FM Synthesis tutorial by ManosX

[manosx]

Με αφορμη τα 40 χρονια απο την κυκλοφορια του θρυλικου Yamaha DX7, και ενα γενικοτερο ενδιαφερον αυτες τις ημερες για την FM, θα επεκτείνουμε τα αρθρακια για τη Sound Synthesis, μπαινοντας στα δυσκολα νερα της FM synthesis

 

 

 

 

 

 

 

 Ο τροπος που θα τσαλαβουτηξουμε σε αυτη ειναι με βαση την αφαιρετικη. Θα χρησιμοποιησουμε μαλιστα την ιδια μεθοδο του παραπανω thread, θα φτιαξουμε ενα προχειρο κομματακι με βαση ηχους ΜΟΝΟ απο το DX7, με την εικονικη του δωρεαν εκδοχη, δηλαδη το Dexed.

 

Τα αρθρακια αυτα ξεκινησαν με κατι το εντελως παραλογο: Τη συνθεση ηχου με βαση τη λογικη και τη δομη της κιθαρας. Αλλα, αν αυτο σας φαινεται παραλογο, πιστεψτε με πως το να εξηγησεις την FM synthesis με βαση την αφαιρετικη, ειναι ΑΚΟΜΑ χειροτερο.

 

Και το λογο θα τον εξηγησουμε ευθυς αμεσως, και ταυτοχρονα μεσα απο τις διαφορες των δυο μεθοδων συνθεσης θα προσπαθησουμε να δωσουμε και τις βασικες πληροφοριες για τη διαμορφωση συχνοτητας.

 

 

FM basics

 

Οταν λοιπον καναμε αφαιρετικη, ειχαμε τα εξης building blocks: Τις γεννητριες, οπου παρηγαγαν διαφορετικες κυμματομορφες με πλουσιο συχνοτικο περιεχομενο, τα φιλτρα οπου αφαιρουσαν καποιο απο αυτο, και τις περιβαλλουσες που εδιναν κινητικοτητα, τοσο στην ενταση του ηχου διαμορφωνοντας τον ενισχυτη, οσο και στη χροια διαμορφωνοντας το φιλτρο.

 

Ομως, και εδω ειναι ΤΟ ΚΛΕΙΔΙ, στην DX7 based FM Synthesis, ΟΛΕΣ, επαναλαμβανω, ΟΛΕΣ αυτες οι λειτουργειες, γινονται μεσω ΕΝΟΣ βασικου building block που ονομαζεται operator.

 

Ενας operator ειναι στην ουσια ενας oscillator με ενσωματωμενη μια περιβαλλουσα που διαμορφωνει την ενταση του. Οπως μπορουμε να καταλαβουμε, αν συνδεσουμε τον operator απευθειας στα ηχεια μας, θα ειναι το αντιστοιχο του να ειχαμε ενα απλο αφαιρετικο συνθ με ενα envelope (περιβαλλουσα) στο amp. Και μαλιστα αυτο το συνθ θα ειχε μονο τη sine κυμματομορφη σαν επιλογη, διοτι ενας operator του DX7 (σε αντιθεση με αλλα μηχανηματα) παραγει μονο τη sine.

 

Ωραια, απο oscillator και το amp με το αντιστοιχο envelope καθαρισαμε. Ομως ρε Μανο εσυ μας ειπες οτι θα εχουμε και φιλτρα.

 

Λοιπον, εδω ειναι το σημειο οπου θα πρεπει να μιλησουμε καθαρα για τη διαμορφωση συχνοτητας. Οποιος δεν ξερει τιποτα για αυτη, αξιζει τον κοπο να διαβασει για τον Dr Chowning, τις ερευνες του, το πως ενω τον απεριπταν οι αμερικανικες εταιριες η Yamaha ενδιαφερθηκε για τις πατεντες του κλπ.

 

Το ρεζουμε ειναι παντως οτι μεσα απο την ερευνα ανακαλυψαμε πως, οταν διαμορφωσουμε μια συχνοτητα με μια αλλη, οπως δηλαδη κανουμε στο βιμπρατο αλλα με ΠΟΛΥ πιο γρηγορη ταχυτητα αναλογη του ακουστικου φασματος, στην αρχικη λοιπον συχνοτητα μεσω αυτης της διαμορφωσης προστιθενται overtones, επιπλεον συχνοτητες δηλαδη. Το ποιες συχνοτητες θα προστεθουν εξαρταται κατα κυριο λογο απο τη μαθηματικη σχεση των δυο συχνοτητων, το λογο τους δηλαδη (ratio), ενω καθοριστικο ρολο επισης παιζει και η ενταση της διαμορφωτριας συχνοτητας.

 

Εχουμε λοιπον μια συχνοτητα χ, που ακουγεται απο εναν ταλαντωτη (oscillator). Αν διαμορφωσουμε αυτη τη συχνοτητα με μια αλλη υψηλη συχνοτητα ψ, το αποτελεσμα δε θα ειναι δυο διαφορετικες συχνοτητες αλλα πολλαπλες, μια σειρα συχνοτητων με βαση το λογο που σχηματιζεται μεταξυ των αρχικων συχνοτητων.

 

 

I will spare you τις υπολοιπες θεωριες, και θα μπουμε στο ζουμι του που κρυβονται τα φιλτρα:

 

ΟΛΟ το κλειδι ειναι στο λεγομενο αλγοριθμο: Τι ειναι ο αλγοριθμος; Τιποτα παραπανω απο ενας τροπος συνδεσης.

 

Ειδαμε ηδη τι απλο ζητημα που ειναι ενας operator οταν συνδεθει στα ηχεια. Αυτη η λειτουργια, η συνδεση δηλαδη απευθειας στην εξοδο ηχου ονομαζεται carrier. Οταν δηλαδη ενας operator λειτουργει σα μια απλη γεννητρια με το amp της, ειναι σε θεση carrier. ΟΜΩΣ, οταν ΔΕΝ ακουμε αυτη τη γεννητρια, και αντιθετα τη χρησιμοποιουμε για να διαμορφωσουμε τη συχνοτητα μιας αλλης γεννητριας, τοτε αυτη βρισκεται σε θεση modulator.

 

Ο αλγοριθμος λοιπον μας δειχνει το ποιες γεννητριες ακουμε απευθειας, και ποιες χρησιμοποιουμε για να διαμορφωσουμε τις συχνοτητες αυτων που ακουγονται. Ο αλγοριθμος στο dexed ειναι στο κεντρο ακριβως πανω απο το κλαβιε. Δειχνει τους 6 operators, και τις συνδεσεις μεταξυ τους. Οι operators που βρισκονται στην κατω κατω σειρα ειναι αυτοι που ακουγονται, ειναι δηλαδη οι carriers, και οι απο πανω ειναι αυτοι που διαμορφωνουν τη συχνοτητα, ειναι οι modulators. Π.χ., ο αλγοριθμος 16 εχει μονο εναν carrier, τον operator 1, και οι υπολοιποι ειναι modulators, οι οποιοι διαμορφωνουν τη συχνοτητα του 1 αλλα και τις μεταξυ τους συχνοτητες, μια προσεκτικη ματια στις συνδεσεις το δειχνει αυτο, μιλαμε δηλαδη για παρτουζα κανονικη. Αντιθετα ο αλγοριθμος 32 εχει 6 μοναχουλια carrier, δεν υπαρχει διαμορφωση συχνοτητας, εχουν πηξει στη μαλακια.

 

 

 

 

 

Μα που ειναι το φιλτρο;

 

 

 

 

Λοιπον, αν αντεξατε ως εδω, η απαντηση στην απορια ειναι: Δεν υπαρχει φιλτρο. Αφου ειπαμε οτι οι carriers, οι γεννητριες δηλαδη που ακουγονται, παραγουν μονο απλες sine κυμματομορφες. Τι να φιλτραρεις απο αυτο; Αδειο ειναι, καμια αρμονικη δεν εχει.

 

Μπορεις ομως ΝΑ ΠΡΟΣΘΕΣΕΙΣ αρμονικες, χρησιμοποιωντας τα modulators και ρυθμιζοντας τα envelopes τους. Αντι δηλαδη να αφαιρεις συχνοτητες με το φιλτρο, και να προσθετεις κινητικοτητα με το filter envelope, προσθετεις συχνοτητες με το operator και χρησιμοποπιεις το ενσωματωμενο envelope του για να δωσεις κινητικοτητα. Ποιες συχνοτητες προσθετεις; Αυτο καθοριζεται απο το ratio, την πρωτη παραμετρο πανω αριστερα σε καθε operator block του Dexed. Οσο μενουμε σε ακαιρεα πολλαπλασια, σε ακεραιους ratio αριθμους δηλαδη, ο ηχος παραμενει με συχνοτητες της αρμονικης σειρας, και μπορουμε να παιξουμε μουσικουλα. Οταν ξεφυγουμε απο αυτο, μπαινουμε σε μονοπατια που θελουν λιγο προσοχη, αλλα ειναι απαραιτητα για τη δημιουργια ηχων οπως εφε, bells, ατακες ηλεκτρικων πιανο, κρουστα κλπ.

 

 

Τελος η θεωρια. Παμε να δουμε τους ηχους που εφτιαξα from scratch, τιποτα το φοβερο, απλα για να μπουμε στο νοημα. Η λογικη τους ειναι επι τουτου οσο παρομοια γινεται με τη λογικη των ηχων που φτιαξαμε με το charlatan και το obx, αν δεν εχετε δει το προηγουμενο αρθρο, καλο θα ηταν να του ριξετε του μια ματια.

 

 

 

 

Μποτα

 

 

 

 

Τι ειπαμε οτι ειναι η μποτα; Ενα pitch envelope που πεφτει. Στην εικονα μπορειται να δειτε τη ρυθμιση στο pitch envelope του dexed.

 

Χρησιμοποιουμε τον αλγοριθμο 1. Οπως μπορουμε να δουμε στη φωτο, εχουμε δυο carrier, τον operator 1 και τον operator 3.

 

Ο operator 1 ΘΑ ΜΠΟΡΟΥΣΕ να διαμορφωνεται απο τον operator 2 βαση του αλγοριθμου, ομως στον συγκεκριμενο ηχο ΔΕΝ διαμορφωνεται, βλεπουμε οτι το λαμπακι του 2 δεν αναβει, ειναι κλειστος. ΑΡΑ, εχουμε απλη sine κυμματομορφη. Βλεπουμε στο παραθυρακι του operator 1 την περιβαλλουσα του, σας θυμιζει κατι; Ειναι παρομοια με την περιβαλλουσα που ειχαμε στο charlatan, αμεση ατακα και γρηγορο decay. Απλα πραγματα.

 

Αυτο ειναι το κυριο σωμα της μποτας. Υπαρχει ομως και ο operator 3, τον οποιο χρησιμοποιησα για να δωσω μια εξτρα ατακα στον ηχο, αντιστοιχη του κοπανου που βαραει στο δερμα. Προσεξτε το ποσο πιο συντομο ειναι το decay στο envelope του operator 3, σχεδον δε φαινεται. Προσεξτε τωρα οτι υπαρχουν δυο ενεργοι modulators, οι operators 4 και 5. Κοιταξτε τα ratios στα αντιστοιχα παραθυρα τους: Στο μεν carrier ειναι 1.33, οποτε το 4 του operator 4 δεν ειναι πια ακεραιος πολλαπλασιαστης. Εκτος αυτου, ο 4 διαμορφωνεται περαιτερω απο τον 5, που ειναι μαλιστα σε fixed λειτουργια, δηλαδη δεν ακολουθει καν τη συχνοτητα των αλλων δυο με καποιο ratio αλλα ειναι στον (σταθερο) κοσμο του, των κοσμο των 100 hz.

 

Με αλλα λογια εχουμε μη- αρμονικες συχνοτητες για τον carrier με τον αριθμο 3, ΟΤΙ ΠΡΕΠΕΙ δηλαδη για κρουστο ηχο.

 

 

 

 

Ταμπουρο

 

 

 

 

Αν καταλαβατε το προηγουμενο, ε τοτε θα καταλαβετε και αυτο.

 

Πως φτιαξαμε ταμπουρο στο charlatan; Με λευκο θορυβο.

 

Εχουμε λοιπον παλι τον αλγοριθμο 1, και για τον carrier με τον αριθμο 3 η κατασταση εχει εκτραχυνθει εντελως, πλεον εχουμε ΤΡΕΙΣ modulators σε παρτουζα, να διαμορφωνουν ο ενας τον αλλο με οτι-να-ναι ratios, και το αποτελεσμα ειναι να εχουμε ουσιαστικα θορυβο. Ρυθμισαμε λοιπον την περιβαλλουσα του 3 οπως θα ρυθμιζαμε την amp περιβαλουσα στο charlatan, και εχουμε ετσι τις χορδες του ταμπουρου, ενω διαμορφωνουμε ταυτοχρονα και τον carrier 1 με τον modulator 2 στο μη- αρμονικο 2.32 ratio, για να εχουμε εναν κρουστο ηχο με defined ομως συχνοτητες, που θα εξομοιωνει το ξυλινο σωμα του ταμπουρου.

 

 

 

Hihat

 

 

 

 

 

Οπως ακριβως συνεβει και με το charlatan, η λογικη του hihat δε διαφερει απο αυτη του white noise του ταμπουρου. Αξιζει βεβαια να παρατηρησουμε οτι 1ον) η περιβαλλουσα του operator 3, του carrier δηλαδη που οπως ειπαμε αντιστοιχει στο amp envelope ενος αφαιρετικου synth ειναι πλεον πολυ πιο συντομη, οπως αναμενοταν. Και οι αριθμοι των ratios που αφορουν τους modulators του ιδιου carier εχουν αλλαξει, δινοντας πιο διαπεραστικο θορυβο, σε μια αναλογια με το bandpass φιλτρο που ειχαμε βαλει στο charlatan.

 

 

 

Μπασο

 

 

 

 

 

Εδω ειμαστε.

 

Λοιπον, μεχρι στιγμης ολα ειναι οπως τα περιμεναμε.

 

Εδω λιγο θα φανει η διαφορετικη προσεγγιση.

 

Διοτι, στο αφαιρετικο συνθ, εχουμε τη γεννητρια που δινει την πλουσια κυμματομορφη, και εχουμε και το αναλογικο φιλτρο, που δεν ειναι οτι απλα αφαιρει καποιες συχνοτητες, αλλα του γτμ του ηχου, προσθετοντας resonance, παραμορφωση, αλλα και κινητικοτητα.

 

Οποτε εμεις τι θα πρωτοκανουμε απο ολα αυτα;

 

Η απαντηση ειναι ΟΛΑ.

 

Αλγοριθμος 18. Παρτουζα.

 

Ενας carrier. Ο operator νουμερο 1.

 

Αν δουμε το envelope του, μοιαζει φυσικα με το amp envelope του charlatan, οταν φτιαχναμε εκει το μπασο.

 

Εχουμε λοιπον τις εξης διαμορφωσεις, απο τα υπολοιπα operators που λειτουργουν σα modulators:

 

Ο operator 2 με ratio 0.5 δινει τη sub οκταβα, και κανει πλουσιο τον ( σε αντιστοιχια) oscillator του ηχου.

 

Ο operator 3 με ιδιο ratio, με ελαφρυ feedback, και με ενταση διαμορφουμενη τοσο απο το velocity οσο και απο το LFO, εχει το ρολο της κινητικοτητας του φιλτρου. Καθε φορα που βαραμε δυνατα το πληκτρο, οι (αρμονικες) συχνοτητες που προσθετει αυξανονται, οπως οταν ανοιγουμε το φιλτρο ενος αφειρετικου συνθ, ενω ταυτοχρονα το envelope του φροντιζει καθε φορα να κλεινει πριν το σβησιμο της νοτας, για να εχουμε τον ηχο παρομοιο με του μπασου, με εντονη συχνοτικα ατακα που στην πορεια γινεται πιο σκοτεινη. Μαζι με μια ελαφρια κινητικοτητα απο το LFO, εχουμε ενα μπασο που φερνει προς τα γνωστα acid electro μπασα. Σε αυτο ομως μεγαλο ρολο παιζει και η διαμορφωση απο τον operator 4 μαζι με την παρεα του τον 5 και τον 6, οι οποιοι με τα ratio που εχουν προσθετουν στην ουσια αρμονικες, οπως ακριβως προσθετει και η παραμορφωση, το overdrive και το distortion, κανοντας τον ηχο πολυ πιο εντονο.

 

Ειπαμε οτι θα τα βαλουμε ολα, και το καναμε.

 

 

Pad

 

 

 

 

 

H λογικη του Pad θα ειναι παρομοια με τα pad που φτιαξαμε με τα αφαιρετικα. Θα εχουμε μια κλασσικη “πλατη” με slow attack, και ταυτοχρονα θα ανεβοκατεβαινουν οκταβες με το LFO.

 

Αλγοριθμος 3 λοιπον. Ο operator 1 θα ειναι η πλατη. Βλεπουμε το αργο attack στην περιβαλλουσα του, και το εντονο release. Ταυτοχρονα ο operator 2 που λειτουργει ως modulator εχει ακομα πιο αργο attack και decay και με το ratio στο 0.5, το οποιο λειτουργει οπως ειπαμε σαν ενα ακεραιο ratio μια οκταβα χαμηλοτερα, δινει την αισθηση του σωματος της νοτας που μπαινει πιο αργα συγχρονως με ενα filter- swirl like ηχοχρωμα.

 

Ο operator 4 τωρα, θα εχει το ρολο της οκταβας που ανεβοκατεβαινει. Πως θα γινει αυτο; Μα, διαμορφωνοντας τον με τον operator 5 σε ρολο modulator, ο οποιος operator 5 διαμορφωνεται απο το LFO (παραμετρος A mod. Sens), το οποιο LFO ειναι σε square κυμματομορφη.

 

Ενδιαφερον εχουν τα ratios, σε σχεση με το ρολο του operator 4. Το κυριως σωμα του ηχου οπως ειπαμε ερχεται απο τον operator 1. Με το να εχουμε λοιπον το ratio του operator 4 στην τιμη 3, αυτος βρισκεται σε υψηλοτερες οκταβες στην αρχικη ατακα του pad. Ετσι δεν μπερδευει με το κυριως σωμα του ηχου.

 

Οσο ομως προχωραει η νοτα, και τα decay του operator 1 τον κανουν να σβησει, τοτε μπαινει στο παιχνιδι ο operator 5 που εχει αργο attack και ratio 1. Αυτος λοιπον κανει τη διαμορφωση λοιπον οχι ανεβαζοντας οκταβες αλλα κατεβαζοντας, μετα δηλαδη το thin πρωτο μερος για τον operator 4 ερχεται ο πιο “ψωμενιος” ηχος με τη διαμορφωση. Για να ξεχωριζει ομως αυτη η διαμορφωση και στις υψηλες συχνοτητες, που αλλωστε ειναι και ο στοχος μας, με τη σειρα του ο operator 5 διαμορφωνεται με τον operator 6 που εχει τιμη ratio 7, και ερχεται και δενει το γλυκο.

 

 

Lead

 

 

 

 

Η λογικη του Lead δε διαφερει απο τη λογικη του μπασου. Αλγοριθμος 16, παρτουζα, κινητικοτητα, παραμορφωση κλπ. Ιδιαιτερη μνεια πρεπει να γινει στη λειτουργια mono, η οποια δε διαφερει ουσιαστικα απο το αντιστοιχο σκηνικο του charlatan, με τα envelopes και εδω να μην τριγκαρωνται απο τις λεγκατο νοτες, πολυ σημαντικο για smooth lead lines. Κατα τα αλλα η διαμορφωση παει συννεφο, απαξ και φτιαξετε για εσας τον ηχο με βαση τη φωτο που παραθετω, απομονωνοντας την καθε modulator αλυσιδα θα καταλαβετε το τι προσφερει στον ηχο περισσοτερα απο το να γραψω εγω 40 παραγραφους.

 

 

 

FX

 

 

 

 

Και τελος, ως επιλογος, το κερασακι των FX.

 

Διοτι μας ζαλισαν τα @@ με τα controllers στο αλλο θεμα, και θελω 40 κουμπια ο ενας, και θελω 15 mid πληκτρα ο αλλος.

 

Λοιπον, 3 κουμπια στα ratios, οπως καταλαβαινεται οι τιμες στη φωτο δεν εχουν αξια γιατι μεταβαλλονται, και πεστε μου αν εχετε ακουσει πιο καφρικα filter sweeps.

 

You didn’t see that coming, right;

 

 

Ακουστε και το κομματακι, ειναι ολο φτιαγμενο με τους ηχους που μολις περιγραψαμε, μπαινουν ενας ενας με τη σειρα, τιποτε το ιδιαιτερο σα κομματι, οπως ακριβως και με τα προηγουμενα.

 

Αυτη τη φορα ομως ειναι φτιαγμενο ολο στην ουσια απο ενα (virtual ) dx7.

 

Χρονια πολλα Yamaha.

 

 

 

 

 

 

[trolley]

45 λεπτά πριν, manosx είπε

Αντιθετα ο αλγοριθμος 32 εχει 6 μοναχουλια carrier, δεν υπαρχει διαμορφωση συχνοτητας, εχουν πηξει στη μαλακια.

 

Με κάτι τέτοια θα μας στείλεις όλους στο πρεσβείος.

 

 

[Ali Barout]

Ευχαριστούμε πολύ Μάνο!

[Ioan Eko]

Ωραίο θέμα και καλογραμμένο! Thanks,, Μάνο! 

[Μανώλης Χναράκης]

Ωραίο.

[Waterfall-K]

Αυτά είναι, good ol' FM. Να σημειώσουμε εδώ ότι τα σύγχρονα FM synths διαθέτουν, εκτός της sine, και άλλες κυματομορφές για τους operators τους, καθώς και σειρά φίλτρων, οπότε οι δυνατότητες δημιουργίας νέων ήχων πολλαπλασιάζονται κατά πολύ.

[manosx]

[MGs]

Τιναυτάρε!Τιναυτάρε!Τιναυτάρε!

[trolley]

18 λεπτά πριν, MGs είπε

Τιναυτάρε!

 

Μεγάλη επιτυχία της Milva, καλοκαίρι 1973.

 

 

[MGs]

3 ώρες πριν, trolley είπε

3 ώρες πριν, MGs είπε

Τιναυτάρε!

 

Μεγάλη επιτυχία της Milva, καλοκαίρι 1973.

Πια είναι παλι ?