Questa sezione tratta in modo più dettagliato i principi generali della generazione e dell'elaborazione del suono elettronico, inclusi i riferimenti a Bass Station IIove pertinente. Si raccomanda di leggere attentamente questo capitolo se la sintesi sonora analogica non è un argomento di cui si ha familiarità. Gli utenti che hanno familiarità con questo argomento possono saltare questa sezione e passare direttamente a quella successiva.
Per comprendere come un sintetizzatore genera il suono è utile conoscere i componenti che lo compongono, sia musicali che non musicali.
L'unico modo in cui un suono può essere percepito è attraverso la vibrazione regolare e periodica dell'aria sul timpano. Il cervello interpreta queste vibrazioni (con grande precisione) in uno degli infiniti tipi di suono.
Sorprendentemente, qualsiasi suono può essere descritto in termini di tre proprietà, e tutti i suoni le possiedono sempre. Sono:
Ciò che rende un suono diverso da un altro è la grandezza relativa delle tre proprietà inizialmente presenti nel suono e il modo in cui tali proprietà cambiano nel corso della durata del suono.
Con un sintetizzatore musicale, ci siamo prefissati deliberatamente di avere un controllo preciso su queste tre proprietà e, in particolare, su come possono essere modificate durante il "ciclo vitale" del suono. Le proprietà hanno spesso nomi diversi: ad esempio, il volume può essere chiamato ampiezza, intensità sonora o livello, l'altezza può essere chiamata frequenza e talvolta il timbro tono.
Come detto, il suono viene percepito dalla vibrazione dell'aria nel timpano. L'altezza del suono è determinata dalla velocità delle vibrazioni. Per un adulto, la vibrazione più lenta percepita come suono è di circa venti volte al secondo, e il cervello la interpreta come un suono grave; la più veloce è di molte migliaia di volte al secondo, e il cervello la interpreta come un suono acuto.
Se si conta il numero di picchi nelle due forme d'onda (vibrazioni), nell'onda B ci sono esattamente il doppio dei picchi rispetto all'onda A. (L'onda B è in realtà un'ottava più alta in altezza rispetto all'onda A). Il numero di vibrazioni in un dato periodo determina l'altezza di un suono. Questo è il motivo per cui l'altezza è talvolta definita frequenza. È il numero di picchi di forma d'onda contati durante un dato periodo di tempo che definisce l'altezza, o frequenza.
I suoni musicali sono costituiti da diverse altezze diverse e correlate che si verificano simultaneamente. L'altezza più bassa è chiamata "fondamentale" e corrisponde alla nota percepita del suono. Le altre altezze che compongono il suono e che sono correlate alla fondamentale secondo semplici rapporti matematici sono chiamate armoniche. L'intensità relativa di ogni armonico rispetto all'intensità della fondamentale determina il tono complessivo o "timbro" del suono.
Consideriamo due strumenti, come un clavicembalo e un pianoforte, che suonano la stessa nota sulla tastiera e allo stesso volume. Pur avendo lo stesso volume e la stessa altezza, i due strumenti suonano comunque in modo nettamente diverso. Questo perché i diversi meccanismi di emissione delle note dei due strumenti generano diversi insiemi di armonici; gli armonici presenti nel suono di un pianoforte sono diversi da quelli presenti nel suono di un clavicembalo.
Il volume, spesso definito come ampiezza o intensità del suono, è determinato dall'intensità delle vibrazioni. In parole povere, ascoltare un pianoforte da un metro di distanza suonerebbe più forte che a cinquanta metri di distanza.
Dopo aver dimostrato che solo tre elementi possono definire qualsiasi suono, è ora necessario realizzarli in un sintetizzatore musicale. È logico che diverse sezioni del sintetizzatore "sintetizzino" (o creino) ciascuno di questi diversi elementi.
Una sezione del sintetizzatore, la Oscillatori, generano segnali di forma d'onda grezzi che definiscono l'altezza del suono insieme al suo contenuto armonico grezzo (tono). Questi segnali vengono poi mixati insieme in una sezione chiamata Miscelatore, e la miscela risultante viene quindi immessa in una sezione chiamata FiltroCiò apporta ulteriori alterazioni al tono del suono, rimuovendo (filtrando) o migliorando alcune armoniche. Infine, il segnale filtrato viene immesso nel Amplificatore, che determina il volume finale del suono.
Sezioni aggiuntive del sintetizzatore - LFO E Buste - fornire ulteriori modi per alterare l'altezza, il tono e il volume di un suono interagendo con l' Oscillatori, Filtro E Amplificatore, fornendo cambiamenti nel carattere del suono che possono evolversi nel tempo. Perché LFO' E BusteIl loro unico scopo è quello di controllare (modulare) le altre sezioni del sintetizzatore; sono comunemente noti come "modulatori".
Queste varie sezioni del sintetizzatore verranno ora trattate più in dettaglio.
La sezione Oscillatore è il cuore del sintetizzatore. Genera un'onda elettronica (che crea le vibrazioni quando viene inviata a un altoparlante). Questa forma d'onda viene prodotta a un'altezza musicale controllabile, inizialmente determinata dalla nota suonata sulla tastiera o contenuta in un messaggio di nota MIDI ricevuto. Il tono o timbro distintivo della forma d'onda è in realtà determinato dalla forma della forma d'onda.
Molti anni fa, i pionieri della sintesi musicale scoprirono che solo poche forme d'onda distintive contenevano molte delle armoniche più utili per la creazione di suoni musicali. I nomi di queste onde riflettono la loro forma effettiva quando vengono visualizzate su uno strumento chiamato oscilloscopio, e sono: onde sinusoidali, onde quadre, onde a dente di sega, onde triangolari e rumore. Ognuna di queste Bass Station IILe sezioni Oscillatore di possono generare tutte queste forme d'onda, e anche forme d'onda synth non tradizionali. (Si noti che il rumore viene generato in modo indipendente e mixato con le altre forme d'onda nella sezione Mixer.)
Ogni forma d'onda (tranne il rumore) ha un insieme specifico di armoniche musicalmente correlate che possono essere manipolate da ulteriori sezioni del sintetizzatore.
I diagrammi seguenti mostrano come queste forme d'onda appaiono su un oscilloscopio e illustrano i livelli relativi delle loro armoniche. Ricordate, sono i livelli relativi delle varie armoniche presenti in una forma d'onda a determinare il carattere tonale del suono finale.
Queste possiedono una sola armonica. Un'onda sinusoidale produce il suono "più puro" perché ha solo questa singola altezza (frequenza).
Questi contengono solo armoniche dispari. Il volume di ciascuna diminuisce con il quadrato della sua posizione nella serie armonica. Ad esempio, la quinta armonica ha un volume pari a 1/25 del volume della fondamentale.
Sono ricche di armoniche e contengono armoniche pari e dispari della frequenza fondamentale. Il volume di ciascuna è inversamente proporzionale alla sua posizione nella serie armonica.
Le onde quadre/impulsive contengono solo armoniche dispari, che hanno lo stesso volume delle armoniche dispari in un'onda a dente di sega.
L'onda quadra trascorre lo stesso tempo nel suo stato "alto" e in quello "basso". Questo rapporto è noto come "duty cycle". Un'onda quadra ha sempre un duty cycle del 50%, il che significa che è "alta" per metà del ciclo e "bassa" per l'altra metà. Bass Station II consente di regolare il ciclo di lavoro della forma d'onda quadra di base (tramite Forma controlli) per produrre una forma d'onda più "rettangolare". Queste sono spesso note come forme d'onda a impulsi. Man mano che la forma d'onda diventa sempre più rettangolare, vengono introdotte armoniche più uniformi e la forma d'onda cambia carattere, assumendo un suono più "nasale".
La larghezza della forma d'onda dell'impulso (la "larghezza dell'impulso") può essere modificata dinamicamente da un modulatore, il che determina una variazione costante del contenuto armonico della forma d'onda. Questo può conferire alla forma d'onda una qualità "grassa" quando la larghezza dell'impulso viene modificata a una velocità moderata.
Un'onda a impulsi suona sempre uguale indipendentemente dal fatto che il ciclo di lavoro sia, ad esempio, del 40% o del 60%, poiché la forma d'onda è semplicemente "invertita" e il contenuto armonico è esattamente lo stesso.
Il rumore è un segnale casuale e non ha una frequenza fondamentale (e quindi non ha alcuna proprietà di altezza). Il rumore contiene tutte le frequenze, e tutte hanno lo stesso volume. Poiché non possiede un'altezza, il rumore è spesso utile per creare effetti sonori e suoni di tipo percussivo.
Un modulatore ad anello è un generatore di suoni che riceve i segnali da due oscillatori e, di fatto, li "moltiplica" insieme. Bass Station IIIl modulatore ad anello di utilizza l'oscillatore 1 e l'oscillatore 2 come ingressi. L'uscita risultante dipende dalle varie frequenze e dal contenuto armonico presenti in ciascuno dei due segnali dell'oscillatore e sarà composta da una serie di frequenze di somma e differenza, oltre alle frequenze presenti nei segnali originali.
Per ampliare la gamma di suoni riproducibili, i sintetizzatori analogici tipici dispongono di più di un oscillatore. Utilizzando più oscillatori per creare un suono, è possibile ottenere mix armonici molto interessanti. È anche possibile disintonizzare leggermente i singoli oscillatori l'uno rispetto all'altro, creando un suono molto caldo e "corposo". Bass Station IIIl Mixer consente di creare un suono composto dalle forme d'onda degli Oscillatori 1 e 2, dall'oscillatore sub-ottava separato, da una sorgente di rumore, dall'uscita del modulatore ad anello e da un segnale esterno, il tutto mixato insieme a seconda delle esigenze.
Bass Station II è un sintetizzatore musicale sottrattivo. Il termine sottrattivo implica che parte del suono venga sottratta da qualche parte nel processo di sintesi.
Gli oscillatori forniscono forme d'onda grezze con un ricco contenuto armonico, mentre la sezione Filtro sottrae alcune armoniche in modo controllato.
Sono disponibili 7 tipi di filtro Bass Station II; sono tutte varianti dei tre tipi di filtro base: passa-basso, passa-banda e passa-alto. Il tipo di filtro più comunemente utilizzato sui sintetizzatori è passa-basso. In un filtro passa-basso, viene scelta una "frequenza di taglio" e tutte le frequenze al di sotto di essa vengono lasciate passare, mentre le frequenze al di sopra vengono filtrate o rimosse. L'impostazione del parametro Frequenza del filtro determina il punto al di sopra del quale le frequenze vengono rimosse. Questo processo di rimozione delle armoniche dalle forme d'onda ha l'effetto di modificare il carattere o il timbro del suono. Quando il parametro Frequenza è al massimo, il filtro è completamente "aperto" e nessuna frequenza viene rimossa dalle forme d'onda grezze dell'oscillatore.
In pratica, si verifica una riduzione graduale (piuttosto che improvvisa) del volume delle armoniche al di sopra del punto di taglio di un filtro passa-basso. La rapidità con cui queste armoniche si riducono di volume all'aumentare della frequenza al di sopra del punto di taglio è determinata dalla pendenza del filtro. La pendenza si misura in "unità di volume per ottava". Poiché il volume si misura in decibel, questa pendenza viene solitamente espressa in decibel per ottava (dB/ottava). Maggiore è il numero, maggiore è la reiezione delle armoniche al di sopra del punto di taglio e più pronunciato è l'effetto filtrante. Bass Station IILa sezione filtro fornisce due pendenze, 12 dB/ott. e 24 dB/ott.
Un altro parametro importante del filtro è la sua risonanza. Le frequenze al punto di taglio possono essere aumentate di volume tramite il controllo "Filter Resonance". Questo è utile per enfatizzare alcune armoniche del suono.
Aumentando la risonanza, si introduce una qualità simile a un fischio nel suono che attraversa il filtro. Se impostata a livelli molto alti, la risonanza provoca l'auto-oscillazione del filtro ogni volta che un segnale lo attraversa. Il fischio prodotto è in realtà un'onda sinusoidale pura, la cui altezza dipende dall'impostazione della manopola Frequency (il punto di taglio del filtro). Questa onda sinusoidale prodotta dalla risonanza può essere utilizzata per alcuni suoni come sorgente sonora aggiuntiva, se lo si desidera.
Il diagramma seguente mostra la risposta di un tipico filtro passa-basso. Le frequenze superiori al punto di taglio vengono ridotte di volume.
Aggiungendo la risonanza, le frequenze attorno al punto di taglio vengono aumentate di volume.
Oltre al tradizionale tipo di filtro passa-basso, esistono anche i tipi passa-alto e passa-banda. Bass Station II, il tipo di filtro viene selezionato con Forma interruttore .
Un filtro passa-alto è simile a un filtro passa-basso, ma funziona in "senso opposto", rimuovendo le frequenze al di sotto del punto di taglio. Le frequenze al di sopra del punto di taglio vengono lasciate passare. Quando il parametro Frequenza del filtro è impostato su zero, il filtro è completamente aperto e nessuna frequenza viene rimossa dalle forme d'onda grezze dell'oscillatore.
Quando si utilizza un filtro passa-banda, solo una banda stretta di frequenze centrata attorno al punto di taglio viene lasciata passare. Le frequenze sopra e sotto la banda vengono rimosse. Non è possibile aprire completamente questo tipo di filtro e lasciare passare tutte le frequenze.
Nei paragrafi precedenti è stata descritta la sintesi dell'altezza e del timbro di un suono. La parte successiva del Tutorial sulla Sintesi descrive come viene controllato il volume del suono. Il volume di una nota creata da uno strumento musicale spesso varia notevolmente lungo la sua durata, a seconda del tipo di strumento.
Ad esempio, una nota suonata su un organo raggiunge rapidamente il volume massimo quando si preme un tasto. Rimane al massimo volume finché il tasto non viene rilasciato, a quel punto il volume scende istantaneamente a zero.
Una nota del pianoforte raggiunge rapidamente il volume massimo non appena viene premuto un tasto, e il suo volume scende gradualmente fino a zero dopo alcuni secondi, anche se il tasto viene tenuto premuto.
Un'emulazione di sezione d'archi raggiunge gradualmente il volume massimo quando si preme un tasto. Rimane al massimo volume finché il tasto viene tenuto premuto, ma una volta rilasciato, il volume scende a zero piuttosto lentamente.
In un sintetizzatore analogico, le modifiche al carattere di un suono che si verificano nel corso di una nota sono controllate da una sezione chiamata generatore di inviluppo. Bass Station II ha due generatori di inviluppo; uno (Amp Env) è sempre correlato all'amplificatore, che controlla l'ampiezza della nota – ovvero il volume del suono – quando la nota viene suonata. Ogni generatore di inviluppo ha quattro controlli principali, che vengono utilizzati per regolare la forma dell'inviluppo (spesso denominati parametri ADSR).
Regola il tempo necessario dopo aver premuto un tasto affinché il volume salga da zero al massimo. Può essere utilizzato per creare un suono con un lento fade-in.