KRUZA RICHARD
-
BANAY GÁBOR
A SZINTETIZÁTOR A ZENEI GYAKORLATBAN
FSZEK Központi Könyvtár
O
h1hI IIJ1
O 10003
304.
ZENEMŰKIADÓ BUDAPEST
Lektorálta: Decsényi János és Horváth István
TARTALOM
Illusztrációk: Banay Gábor Fotók: Mán András Az 1, 2, és 6. sz. fotó a Magyar Rádió Elektronikus Zenei Stúdiója, míg az 5. sz. fotó a Magyar Hanglemezgyártó Vállalat szívességéből készült.
Bevezetés 7 A zenei hangforrások általános tulajdonságai (analízis) 9 Az elektronikus hangkeltés alapelvei (szintézis) 17 Az elektronikus szintetizátorok alapfelépítése 21 4.1. Feszültségvezérlés, digitális vezérlés 23 4.2. Blokkdiagramok 25 5. Szintetizátoregységek 29 5.1. Jelforrások (Signal Sources) 29 5.1 .1. Feszültségvezérelt oszcillátor (VCO) 29 5.1.2. A zajgenerátor (Noise Generator) 36 5.2. Jelmódosítók 37 5.2.1. A szűrők 38 5.2.2. A feszültségvezéreJt erősítő (VCA) 44 5.2.3. A Ringmodulátor 45 5.3. A vezérlőegységek (Controllers) 4’ 5.3.1. A burkológörbe-generátor 47 5.3.2. Alacsonyfrekvenciás oszcillátor (LFO) 56 5.3.3. A billentyűzet (Keyboard) 61 5.3.4. A kézi vezérlés kezelőszervei 65 5.4. Egyéb különleges szintetizátoregységek 67 5.4.1, A „Sample a Hold” egység 67 5.4.2. A Portamento egység 73 5.4.3. Arpeggiator 74 5.4.4. A szekvencer 76 5.4.5. Hitelesítő oszcillátor (Reference Oscillator) 78 6. A monofonikus szintetizátorok típusai. Kapcsolástechnika 6.1. Külső huzalozású szintetizátorok 83 6.2. Előrehuzalozott szintetizátorok 85 6.3. Az előreprogramozott szintetizátorok 89
1. 2. 3. 4.
.
1985 Kruza Richard ás Banay Gábor SBN 963 330 5527 .
Felelős kiadó a Zeneműkiadó Vállalat igazgatója. Zeneműnyomda, Budapest. (85/35374) Felelős Vezető Kormány Imre. Felelős szerkesztő Czigány Gyula. Műszaki szerkesztő Biró Mária. Műszaki Vezető Tóth Béíáné. Megjelent 7,75 (A/5) ív terjedelemben. íZ. 60 234) 1985
81
7. Összefoglalás. A polifon szintetizátorok a fejlődés útja 91 7.1. A programozható szintetizátorok. Komputeres vezérlés 94 8. A szintetizátor gyakorlati használata 97 8.1. Szintetizálási kísérletek 97 8.1 .1. Hagyományos hangszer hangzása 98 8.1.2. Hangeffektus (szélzaj) 102 8.1.3. Speciális elektronikus effektus 104 8.2. Házi stúdió kialakítása 106 9. Az elektronikus zene notációs problémái 107 10. Szakkifejezések, rövidítések 111 —
1. BEVEZETÉS
Az elektronikus szintetizátor feltalálása forra dalmi lépést jelent az egyetemes zenetörténet ben. Ellentétben az eddig létező hagyományos és elektronikus hangszerekkel, a szintetizátor korlátlan lehetőséget nyújt a zenei hangzások kialakításában, a különböző hangmodulációk előállításában, óriási hangterjedelemmel ren delkezik, és elektronikus jellegéből adódóan, tökéletesen a számítógépekhez hasonlóan programozható. A szintetizátor a hagyományos hangszerek hangjának elektronikus úton való előállítása és utánzása mellett képes arra is, hogy olyan hangzásokat, effektusokat hozzon létre, ame lyek eddig csak a zeneszerzők fantáziájában lé teztek, vagy egyáltalán nem voltak elérhetők. Ez a lehetőség új utakat és távlatokat nyitott a zeneművészetben, de egyben új, speciális kö vetelményeket is támaszt a szintetizátorral dol gozó előadóművésszel és zeneszerzővel szem ben, mind az alkotásban, mind a zene inter pretálásában; a zenehallgató közönséggel szemben pedig az újfajta zenei élmény befoga dásában. Ahhoz, hogy a hangszer lehetőségeit maximá lisan ki tudjuk használni, és elkerüljük mind a kommerciális, sablonos hangzások, mind pe dig a nem tudatosan megtervezett, csak eset legesen, véletlenszerűen létrehozott effektu —
—
—
7
sok hibáit, elengedhetetlenül szükséges az el képzelt hangzás és az azt létrehozó elektroni kus folyamat közötti tudati kapcsolat kialakítá sa. Ezt nevezzük a szintetizátor tudatos prog ramozásának. Könyvünk olyan zenészek számára készült, akik bővebb elektronikai ismeretek nélkül is komplex tudásanyagra szeretnének szert tenni, mind a szintetizátorjáték technikájában, mind pedig a zene alapvető elemeinek létrehozásában, a programozásban. A könyv a szintetizátor mű ködésének alapelveiről is nyújt általános felvi lágosítást, de emellett a Magyarországon for galomban lévő ismertebb hangszertípusokat is felsorolja. Az utolsó fejezetekben a szintetizá torok fejlődésének várható tendenciáit, vala mint a legújabb típusokat ismertetjük. Néhány gyakorlati példa, szintetizálási kísérlet leírása után egy szakkifejezés-gyűjteménnyel zárjuk könyvünket, a szintetizátorok angol nyelvű kezelési utasításait, a hangszereken ta lálható jelöléseket igyekeztünk itt a magyar fordításban is közérthetővé tenni. A könyv fel adata az, hogy hozzájáruljon a mai magyar ze neirodalom elektronikus zenével kapcsolatos ezirányú hiányosságainak pótlásához. Bízunk benne, hogy könyvünk Segítséget nyújt az ér deklődő olvasóknak a szintetizátor megisme rése és kezelése terén. Ebben az esetben siker koronázta fáradozásainkat. —
8
2. A zenei hangforrások általános tulajdonságai (analízis) Hangnak általános értelemben egy rezgő test (húr, membrán, valamilyen fémtömeg vagy le vegőoszlop) által létrehozott, majd egy rugal mas közegben (többnyire a levegőben) tovater jedő rezgést nevezünk. A hangrezgés négy tő jellemzője, amely csak a zenei hangra érvényes: 1. a rezgésszám (frekvencia) 2. az amplitúdó 3. a hangszínezet, spektrum (a rezgés jelalakja) 4. a ciklusosság (periódusosság) A frekvencia, Vagyis a mp-kénti rezgésszám (Hz) határozza meg a hang magasságát. Minél nagyobb a rezgésszám, annál magasabb a hang. Az emberi fül a hangrezgéseket kb. a 20— 20 000 Hz közti tartományban érzékeli, ez a hall ható (audio) frekvenciasáv. A 20 000—22 000 Hz fölötti, nem hallható rezgéseket ultrahangnak nevezik, míg a 20 Hz alatti rezgések neve a szub-audio, vagy infrahang. A szub-audio rezgéseket az jellemzi, hogy nem mint folyamatos hangzásokat észleljük őket, hanem mint különálló, ismétlődő rezgéseket, amelyeknek nincs meghatározható hangérze tük, hangmagasságuk, bár az emberi fül fel tudja fogni ezeket a rezgéseket. Ilyen p1. a szívdobogás. Ha a pulzus száma percenként 60, akkor a szívdobogás keltette „infrahang” frekvenciája pontosan 1 Hz. Ha az emberi szív 9
1. ábra Különböző frekvenciájú szinuszrezgések
u
t
vv
VV\J\
2. ábra Különböző ampiitúdójú szinuszrezgések
u t
\J u
3. ábra Különböző hullámalakok
r\r\ J\J\J
(elméletben) képes lenne p1, percenkánti 1200-as pulzusszámra, akkor frekvenciája 13 = 20 Hz lenne, Ebben az esetben már nem különálló szívdobbanásokat hallanánk, hanem egy fo lyamatos, nagyon mély zenei hangot. Ha pe dig a szív 26 400-at verne percenként, akkor frekvenciája 2OO = 440 Hz lenne, vagyis a normál A hangon „szólna”! Az ampiitúdó, vagyis a hangrezgést leíró gör be csúcsainak egymástól való távolsága hatá rozza meg a hangerőt. A pozitív és negatív fe szü Itségcsúcsokkal mérhető ás jellemezhető feszültség—idő grafikon „tágasságával” egye nes arányban nő a hangerő is. (2. ábra) A hangrezgéseket leíró periodikus vagy aperio dikus görbéknek mindig jellegzetes alakja van, amely mindig az adott „típusú” hangra j’llem ző. A hang típusát, hangszínét (természetesen nem a köznapi értelemben vett „mély—magas” hangszínt, hanem azt a hangzásfajtát, speciá lis színezetet, amely p1. a rézfúvós, vonós, fa fúvós stb. hangszerekre jellemző) sz általuk keltett hangrezgést leíró görbe alakja, az ún. hullámalak határozza meg. A fuvola hangja Pl. egészen lágy, majdnem tiszta szinuszhullám maI írható le, míg pI. a klarinétra a négyszög rezgésű hang a jellemző. (3. ábra) t
Lr1 r9n
LJUUU
négyszögrezgés (p1. klarinét)
szinuszrezgés (p1. fuvola)
tAAAA
t
vvvv
fürészrezgés (p1. rézfúvósok, vonások)
10
WLt négyszögimpulzus (nyelvsípokra Jellemző)
A ciklusosság sz a fő jellemző, ami a zenei hang ás a zaj fogalmát elválasztja egymástól. Amíg a hangok struktúrája rendezett, periodi kus (vagyis bármilyen bonyolult a hullámalak, mindig előfordulnak időben ismétlődő perió dusok), azaz a struktúrák az alaphangok frek venciáinak bizonyos számú többszöröseiből épülnek fel, addig a zajok rendezetlen struktú rák, nem periodikus rezgések, bennük vélet lenszerű impulzus-sorozatok ás a legkü lönbö zőbb frekvenciájú rezgések fordulnak elő. t(s’c)
4. a) ábra Periodikus rezgés 4. b) ábra Aperiodikus rezgés
)t(sec)
A zenei hangot leíró a) ábrán az időegység alatti rezgésszám ás amplitúdóváltozás ismét lődő jellegű, a hullámalak négyszögű, míg a zaj spektrum-, amplitúdó- stb. változásait leíró b) ábrán látható, hogy mindezek a változások teljesen szabálytalan, véletlenszerű eloszlást mutatnak. Ennek többek között az a következ ménye, hogy az aperiodikus rezgéseknek nincs meghatározott hangmagasságuk. A zenei hangok megszólalására ezenkívül még az a jellemző, hogy a hangzási folyamat szinte sohasem konstans, mindig kísérik bizonyos változások, modulációk. Rendszerint ezeket három fő csoportra osztjuk: ampiitúdó, frek vencia és spektrummodulációkra. Vizsgáljuk meg külön-külön ezeket. Ampiitúdómoduláció Ha p1. a fuvolát először gyengén, majd erőseb ben, majd ismét fokozatosan gyengülve fújjuk meg, azonos hangon (azonos frekvencia!) ak 11
kor a hangerőváltozást (= ampiitúdómodulá ció) az 5. ábra grafikonja Írja le. 5. ábra Ampiitúdómoduláció
(se)
A zongorabillentyű leütésekor rezgésbe jövő húr azonnal a teljes amplitúdójú rezgést hozza létre, majd a rezgés fokozatosan zérusra csök ken. Újra leütve a billentyűt, a folyamat elölről kezdődik. 6. ábra A leütött hangok ampiitúdó változásainak ábrázolása zongora esetében
7VV’
t(sec)
t
(a harás j)
Az orgona hangkeltése más típusú: a billentyű lenyomásakor kinyíló sípszelep levegőt enged a sípba, amelynek rezgőnyelve azonnal a teljes amplitúdójú rezgést hozza létre, de ez az amp litúdá konstans marad egészen addig, míg a billentyűt lenyomva tartjuk. Felengedve a bil lentyűt, a sípszelep azonnal elzárja a levegő út ját, a hangrezgés azonnal megszűnik. 7. ábra Az amplitúdó időbeli változásainak ábrázolása
t(se)
Bizonyos hangzásokat nemcsak amplitúdó-, hanem frekvenciaváltozás Is kísérhet. Ilyen p1. a hegedűjátéknál alkalmazott glissando, a rez gő húr hosszának folyamatos rövidítése, ami kor a hang folyamatosan magasabb lesz.
12
F1_-i,/l,41/1M)1iI1)*44
8, ábra A frekvenciaváltozást leíró görbe
A mp-enkénti frekvenciaszám fokozatosan nö vekszik, ez egyszerű lineáris függvénnyel ábrá zolható. (9. ábra)
9. ábra
A hangrezgések spektruma (a jelalak) szintén mutat bizonyos időbeli változásokat a hang megszólalásának folyamatában. Pl. a gitárhúr megpendítése során a teljes amplitúdóval megszólaló hangban a mély és magas összete vők közül a magasak hamarabb csillapulnak, így a hang színezete fokozatosan elmélyül. A rezgés jelalakja ezért először aszimmetrikus négyszög (négyszögimpulzus), amely fokoza tosan átmegy tiszta négyszögrezgésbe (az amp litúdóváltozással párhuzamosan>. (1 O ábra)
10. ábra
A négyszögimpulzus időbeli változását (négy szögjellé való átmenetét) szintén egyszerű li neáris függvénnyel ábrázolhatjuk. (11. ábra)
11. ábra
c)
13
Ha az előzőekben tárgyalt amplitúdóváltoZá sok grafikonjain a rezgés „csúcsait” folyama tos vonallal kötjük össze, szintén lineáris függ vényt kapunk. (12. ábra)
12. ábra
i
1
Ii II II 1
IV
II ! I
II
I
VII
v
II
V
I ‘
I j
‘
tW
I
V
II
Ezeket a függvénygörbéket (mivel mintegy „beburkolják” az amplitúdó- vagy frekvencia görbéket>, összefoglaló néven burkolágörbék hang nek nevezzük. A különböző hangszerek kíséri, változás zását mind jellegzetes időbeli kkel és ezeket mind Jellegzetes burkológörbé lehet leírni. (13. ábra> A hang spektruma. Felhangok, felharmonikUsOk.
Ii Orgona
Zongora
A különböző hullámalakokhoz, mint az előzőek ben tárgyaituk, különböző hangszínezet tarto hul zik. Ennek az az oka, hogy a különböző lámalakokhoz különböző spektrum, zenei érte tar lemben a különböző felhangok összessége következő: tozik. A felhangok lényege a Ha p1. egy 110 Hz-es A hangot vizsgálunk Hz-es meg, ez fizikai értelemben egy tíszta 110 termé a Azonban szinuszrezgéssel leírható. szetben tiszta szinuszos hang soha nem fordul elő. Minden hangszer keltette hangban meg találhatók más, eltérő rezgésszámú hangok Is, amelyek az ún. alaprezgésnél, alaphangnáí 14
(a példában a 110 Hz-es A-nál) kisebb ampli túdóval szólnak. A domináns természetesen mindig az alaphang, ennek érezzük a konkrét hangmagasságát. A kisebb ampiitúdójú han gok rezgésszámai az alaphang rezgésszámá nak egész (bizonyos esetben nem egész) szá mú többszörösei. Az így nyert hangokat felhangoknak (felharmonikusoknak) nevezzük. Az összes hangszer keltette hang tehát az alaphang és bizonyos felhangok komplex összessége, így p1. a 110 Hz-es A felhangjai: (ha a 110 Hz=x) 2x = 220 Hz-es A 3x=330 Hz-es E 4x=440 Hz-es normál A 5x = 550 Hz-es Cisz.. .stb. A felhangok egymáshoz viszonyított eltérő in tenzitása, amplitúdója hozza létre a különböző hullámalakokat, a hangzás jellegzetes spektru mát. Emiatt képes az emberi fül különbséget tenni két azonos frekvenciájú, de más-más hangszer keltett hang között, mivel minden hangszer hangja különböző spektrumú. A fu volahang, amelynek lágy hangzását majdnem tiszta szinuszos hullámalak jellemzi, Igen sze gény felharmonikusokban, míg p1. a rézfúvós, vonós hangszerek hangjának felhangtartalma sokkal nagyobb. (14. ábra> A szinuszos hang csak a felhangok nélküli, „tiszta” alaphang, míg a négyszögjelű hang az alaphangból és annak páratlan Számú több szörös rezgésszámú felhangjaiból épül fel. A fűrészrezgéshez és a négyszögimpulzushoz egyaránt az alaphang és az összes egész szá mú többszörös rezgésszámú felhang tartozik. 15
Gitár
Angolkűrt
Trombita
Magnóra felvett és visszafelé lejátszott gitárhang 13 ábra
14. ábra A különböző hullámalakokhoz tartozó feíhangok rezgésszáma, és a felhangok ampiitúdó viszonyai.
szirnjsz
négyszög
fűrészrezgés négyszögimp,
A különbség a felhangok amplitúdóviszonyá ban van: a négyszögimpulziis felhangjainak (főleg a nagy rezgésszámú magas felhangok nak) az ampiitúdója nagyobb, mint a fűrész rezgésnél. Így a négyszögimpulzus intenzív magas felhangjai „fényesebb” hang érzetét keltik. Bizonyos fém rezgőrendszerű ütőhang szerek (harangok, gong, triangulum, stbj olyan felhangokat is produkájnak, amelyek nem egyszerűen az alaphang egész számú többszörösej, hanem p1, 7/2-, 9 /4-szeresej, és ezek a felhangok olyan intenzíven szólnak, hogy néha teljesen elfedik az alaphangot. Az ilyen jellegű felhangok (a „fémes” hangzások) elektronikus előállítására alkalmas a szintetjzá torok RINGMODULÁTOR egysége, amelyet a későbbiekben részletesen fogunk tárgyalni. Összefoglalva: a zenei hangforrások, a zenei hangok tő paraméterei, és azoknak a fizikában használatos megfelelői: Hangmagasság = Frek vencia, Hangerő Amplitúcló, Hangszínezet Hullámalak, Felhangok= Spektrum, Zenei hang Periodikus rezgés, Zaj = Aperiodikus rezgés, A hangzás időbeli változásai = Modu láció és burkológörbe. —
3. Az elektronikus hangkeltés alapelvei (szintézis) Az előző fejezetben a zenei hangforrások és az általuk keltett hangok (fizikai értelemben: rez gések) legfontosabb jellemzőit, és ezek össze tevőit ismertettük. Minden, egyedi értelemben vett rezgést leíró hullámalak megfelelő össze tevői az arra alkalmas elektronikus berendezé sekkel külön-külön mind előállíthatók, és ezek megfelelő összegzésével az adott hullámala kok is létrehozhatók. Ezt az összegzési eljárást nevezik szintetizálásnak, az erre alkalmas elekt szintetizátornak. ronikus berendezést pedig alkalmas előállítására A rezgések elektronikus oszcillátorokat, generátorokat stb. az elektrotechnikai ipar már régen előátlította, de a mai értelemben vett, feszültségvezérlési elven (amelyet részletesen Is fogunk tárgyalni) mű ködő szintetizátorokról csak 1966 óta beszél hetünk, Ugyanis ekkor építette meg a Robert MOOG által vezetett tervezőcsoport az első igazi feszültségvezérelt szintetizátort. Ezek a Voltage Controlled Synthesizerek azóta telje sen kiszorították a mechanikus, foto-elektro mos stb. úton működő berendezéseket. Ro bert Moog eredeti célja az volt, hogy az elekt ronikus zene céljaira minden tekintetben alkal amely többek mas hangszert hozzon létre, között képes legyen a hagyományos 12-fokú temperált hangrendszerből való kilépésre is. Gyakor!atilag ez annyit jelent, hogy a szinteti 17
4
BIBL. CIV, \‘
zátor billentyűzetére p1. bármilyen hangrend szerű skála, vagy egy-egy billentyűre Is tet szésszerinti frekvenciaspektrum, azaz nem a 12-fokú skála hangjaiból, hanem bármilyen frekvenciájú hangokból álló akkord is rávihe tő). A „klasszikus” értelemben vett szintetizá torok, amelyek alkalmasak a temperált hangrendszerből való kilépésre (p1. MOOG Ill/C. AKS, VCS3), az elektronikus zene mínden te rületén használhatók, azonban a szintetizá tor-elven működő berendezések többsége ke vés kivétellel (p1. SCI Prophet—1O) csak a tem perált hangrendszerben, így tehát csak az elektronikus komolyzene bizonyos területein, valamint a könnyűzene (pop, jazz) területén használható. Könyvünk terjedelme és jellege miatt a továbbiakban főleg az utóbbi hang szertípusokkal fogunk foglalkozni. A szintetizátorok, mivel a hangzás különböző alapvető összetevőit kell előállítaniuk, maguk is különböző jellegű, alapvető egységekből, ún. modulokból vagy panelekből épülnek fel. A hang magasságokat (frekvenciákat) elektro nikus rezgéskeltőkkel, oszcillátorokkal lehet előállítani. Az oszcillátorok frekvenciáját leg egyszerűbb úton egy 12-fokú temperált skála hangjainak megfelelő zongorabillentyűzettel lehet vezérelni. Az oszcillátorok ún. alap-hul lámalakú rezgéseket állítanak elő, —többnyire szinusz, fűrész, négyszög, háromszög alakú jeleket. A jelek ampiitúdóváltozásait legkönnyebben egy változtatható erősítésű erősítővel tudjuk előállítani, és így a kívánt időbeli amplitúdó folyamatokat létrehozni, —
18
A hangszínezet, tehát a hangzás spektruma, vagyis a hullámalak elektronikus úton szintén befolyásolható. Az ún. alapvető hullámfor mákból megfelelő elektronikus szűrőkkel kü lönböző átmeneti hullámalakok hozhatók lét re. Ugyanis p1. a fűrészjel, négyszögjel vagy négyszögimpulzus tartalmazta felhangok ki szűrése legvégül az alaphangot, vagyis tiszta szinuszrezgést fog eredményezni. Lássunk erre egy példát. Az oszcillátor keltette négyszögjelet bocsássuk át egy ún. mélyát eresztő szűrőn (Low Pass Filter), amely egy meghatározott frekvenciaszám (az ún. töréspont) felett semmit sem enged át a hangzás felhangjaiból. A törésfrekvenciát mind alacso nyabbra állítva a felhangok fokozatosan eltűn nek, a hangzás mind lágyabb lesz, végül a négyszögjel fokozatosan szinuszjellé alakul át.
ÍUILSLJ rtJLrL
LPF.
pJ1J9
15. ábra
\J\.Pj
9J9JL
FLÍLÍLi Ennek megfelelően, ha csak egy-egy, megha tározott sorrendű felhangot engedünk át a szűrőn, a hullámalakok egymásból igen já kö zelítéssel létrehozhatók. (16. ábra) A hangzásokat, mint az előző részben tárgyai tuk, néha a spektrum, tehát a hullámalak idő beli változása is kísérheti. Tehát, ha rendelke
19
