KRUZA RICHARD - BANAY GÁBOR

A SZINTETIZÁTORA ZENEI GYAKORLATBAN

FSZEK Központi Könyvtár

h1 h I IIJ1O O 10003 304.

ZENEMŰKIADÓ BUDAPEST

Lektorálta:Decsényi János és Horváth István

Illusztrációk:Banay Gábor

Fotók:Mán AndrásAz 1, 2, és 6. sz. fotó a Magyar Rádió Elektronikus Zenei

Stúdiója, míg az 5. sz. fotó a Magyar HanglemezgyártóVállalat szívességéből készült.

1985 . Kruza Richard ás Banay GáborSBN 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

TARTALOM

1. Bevezetés 72. A zenei hangforrások általános tulajdonságai (analízis) 93. Az elektronikus hangkeltés alapelvei (szintézis) 174. Az elektronikus szintetizátorok alapfelépítése 21

4.1. Feszültségvezérlés, digitális vezérlés 234.2. Blokkdiagramok 25

5. Szintetizátoregységek 295.1. Jelforrások (Signal Sources) 29

5.1 .1. Feszültségvezérelt oszcillátor (VCO) 295.1.2. A zajgenerátor (Noise Generator) 36

5.2. Jelmódosítók 375.2.1. A szűrők 385.2.2. A feszültségvezéreJt erősítő (VCA) 445.2.3. A Ringmodulátor 45

5.3. A vezérlőegységek (Controllers) 4’5.3.1. A burkológörbe-generátor . 475.3.2. Alacsonyfrekvenciás oszcillátor (LFO) 565.3.3. A billentyűzet (Keyboard) 615.3.4. A kézi vezérlés kezelőszervei 65

5.4. Egyéb különleges szintetizátoregységek 675.4.1, A „Sample a Hold” egység 675.4.2. A Portamento egység 735.4.3. Arpeggiator 745.4.4. A szekvencer 765.4.5. Hitelesítő oszcillátor (Reference Oscillator) 78

6. A monofonikus szintetizátorok típusai. Kapcsolástechnika 816.1. Külső huzalozású szintetizátorok 836.2. Előrehuzalozott szintetizátorok 856.3. Az előreprogramozott szintetizátorok 89

7. Összefoglalás. A polifon szintetizátorok — a fejlődés útja 917.1. A programozható szintetizátorok. Komputeres vezérlés 94

8. A szintetizátor gyakorlati használata 978.1. Szintetizálási kísérletek 97

8.1 .1. Hagyományos hangszer hangzása 988.1.2. Hangeffektus (szélzaj) 1028.1.3. Speciális elektronikus effektus 104

8.2. Házi stúdió kialakítása 1069. Az elektronikus zene notációs problémái 107

10. Szakkifejezések, rövidítések 111

1. BEVEZETÉS

Az elektronikus szintetizátor feltalálása forradalmi lépést jelent az egyetemes zenetörténetben. Ellentétben az eddig létező hagyományosés elektronikus hangszerekkel, a szintetizátorkorlátlan lehetőséget nyújt a zenei hangzásokkialakításában, a különböző hangmodulációkelőállításában, óriási hangterjedelemmel rendelkezik, és — elektronikus jellegéből adódóan,a számítógépekhez hasonlóan — tökéletesenprogramozható.A szintetizátor a hagyományos hangszerekhangjának elektronikus úton való előállítása ésutánzása mellett képes arra is, hogy olyanhangzásokat, effektusokat hozzon létre, amelyek eddig csak a zeneszerzők fantáziájában léteztek, vagy egyáltalán nem voltak elérhetők.Ez a lehetőség új utakat és távlatokat nyitott azeneművészetben, de egyben új, speciális követelményeket is támaszt a szintetizátorral dolgozó előadóművésszel és zeneszerzővel szemben, mind az alkotásban, mind a zene interpretálásában; — a zenehallgató közönséggelszemben pedig az újfajta zenei élmény befogadásában.Ahhoz, hogy a hangszer lehetőségeit maximálisan ki tudjuk használni, és elkerüljük mind akommerciális, sablonos hangzások, mind pedig a nem tudatosan megtervezett, csak esetlegesen, véletlenszerűen létrehozott effektu

7

sok hibáit, elengedhetetlenül szükséges az elképzelt hangzás és az azt létrehozó elektronikus folyamat közötti tudati kapcsolat kialakítása. Ezt nevezzük a szintetizátor tudatos programozásának.Könyvünk olyan zenészek számára készült, akikbővebb elektronikai ismeretek nélkül is komplextudásanyagra szeretnének szert tenni, mind aszintetizátorjáték technikájában, mind pediga zene alapvető elemeinek létrehozásában, aprogramozásban. A könyv a szintetizátor működésének alapelveiről is nyújt általános felvilágosítást, de emellett a Magyarországon forgalomban lévő ismertebb hangszertípusokat isfelsorolja. Az utolsó fejezetekben a szintetizátorok fejlődésének várható tendenciáit, valamint a legújabb típusokat ismertetjük.Néhány gyakorlati példa, szintetizálási kísérletleírása után egy szakkifejezés-gyűjteménnyelzárjuk könyvünket, — a szintetizátorok angolnyelvű kezelési utasításait, a hangszereken található jelöléseket igyekeztünk itt a magyarfordításban is közérthetővé tenni. A könyv feladata az, hogy hozzájáruljon a mai magyar zeneirodalom elektronikus zenével kapcsolatosezirányú hiányosságainak pótlásához. Bízunkbenne, hogy könyvünk Segítséget nyújt az érdeklődő olvasóknak a szintetizátor megismerése és kezelése terén. Ebben az esetben sikerkoronázta fáradozásainkat.

2. A zenei hangforrásokáltalános tulajdonságai(analízis)

Hangnak általános értelemben egy rezgő test(húr, membrán, valamilyen fémtömeg vagy levegőoszlop) által létrehozott, majd egy rugalmas közegben (többnyire a levegőben) tovaterjedő rezgést nevezünk. A hangrezgés négy tőjellemzője, amely csak a zenei hangra érvényes:

1. a rezgésszám (frekvencia)2. az amplitúdó3. a hangszínezet, spektrum (a rezgés

jelalakja)4. a ciklusosság (periódusosság)

A frekvencia, Vagyis a mp-kénti rezgésszám(Hz) határozza meg a hang magasságát. Minélnagyobb a rezgésszám, annál magasabb ahang. Az emberi fül a hangrezgéseket kb. a 20—20 000 Hz közti tartományban érzékeli, ez a hallható (audio) frekvenciasáv. A 20 000—22 000 Hzfölötti, nem hallható rezgéseket ultrahangnaknevezik, míg a 20 Hz alatti rezgések neve aszub-audio, vagy infrahang.A szub-audio rezgéseket az jellemzi, hogy nemmint folyamatos hangzásokat észleljük őket,hanem mint különálló, ismétlődő rezgéseket,amelyeknek nincs meghatározható hangérzetük, hangmagasságuk, bár az emberi fül feltudja fogni ezeket a rezgéseket. Ilyen p1. aszívdobogás. Ha a pulzus száma percenként60, akkor a szívdobogás keltette „infrahang”frekvenciája pontosan 1 Hz. Ha az emberi szív

1. ábraKülönböző frekvenciájúszinuszrezgések

u

t

vv

VV\J\8 9

(elméletben) képes lenne p1, percenkánti 1200-aspulzusszámra, akkor frekvenciája 13 = 20 Hzlenne, Ebben az esetben már nem különállószívdobbanásokat hallanánk, hanem egy folyamatos, nagyon mély zenei hangot. Ha pedig a szív 26 400-at verne percenként, akkorfrekvenciája 2OO

= 440 Hz lenne, vagyis anormál A hangon „szólna”!Az ampiitúdó, vagyis a hangrezgést leíró görbe csúcsainak egymástól való távolsága határozza meg a hangerőt. A pozitív és negatív feszü Itségcsúcsokkal mérhető ás jellemezhetőfeszültség—idő grafikon „tágasságával” egyenes arányban nő a hangerő is. (2. ábra)A hangrezgéseket leíró periodikus vagy aperiodikus görbéknek mindig jellegzetes alakja van,amely mindig az adott „típusú” hangra j’llemző. A hang típusát, hangszínét (természetesennem a köznapi értelemben vett „mély—magas”hangszínt, hanem azt a hangzásfajtát, speciális színezetet, amely p1. a rézfúvós, vonós, fafúvós stb. hangszerekre jellemző) sz általukkeltett hangrezgést leíró görbe alakja, az ún.hullámalak határozza meg. A fuvola hangja Pl.egészen lágy, majdnem tiszta szinuszhullámmaI írható le, míg pI. a klarinétra a négyszögrezgésű hang a jellemző. (3. ábra)

A ciklusosság sz a fő jellemző, ami a zeneihang ás a zaj fogalmát elválasztja egymástól.Amíg a hangok struktúrája rendezett, periodikus (vagyis bármilyen bonyolult a hullámalak,mindig előfordulnak időben ismétlődő periódusok), azaz a struktúrák az alaphangok frekvenciáinak bizonyos számú többszöröseibőlépülnek fel, addig a zajok rendezetlen struktúrák, nem periodikus rezgések, bennük véletlenszerű impulzus-sorozatok ás a legkü lönbözőbb frekvenciájú rezgések fordulnak elő.

t(s’c) )t(sec)

A zenei hangot leíró a) ábrán az időegységalatti rezgésszám ás amplitúdóváltozás ismétlődő jellegű, a hullámalak négyszögű, míg azaj spektrum-, amplitúdó- stb. változásait leírób) ábrán látható, hogy mindezek a változásokteljesen szabálytalan, véletlenszerű eloszlástmutatnak. Ennek többek között az a következménye, hogy az aperiodikus rezgésekneknincs meghatározott hangmagasságuk.A zenei hangok megszólalására ezenkívül mégaz a jellemző, hogy a hangzási folyamat szintesohasem konstans, mindig kísérik bizonyosváltozások, modulációk. Rendszerint ezekethárom fő csoportra osztjuk: ampiitúdó, frekvencia és spektrummodulációkra. Vizsgáljukmeg külön-külön ezeket.AmpiitúdómodulációHa p1. a fuvolát először gyengén, majd erősebben, majd ismét fokozatosan gyengülve fújjukmeg, azonos hangon (azonos frekvencia!) ak

2. ábraKülönböző ampiitúdójúszinuszrezgések

ut

\Ju

4. a) ábraPeriodikus rezgés

4. b) ábraAperiodikus rezgés

3. ábraKülönböző hullámalakok

r\r\J\J\Jszinuszrezgés (p1. fuvola)

tAAAA

Lr1r9nt

tvvvvfürészrezgés (p1. rézfúvósok, vonások)

LJUUUnégyszögrezgés (p1. klarinét)

WLtnégyszögimpulzus (nyelvsípokra Jellemző)

10 11

kor a hangerőváltozást (= ampiitúdómoduláció) az 5. ábra grafikonja Írja le.

(se)

A zongorabillentyű leütésekor rezgésbe jövőhúr azonnal a teljes amplitúdójú rezgést hozzalétre, majd a rezgés fokozatosan zérusra csökken. Újra leütve a billentyűt, a folyamat elölrőlkezdődik.

(a harás j)

Az orgona hangkeltése más típusú: a billentyűlenyomásakor kinyíló sípszelep levegőt engeda sípba, amelynek rezgőnyelve azonnal a teljesamplitúdójú rezgést hozza létre, de ez az amplitúdá konstans marad egészen addig, míg abillentyűt lenyomva tartjuk. Felengedve a billentyűt, a sípszelep azonnal elzárja a levegő útját, a hangrezgés azonnal megszűnik.

Bizonyos hangzásokat nemcsak amplitúdó-,hanem frekvenciaváltozás Is kísérhet. Ilyen p1.a hegedűjátéknál alkalmazott glissando, a rezgő húr hosszának folyamatos rövidítése, amikor a hang folyamatosan magasabb lesz.

F1_-i,/l,41/1M)1iI1)*44A mp-enkénti frekvenciaszám fokozatosan növekszik, ez egyszerű lineáris függvénnyel ábrázolható. (9. ábra)

A hangrezgések spektruma (a jelalak) szinténmutat bizonyos időbeli változásokat a hangmegszólalásának folyamatában. Pl. a gitárhúrmegpendítése során a teljes amplitúdóvalmegszólaló hangban a mély és magas összetevők közül a magasak hamarabb csillapulnak,így a hang színezete fokozatosan elmélyül.A rezgés jelalakja ezért először aszimmetrikusnégyszög (négyszögimpulzus), amely fokozatosan átmegy tiszta négyszögrezgésbe (az amplitúdóváltozással párhuzamosan>. (1 O ábra)

A négyszögimpulzus időbeli változását (négyszögjellé való átmenetét) szintén egyszerű lineáris függvénnyel ábrázolhatjuk. (11. ábra)

c)

5. ábraAmpiitúdómoduláció

6. ábraA leütött hangokampiitúdóváltozásainakábrázolása zongoraesetében

7. ábraAz amplitúdó időbeliváltozásainak ábrázolása

7VV’ t(sec)

t

8, ábraA frekvenciaváltozástleíró görbe

9. ábra

10. ábra

11. ábra

t(se)

12 13

12. ábra

A hang spektruma.Felhangok,felharmonikUsOk.

IiOrgona

Zongora

Ha az előzőekben tárgyalt amplitúdóváltoZá

sok grafikonjain a rezgés „csúcsait” folyama

tos vonallal kötjük össze, szintén lineáris függ

vényt kapunk. (12. ábra)

Ezeket a függvénygörbéket (mivel mintegy

„beburkolják” az amplitúdó- vagy frekvencia

görbéket>, összefoglaló néven burkolágörbék

nek nevezzük. A különböző hangszerek hang

zását mind jellegzetes időbeli változás kíséri,

és ezeket mind Jellegzetes burkológörbékkel

lehet leírni. (13. ábra>

A különböző hullámalakokhoz, mint az előzőek

ben tárgyaituk, különböző hangszínezet tarto

zik. Ennek az az oka, hogy a különböző hul

lámalakokhoz különböző spektrum, zenei érte

lemben a különböző felhangok összessége tar

tozik. A felhangok lényege a következő:

Ha p1. egy 110 Hz-es A hangot vizsgálunk

meg, ez fizikai értelemben egy tíszta 110 Hz-es

szinuszrezgéssel leírható. Azonban a termé

szetben tiszta szinuszos hang soha nem fordul

elő. Minden hangszer keltette hangban meg

találhatók más, eltérő rezgésszámú hangok Is,

amelyek az ún. alaprezgésnél, alaphangnáí

(a példában a 110 Hz-es A-nál) kisebb amplitúdóval szólnak. A domináns természetesenmindig az alaphang, ennek érezzük a konkréthangmagasságát. A kisebb ampiitúdójú hangok rezgésszámai az alaphang rezgésszámának egész (bizonyos esetben nem egész) számú többszörösei. Az így nyert hangokat fel-hangoknak (felharmonikusoknak) nevezzük.Az összes hangszer keltette hang tehát azalaphang és bizonyos felhangok komplexösszessége, így p1. a 110 Hz-es A felhangjai:(ha a 110 Hz=x)

2x = 220 Hz-es A3x=330 Hz-es E4x=440 Hz-es normál A5x = 550 Hz-es Cisz.. .stb.

A felhangok egymáshoz viszonyított eltérő intenzitása, amplitúdója hozza létre a különbözőhullámalakokat, a hangzás jellegzetes spektrumát. Emiatt képes az emberi fül különbségettenni két azonos frekvenciájú, de más-máshangszer keltett hang között, mivel mindenhangszer hangja különböző spektrumú. A fuvolahang, amelynek lágy hangzását majdnemtiszta szinuszos hullámalak jellemzi, Igen szegény felharmonikusokban, míg p1. a rézfúvós,vonós hangszerek hangjának felhangtartalmasokkal nagyobb. (14. ábra>A szinuszos hang csak a felhangok nélküli,„tiszta” alaphang, míg a négyszögjelű hangaz alaphangból és annak páratlan Számú többszörös rezgésszámú felhangjaiból épül fel.A fűrészrezgéshez és a négyszögimpulzushozegyaránt az alaphang és az összes egész számú többszörös rezgésszámú felhang tartozik.

Gitár

Angolkűrt

Trombita

Magnóra felvett és

visszafelé lejátszottgitárhang

13 ábra

Ii II1 II 1IV I VII

i II !

I I

II II I j ‘ I IIv V ‘ tW V

1415

14. ábraA különbözőhullámalakokhoz tartozófeíhangok rezgésszáma, ésa felhangokampiitúdóviszonyai.

A különbség a felhangok amplitúdóviszonyában van: a négyszögimpulziis felhangjainak(főleg a nagy rezgésszámú magas felhangoknak) az ampiitúdója nagyobb, mint a fűrészrezgésnél. Így a négyszögimpulzus intenzívmagas felhangjai „fényesebb” hang érzetétkeltik. Bizonyos fém rezgőrendszerű ütőhangszerek (harangok, gong, triangulum, stbjolyan felhangokat is produkájnak, amelyeknem egyszerűen az alaphang egész számútöbbszörösej, hanem p1, 7/2-,9/4-szeresej, —

és ezek a felhangok olyan intenzíven szólnak,hogy néha teljesen elfedik az alaphangot. Azilyen jellegű felhangok (a „fémes” hangzások)elektronikus előállítására alkalmas a szintetjzátorok RINGMODULÁTOR egysége, amelyet akésőbbiekben részletesen fogunk tárgyalni.Összefoglalva: a zenei hangforrások, a zeneihangok tő paraméterei, és azoknak a fizikábanhasználatos megfelelői: Hangmagasság = Frekvencia, Hangerő Amplitúcló, HangszínezetHullámalak, Felhangok= Spektrum, Zeneihang Periodikus rezgés, Zaj = Aperiodikusrezgés, A hangzás időbeli változásai = Moduláció és burkológörbe.

3. Az elektronikushangkeltés 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

ronikus berendezést pedig szintetizátornak.

A rezgések elektronikus előállítására alkalmas

oszcillátorokat, generátorokat stb. az elektro-

technikai 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-elektromos stb. úton működő berendezéseket. Ro

bert Moog eredeti célja az volt, hogy az elekt

ronikus zene céljaira minden tekintetben alkal

mas hangszert hozzon létre, amely többek

között képes legyen a hagyományos 12-fokú

temperált hangrendszerből való kilépésre is.

Gyakor!atilag ez annyit jelent, hogy a szinteti

17

4BIBL. CIV,

\‘

szirnjsz négyszög fűrészrezgés négyszögimp,

zátor billentyűzetére p1. bármilyen hangrendszerű skála, — vagy egy-egy billentyűre Is tetszésszerinti frekvenciaspektrum, azaz nem a12-fokú skála hangjaiból, hanem bármilyenfrekvenciájú hangokból álló akkord is rávihető). A „klasszikus” értelemben vett szintetizátorok, amelyek alkalmasak a temperált hang-rendszerből való kilépésre (p1. MOOG Ill/C.AKS, VCS3), az elektronikus zene mínden területén használhatók, azonban a szintetizátor-elven működő berendezések többsége kevés kivétellel (p1. SCI Prophet—1O) csak a temperált hangrendszerben, így tehát csak azelektronikus komolyzene bizonyos területein,valamint a könnyűzene (pop, jazz) területénhasználható. Könyvünk terjedelme és jellegemiatt a továbbiakban főleg az utóbbi hangszertípusokkal fogunk foglalkozni.A szintetizátorok, mivel a hangzás különbözőalapvető összetevőit kell előállítaniuk, magukis különböző jellegű, alapvető egységekből,ún. modulokból vagy panelekből épülnek fel.A hang magasságokat (frekvenciákat) elektronikus rezgéskeltőkkel, oszcillátorokkal lehetelőállítani. Az oszcillátorok frekvenciáját legegyszerűbb úton egy 12-fokú temperált skálahangjainak megfelelő zongorabillentyűzettellehet vezérelni. Az oszcillátorok ún. alap-hullámalakú rezgéseket állítanak elő, —többnyireszinusz, fűrész, négyszög, háromszög alakújeleket.A jelek ampiitúdóváltozásait legkönnyebbenegy változtatható erősítésű erősítővel tudjukelőállítani, és így a kívánt időbeli amplitúdófolyamatokat létrehozni,

A hangszínezet, tehát a hangzás spektruma,vagyis a hullámalak elektronikus úton szinténbefolyásolható. Az ún. alapvető hullámformákból megfelelő elektronikus szűrőkkel különböző átmeneti hullámalakok hozhatók létre. Ugyanis p1. a fűrészjel, négyszögjel vagynégyszögimpulzus tartalmazta felhangok kiszűrése legvégül az alaphangot, vagyis tisztaszinuszrezgést fog eredményezni.Lássunk erre egy példát. Az oszcillátor keltettenégyszögjelet bocsássuk át egy ún. mélyáteresztő szűrőn (Low Pass Filter), amely egymeghatározott frekvenciaszám (az ún. törés-pont) felett semmit sem enged át a hangzásfelhangjaiból. A törésfrekvenciát mind alacsonyabbra állítva a felhangok fokozatosan eltűnnek, a hangzás mind lágyabb lesz, végül anégyszögjel fokozatosan szinuszjellé alakul át.

ÍUILSLJ LPF. pJ1J9

rtJLrL \J\.Pj9J9JL

FLÍLÍLiEnnek megfelelően, ha csak egy-egy, meghatározott sorrendű felhangot engedünk át aszűrőn, a hullámalakok egymásból igen já közelítéssel létrehozhatók. (16. ábra)A hangzásokat, mint az előző részben tárgyaituk, néha a spektrum, tehát a hullámalak időbeli változása is kísérheti. Tehát, ha rendelke

15. ábra

18 19