointiasetus valmiina. Valmiita sointiasetuksia voi vaihtaa syntetisaattorin yläpuolella olevasta valikosta. Osoita valinnan jälkeen Set-painiketta.

 

Syntetisaattoria voi soittaa myös tietokoneen näppäimistöllä oheisen kartan mukaan. Osoita ensin syntetisaattori-ikkunaa, tämän jälkeen näppäimistö toimii koskettimistona.

Äänigeneraattori

Syntetisaattorin sointi saa alkunsa äänigeneraattorissa. WebModularissa on äänigeneraattoreina kaksi jänniteohjattua oskillaattoria (Voltage Controlled Oscillator, VCO). Oskillaatio tarkoittaa värähtelyä, ja syntetisaattorin oskillaattori tuottaa värähtelyä vaihtosähkön muodossa. Tätä sähköistä värähtelyä voidaan muokata monin tavoin, ja lopuksi muuntaa se akustiseksi ääneksi kaiuttimen avulla.

 

Tutkiaksemme oskillaattorin toimintaa, meidän täytyy ensin nollata syntetisaattori. Se tapahtuu valitsemalla sointivalikosta komento "Clear All Patch", ja osoittamalla Set-painiketta.

Kytketään seuraavaksi kaapeli oskillaattorin ulostulosta mikserin sisäänmenoon. Heti kytkennän jälkeen tietokoneesta pitäisi kuulua oskillaattorin tuottama ääni. Äänenvoimakkuutta voi säätää mikserin liukusäätimellä.

Koskettimiston hyödyntämiseksi se on kytkettävä oskillaattoriin. Koskettimisto tuottaa ohjausjännitteen (Control Voltage, CV), jolla moduloidaan eli ohjataan oskillaattorin taajuutta eli sävelkorkeutta. Kytke koskettimiston CV-ulostulo oskillaattorin Mod1-sisäänmenoon, ja varmista että sisäänmenon yläpuolella oleva liukusäädin on maksimiasennossa. Nyt koskettimiston avulla voidaan tuottaa eri sävelkorkeuksia. Huomaa että vanhat modulaariset syntetisaattorit olivat yksiäänisiä eli monofonisia. Koskettimisto pystyi kerrallaan tuottamaan vain yhden jännitteen. Lisäksi sointuja tai intervalleja soitettaessa olisi tarvittu jokaiselle sävelelle yksi tai useampi oskillaattori. Tämä olisi tehnyt syntetisaattorista kalliin instrumentin.

Oskillaattorin aaltomuoto (Waveform) vaikuttaa sointiväriin. WebModularin aaltomuodot ovat ylhäältä alaspäin kolmio-, saha-, ja pulssiaalto. Näitä perusaaltomuotojen tuottamia sointivärejä voidaan edelleen muokata monin eri tavoin.

Katso videolta oskillaattorin ja koskettimiston kytkennät:

 
Osoittamalla seuraavaa linkkiä, voit avata yllä esitetyn kytkennän selaimessasi:

 

Kohinageneraattori

WebModularista löytyy myös toinen äänigeneraattori, joka on kohinageneraattori (Noise Generator). Nimensä mukaan se tuottaa kohinaa, joka on hälyääntä. Se sisältää kaikkia äänitaajuuksia, eikä sillä näin ollen ole sävelkorkeutta. Kohina on kuitenkin erittäin käyttökelpoinen muun muassa erilaisissa äänitehosteissa.

Kytke kohinageneraattorin ulostulo mikserin toiseen sisäänmenoon. Säädä mikseristä oskillaattorin ääni kuulumattomiin sulkemalla sen liukusäädin, ja avaa kohinageneraattorin liukusäädintä. Huomaa että oskillaattoriin kytketty koskettimisto ei vaikuta kohinaan.

Vahvistin

Esimerkissämme syntetisaattori tuottaa koko ajan ääntä, ellei sitä vaimenneta mikserin liukusäätimellä. Jotta sävelet saadaan syttymään ja sammumaan koskettimiston ohjauksella, tarvitaan jänniteohjattu vahvistin (Voltage Controlled Amplifier, VCA). Vahvistin on prosessori, jolla voidaan muokata signaalin amplitudia, eli värähtelyn laajuutta. Äänisignaalia muokattaessa tämä vaikuttaa kuultavan äänen voimakkuuteen. Vahvistin voi sekä vaimentaa että vahvistaa amplitudia. Syntetisaattorin vahvistin nimenomaan vaimentaa amplitudia, ja suomenkielinen termi "vahvistin" onkin tässä suhteessa hieman harhaanjohtava. Englanninkielinen termi "amplifier" viittaa sanaan "amplitudi", eikä näin ota kantaa vahvistetaanko vai vaimennetaanko amplitudia.

Vahvistin kytketään signaalitiessä oskillaattorin jälkeen. Nollaa syntetisaattori, ja kytke sen jälkeen kaapeli oskillaattorin ulostulosta vahvistimen sisäänmenoon. Kytke sitten vahvistimen ulostulo mikserin sisäänmenoon. Varmista ettei sisäänmenojen alapuolella olevat liukusäätimet ole kokonaan kiinni.

Oskillaattori tuottaa koko ajan äänisignaalia, mutta vahvistin on nyt kiinni eikä päästä signaalia eteenpäin ulostulomikserille. Vahvistinta voi avata ja sen ulostulotasoa säätää Gain-potentiometrista. Normaalisti Gain pidetään kuitenkin kokonaan kiinni, ja vahvistinta ohjataan jollain ohjausjännitteellä. Yksinkertaisimmillaan tämä tapahtuu käyttämällä koskettimistolta saatavaa Gate-signaalia. Kun mitään kosketinta ei paineta, on Gate-signaalin jännite 0 volttia. Painettaessa jokin kosketin alas, nousee gate-signaalin jännite suuremmaksi (tämä jännite vaihtelee hieman eri laitteissa). Gate-signaalilla on siis vain kaksi vaihtoehtoa: päällä tai pois. Kytke koskettimiston gate-ulostulo vahvistimen Mod1-sisäänmenoon ja varmista, että sen yläpuolella oleva liukusäädin on maksimiasennossaan. Kytke myös koskettimiston CV-ulostulo oskillaattorin Mod1-sisäänmenoon. Tämä kytkentä löytyy myös syntetisaattorin yläpuolella olevasta sointivalikosta nimellä "1VCO+1VCA Most Simple Patch".

Mitä suurempi on vahvistinta ohjaava jännite, sitä voimakkaampi on myös ulostulotaso eli gain. Gate-signaalilla on vain kaksi jännitevaihtoehtoa. Jännitteen ollessa 0 V (gate pois), on vahvistin kokonaan kiinni. Kosketinta painettaessa gate-signaali saa maksimijännitearvonsa, jolloin vahvistin avautuu ja päästää signaalin läpi. Tällainen vahvistimen ohjaus tapahtuu jyrkästi, ja vahvistin toimii ainoastaan päälle/pois-tyyppisesti. Vahvistinta on mahdollista ohjata myös hienovaraisemmin, esimerkiksi verhokäyrägeneraattorilla.

Katso videolta vahvistimen kytkeminen:

 

 

 

Osoittamalla seuraavaa linkkiä, voit avata yllä esitetyn kytkennän selaimessasi:

http://www.g200kg.com/en/docs/webmodular/?p=1HK0NIY4_0021CPo000021COo00Z00nOo00Z00dOo00Z000o00Z000o0000o000o01P1PSP000&m=

 

Äänenvärin muokkaus suotimella

Varsinkin saha- ja pulssiaalloilla on hyvin rikas ylä-äänessarja. Tämä tuottaa kirkkaan äänenvärin. Sointiväriä päästään muokkaamaan taajuussuotimilla, jotka vaimentavat ylä-äänessarjasta haluttuja taajuuksia. Syntetisaattoreissa suotimet ovat jänniteohjattuja (Voltage Controlled Filter, VCF), jolloin suotimen toimintaa päästään ohjaamaan ohjausjännitteillä.

WebModular-syntetisaattorissa on kaksi keskenään samanlaista suodinta, jotka ovat tyypiltään alipäästösuotimia (LowPass Filter, LPF). Tämän suotimen tärkein säädettävä parametri on rajataajuus (Cutoff Frequency), joka määrittää sen taajuuden jonka yläpuoleisia taajuuksia vaimennetaan. Sointiväri tummenee kun rajataajuutta pienennetään.

Toinen tärkeä suotimen parametri on resonanssi (Resonance). Resonanssia lisäämällä suodin korostaa rajataajuutta ympäröiviä taajuuksia. Mitä enemmän resonanssia lisätään, sitä kapeammaksi käy rajataajuutta ympäröivän korostuksen taajuuskaista. Resonoivan suotimen sointi on yksi analogisen syntetisaattorin perussoinnin ominaisimpia piirteitä. Rajataajuutta säädettäessä tai moduloitaessa suotimen toiminta tulee paremmin esille käyttämällä resonanssikorostusta.

Suodin saadaan käyttöön muuttamalla edellä esitettyä kytkentää siten, että oskillaattorin ulostulo reititetään suotimen sisäänmenoon. Suotimen ulostulosta signaali reititetään edelleen vahvistimen sisäänmenoon. Kokeile säätää rajataajuutta sävelen soidessa. Voit soittaa syntetisaattoria näppäimistöltä samalla kun säädät rajataajuutta hiirellä. Kokeile myös miten resonanssia lisäämällä rajataajuuden pyyhkäisy (Filter Sweep) tulee paremmin esille.

Osoittamalla seuraavaa linkkiä, voit avata yllä esitetyn kytkennän selaimessasi:

http://www.g200kg.com/en/docs/webmodular/?p=1H80K2NIY4_0021CPo000021COo00Z00aeo00Z00dOo00Z000o00Z000o0000o000o01P1PX0000&m=

 

Katso seuraavalta videolta suotimen kytkeminen ja testaus:

 

 

Helikopteri-tehoste

Rakennetaan vielä lopuksi helikopteria muistuttava äänitehoste, jossa käytetään edellä esitettyjä osia syntetisaattorista. Nollaa aluksi sointiasetukset "Clear All Patch"-komennolla.

Helikopterin äänessä ei ole selkeää sävelkorkeutta, joten soinnin raaka-aineena käytetään kohinageneraattorin tuottamaa kohinaa. Reititetään kohinageneraattorin ulostulo suotimen sisäänmenoon, ja suotimen ulostulo mikserin sisäänmenoon. Kohinan kirkkautta voidaan säätää suotimen Freq-parametrilla. Huomaa että myös äänenvoimakkuus pienenee säädettäessä rajataajuus minimiin.

Osoittamalla seuraavaa linkkiä, voit avata yllä esitetyn kytkennän selaimessasi:

http://www.g200kg.com/en/docs/webmodular/?p=EFY3_0021CPo000021COo00Z00nOo00Z00dOo00Z000o00Z000o0000o000o01P1PVP000&m=

 

Katso videolta, miten kytkennät tehdään:

 

Helikopterin sointiin vaadittava "säksätys" saadaan aikaiseksi moduloimalla suotimen rajataajuutta jaksollisella ja nopeahkolla signaalilla. Jaksollisuus tarkoittaa että signaali toistuu jatkuvasti uudelleen samanlaisena, ja tällaista jaksollista signaalia saadaan oskillaattorista. Artikkelin alussa esitellyn audio-oskillaattorin signaali on kuitenkin taajuudeltaan liian nopeaa tähän käyttötarkoitukseen. Modulointiin matalataajuusoskillaattori sopivaa hitaampaa signaalia saadaan matalataajuusoskillaattorista (Low Frequency Oscillator, LFO).

Kytke LFO:n 1/1-ulostulo suotimen Mod1-sisäänmenoon. Aaltomuoto on aluksi nousevaa saha-aaltoa. Vaihda se kolmioaaltoon (aaltomuotokytkimen ylin asento), joka sopii hakemaamme sointiin paremmin. Modulointi on vielä liian hidasta, nosta LFO:n Freq-parametri noin "kello 2"–asentoon. Nyt soinnin pitäisi muistuttaa jo melko paljon helikopteria.

 

Osoittamalla seuraavaa linkkiä, voit avata yllä esitetyn kytkennän selaimessasi:

http://www.g200kg.com/en/docs/webmodular/?p=EFHAY3_0021CPo000021COo00Z00nOo00Z00dOo00Z000o00Z000o0000o000o02Y1PPP000&m=

 

Katso seuraavalta videolta, miten LFO kytketään:

 

LFO moduloi nyt suodinta, ja vaikuttaa näin sekä äänenvärin että -voimakkuuden muutoksiin. Suodin ei kuitenkaan vaimenna matalimpia taajuuksia kokonaan, joten tehostetaan vielä efektiä jänniteohjatulla vahvistimella. Kytke audiosignaali suotimen ulostulosta vahvistimen sisäänmenoon, ja vahvistimen ulostulosta mikserin sisäänmenoon. Kytke vielä LFO:sta toinen kaapeli vahvistimen Mod1-sisäänmenoon.

Osoittamalla seuraavaa linkkiä, voit avata yllä esitetyn kytkennän selaimessasi:

http://www.g200kg.com/en/docs/webmodular/?p=EFHAK3NAY4_0021CPo000021COo00Z00nOo00Z00DPo00Z000o00Z000o0000o000o02Y1PS0000&m=

 

Katso seuraavalta videolta, miten LFO kytketään vahvistimeen:

 

Seuraavalla videolla näytetään vielä, miten tällä sointikytkennällä soitetaan. Koska siinä ei ole käytetty koskettimistoa, täytyy soittamisen tapahtua parametreja säätämällä. 

Linkit aiheesta

Moog - http://www.moogmusic.com Buchla - http://www.buchla.com Minimoog - http://www.vintagesynth.com/moog/moog.php WebModular - http://www.g200kg.com/en/docs/webmodular/

Katso myös

Syntetisaattorit – Osa 2
Syntetisaattorit - Osa 3 - Äänen ominaisuudet
Syntetisaattorit - Osa 4 - Oskillaattorit ja LFO
Syntetisaattorit - Osa 5 - Vahvistin ja verhokäyrägeneraattori