TNMK054 - LJUDTEKNIK 1 LJUDSYNTES

Transkript

1 TNMK054 - LJUDTEKNIK 1 LJUDSYNTES

2 KORT HISTORIA 1870 s - Elisha Gray Music Telegraph Léon Theremin Laurens Hammond Homer Dudley Vocoder and Voder Harold Rhodes 1950 s - RCA Synthesiser

3 KORT HISTORIA Moog Synthesizers Buchla Syntesizers The Synket MiniMoog Oberheim 4-voice Sequential Circuits Prophet 5

4 KORT HISTORIA Fairlight CMI Roland TB Yamaha DX Roland D Korg M1 VSTi Analogue revival

5 TNMK054 - LJUDTEKNIK 1 SUBTRAKTIV LJUDSYNTES

6 SUBTRAKTIV LJUDSYNTES Enklare att åstadkomma med analog elektronik jämfört mot additiv ljudsyntes. Grundtanken är att ta en tämligen komplex vågform och sedan ta bort harmonin till önskat ljud uppnås.

7 ANALOGSYNTEN Oscillatorer, spänningsstyrda (VCO) Filter, spänningsstyrda (VCF) Förstärkare/Attenuatorer, spänningsstyrda (VCA) Envelopegenerator (EG) Lågfrekvensoscillator (LFO) SUB NOISE LFO / S&H Mixer VCO1 MIXER VCF VCA DIST VCO2 RM EG EG...

8 OSCILLATORN, VCO Additiv/subtraktiv syntes Spänningsstyrd... - V/Oct (log) - V/Hz (lin) - MIDI Olika vågformer Grundfrekvens Övertoner, harmonik

9 VÅGFORMER Inverterare Integrator Integrator Astabil multivibrator

10 GRUNDVÅGFORMER Sinus Fyrkant (puls) Triangel Sågtand (fallande/stigande)

11 SINUS Inga övertoner eller harmonik y(t) = A sin(ωt + φ) Amplitud Frekvens Okarina, trumljud, låga basljud, mjuka ljud

12 SINUS Användbar för kontrollspänningar Sinusvågen kan användas som byggblock... (additiv ljudsyntes, FM-syntes) Matlab: Fs = 44100; % Samplingsfrekvensen freq = 440; % Frekvensen på ljudet i Hz soundlength = 2; % Längden på ljudet i sekunder t = (0:(1/Fs):1/soundLength); % Tidsvektor sinesound = sin(2*pi*freq.*t); % Skapa sinusvågen

13 TRIANGEL Udda övertoner, snabb roll-off 8 χ triangle(t) = (-1) sin((1k + 1)ωt) k π 2 (2k + 1) 2 k=0 Amplitud Frekvens Flöjt, låga basljud, tämligen mjuka ljud

14 TRIANGEL Användbar som kontrollspänning Matlab: dutyc = 0.5; % Sätt duty cycle till 50% för ren triangel % Skapa triangelvågen trisound = sawtooth(2*pi*freq.*t,dutyc);

15 FYRKANT Udda övertoner med mindre brant roll-off 2 χ square(t) = π k=1 sin(2π(2k - 1)ft) (2k - 1) Amplitud Frekvens Träblås, basljud, syntljud, chiptune, vassare ljud

16 FYRKANT Digitala signaler/klocksignaler Synka oscillatorer/resetta en annan oscillator Variabel pulsbredd Matlab: pulsew = 0.5; % Sätt pulsbredden till 50% för fyrkantsvåg % Skapa fyrkantsvågen sqrsound = square(2*pi*freq.*t,pulsew);

17 FYRKANT Frekvenssyntes (Fourierserier) n=5; wavevector = zeros([1,1000]); for i= 1:2:2*n wavevector = wavevector + 1/ i*sin(i*0.01*(1:1000)); end plot(wavevector);

18 PULS Fyrkantsvåg med annan pulsbredd än 50% Pulsbredden ändrar övertonsserien Max och min ger inga ljud τ 2 πnτ f(t) = + sin( ) T nπ T n=1 2πn cos( t) T Basljud, chiptune, vassare ljud än fyrkantsvåg

19 PULS Digitala signaler/klocksignaler Matlab: pulsew = 0.1; % Sätt pulsbredden % Skapa fyrkantsvågen sqrsound = square(2*pi*freq.*t,pulsew);

20 SÅGTAND Både jämna och udda övertoner 2 χ sawtooth(t) = π k=1 (-1) k sin(2π k f t) k Amplitud Frekvens Stråkljud, basljud, allt

21 SÅGTAND Sågtanden kan vara stigande och fallande Ställbar stig-/falltid Eftersom den innehåller flest övertoner, kan den ses som den bästa byggstenen i subtraktiv ljudsyntes. Matlab: dutyc = 0; % Sätt duty cycle/stig-/falltid % Skapa triangelvågen sawsound = sawtooth(2*pi*freq.*t,dutyc);

22 SÅGTAND Frekvenssyntes (Fourierserier) n=5; wavevector = zeros([1,1000]); for i= 1:n wavevector = wavevector + 1/ i*sin(i*0.01*(1:1000)); end plot(wavevector);

23 ANALOGSYNTEN Oscillatorer, spänningsstyrda (VCO) Filter, spänningsstyrda (VCF) Förstärkare/Attenuatorer, spänningsstyrda (VCA) Envelopegenerator (EG) Lågfrekvensoscillator (LFO) SUB NOISE LFO / S&H Mixer VCO1 MIXER VCF VCA DIST VCO2 RM EG EG...

24 ATT PÅVERKA HARMONIKEN En oscillator - Pulsbreddsmodulation - Distortion Två oscillatorer - Summering/mix av två vågformer - Synk mellan två oscillatorer - Frekvensmodulation - Ringmodulation Filter

25 PULSBREDDSMODULATION Lägger till och tar bort övertoner LFO (sinus/triangel?) Förändringen i frekvensspektra över tid, låter ungefär som när två instrument spelar unisont och nästan perfekt stämmer

26 DISTORSION Deformerar en vågform mot fyrkantsvåg

27 DISTORSION Deformerar en vågform mot fyrkantsvåg Genererar nya övertoner

28 MIX AV VÅGFORMER Passiv / aktiv mixning

29 MIX AV VÅGFORMER Passiv / aktiv mixning

30 MIX AV VÅGFORMER Passiv / aktiv mixning Saturation / distorsion Fasutsläckning Förändrar harmoniken sumsound = (soundwave1 + soundwave2)/2; + =

31 SYNK MELLAN TVÅ OSCILLATORER Hard sync Masteroscillatorn tvingar slavoscillatorn att starta om sin cykel. Frekvensen hos masteroscillatorn är frekvensen på vågformen.

32 HARD OCH SOFT SYNC Soft sync gör detta mjukare, och slavoscillatorn låser mot mästeroscillatorns frekvens fast utan att skapa asymmetriska vågformer. Detta sker när de båda vågformerna har liknande fas. PLL (Phase-locked loop)

33 SUBOKTAVGENERATOR Suboktavgenerator fyrkantsvåg + logikkrets SUB NOISE LFO / S&H VCO1 MIXER VCF VCA DIST VCO2 RM EG EG

34 RINGMODULATION Multiplikation av två frekvenser, f1 * f2 = (f1 + f2) & (f2 - f1) Summan och skillnaden mellan två frekvenser 440 Hz & 660 Hz = 1000 Hz & 220 Hz Analog, semianalog, eller digitalt rmsound = soundwave1.*soundwave2;

35 FREKVENSMODULATION Mix av två frekvenser Två typer av FM: - linjär, påverkar upplevelsen av grundtonens frekvens - exponentiell, bibehåller grundtonens frekvens

36 TNMK054 - LJUDTEKNIK 1 ADDITIV LJUDSYNTES

37 ADDITIV LJUDSYNTES Additiv ljudsyntes skapar komplexa toner genom summering, eller addition, av enklare vågformer. Detta görs genom frekvensmix (inte vågforms-mix). Detta gick inte att göra (så bra) med analoga oscillatorer.

38 ADDITIV LJUDSYNTES Varje frekvenskomponent (partial) kan ha sin egen amplitudenvelop. Detta skapar på ett enkelt sätt föränderliga ljud med oberoende kontroll av ljudförändringar och övertonsserier. FM-syntes, PD-syntes John Chowning Stanford University

39 FM-SYNTES FM-syntes skapar både harmoniska och oharmoniska ljud på ett bra sätt. För att göra harmoniska ljud, behöver modulationssignalen ha en harmonisk koppling till originalsignalen (carrier). Större modulationsdjup ger mer komplexa vågformer. Om modulatorerna inte är harmoniska, dvs heltalsmultiplar av carriers skapas disonanta, icke harmoniska, klocklika och percussiva ljud.

40 FREKVENSMODULATION

41 FREKVENSMODULATION Frekvens- mix Vågformsmix

42 FREKVENSMODULATION Frekvens- mix Vågformsmix

43 FREKVENSMODULATION Frekvens- mix Vågformsmix sinesound = sin(2*pi*freq.*t); sinesound2 = sin(2*pi*freq2.*t); outputsine = sinesound + sinesound2;

44 FREKVENSMODULATION Frekvens- mix Vågformsmix sinesound = sin(2*pi*freq.*t); sinesound2 = sin(2*pi*freq2.*t); outputsine = sinesound + sinesound2; outputsine = sin(2*pi*t.*freq+fmdepth*sin(2*pi*t.*freq));

45 FREKVENSMODULATION Ny harmonik skapas ovanför och under fundamental frekvensen Source (fundamental) = 950Hz Source + Modulator = 1050Hz Source Modulator = 850Hz Source + 2Modulator = 1150Hz Source 2Modulator = 750Hz Source + 3Modulator = 1250Hz Source 3Modulator = 650Hz e = A{J 0 sinαt +J 1 [sin(α + β)t sin(α β)t] +J 2 [sin(α + 2β)t sin(α 2β)t] +J 3 [sin(α + 3β)t sin(α 3β)t]...}

46 FREKVENSMODULATION Ny harmonik skapas ovanför och under fundamental frekvensen Source (fundamental) = 950Hz Source + Modulator = 1050Hz Source Modulator = 850Hz Source + 2Modulator = 1150Hz Source 2Modulator = 750Hz Source + 3Modulator = 1250Hz Source 3Modulator = 650Hz e = A{J 0 sinαt +J 1 [sin(α + β)t sin(α β)t] +J 2 [sin(α + 2β)t sin(α 2β)t] +J 3 [sin(α + 3β)t sin(α 3β)t]...}

47 FM-SYNTES Många carriers - En modulator som moduleror två eller flera carriers samtidigt. Många modulationer - Två eller flera oscillatorer som moduleras av en modulator samtidigt. Återkoppling - En oscillator som modulerar sig själv. OPERATOR1 OPERATOR2 OPERATOR3 OPERATOR2 OPERATOR3 OPERATOR1 OPERATOR1 MULTIPLE

48 YAMAHA DX7, ALGORITMER

49 TNMK054 - LJUDTEKNIK 1 SYNTEN, RESTEN

50 ENVELOPGENERATORN Statisk VCF och VCA är stelt och tråkigt Envelopegenerator (EG) SUB NOISE LFO / S&H VCO1 MIXER VCF VCA DIST Transientgenerator, konturgenerator VCO2 RM EG EG Attack, Decay, Sustain, Release Tidsparametrar, RC Dynamikprocessorer Amplitude Key press Gate time A D S R Time

51 FÖRSTÄRKAREN, VCA VCAn är en spänningsstyrd förstärkare SUB NOISE LFO / S&H eller dämpare VCO1 MIXER VCF VCA DIST VCO2 RM EG EG Kan överstyras för att ge andra övertonsserier

52 LÅGFREKVENSOSCILLATOR Statisk VCO, VCF och VCA är tråkiga SUB NOISE LFO / S&H Lågfrekvensoscillator (LFO) - sinus - triangel - puls VCO1 VCO2 MIXER RM VCF EG VCA EG DIST Signal in Sample-and-hold (S/H) - bruskälla - klockkälla Clock pulse in CV out

53 BRUSGENERATOR Brusgenerator - diod / transistor - digitaltbrus SUB NOISE LFO / S&H Vad använder vi brus till? VCO1 MIXER VCF VCA DIST VCO2 RM EG EG Effekter Lägga till attack- eller transientljud Analoga trumljud Seeda om minnet i Matlab RandStream.setGlobalStream(RandStream('mt19937ar','seed',sum(100*clock)));

54 KEYBOARDS Elorglar Till exampel: - Vox Continental - Gibson (G-101 Kalamazoo) - Farfisa (Compact/Combo) - Hammond (B3 ) Elpianon Till exampel: - Hohner Clavinet - Wurlitzer Electric Piano 200 A - Rhodes (Fender/Roland)

55 OUTBOARDS & FX Ofta används effekter av olika slag för att ytterligare förstärka och framhäva syntljud. Reverb eller delay kan få ett tämligen tråkigt synoljud att låta bra. Distortion kan också lyfta fram övertoner och skapa mer intressanta ljud.

56 INSPELNING AV EN SYNT Line cable VSTi och exportering av spår En gitarr- eller elbasförstärkare Att ta upp vanliga högtalare med mikrofon