Říci, že oscilátory změnily hudební produkci, by nebylo přehnané. Od zrodu zvukové syntézy na počátku 20. století jsou oscilátory základem většiny elektronických hudebních nástrojů a definují způsob, jakým většina těchto nástrojů generuje zvuk.
Oscilátory v podstatě generují signály, které vytvářejí melodie, harmonie a textury. Pro producenta znamená pochopení jejich fungování schopnost vytvářet jedinečné zvuky, maximálně využívat své syntezátory a pluginy a ovládat "kouzla" odehrávající se v elektronických hudebních nástrojích.
Dnes si povíme o všech oscilátorech: co jsou zač, jakou roli hrají v hudební produkci a jak s jejich pomocí můžete utvářet svou zvukovou paletu.
Co dělá oscilátor?
Stručně řečeno, elektronické oscilátory vydávají zvuk rychlým přepínáním mezi dvěma stavy. Dělají to tak, že generují průběh vlny, který se smyčkuje extrémně vysokou rychlostí, aby vytvořil určitou výšku tónu. Stejně jako vibrující struna akustické kytary vytvářejí elektronické obvody průběh, který lze zesílit a vytvořit tak zvuk.
Výstup oscilátoru má tři hlavní vlastnosti: frekvenci, která určuje výšku tónu, amplitudu, která ovlivňuje hlasitost, a tvar vlny, který ovlivňuje tón.
Frekvence udává, jak rychle se zvuková vlna pohybuje, a měří se v hertzech (Hz). Když je frekvence vysoká, zní zvuk vysoko, a když je nízká, je zvuk hlubší.
Amplituda určuje hlasitost zvuku. Pokud na "skutečný" nástroj hrajete silněji, je zvuk hlasitější, protože amplituda je větší. V elektronické hudbě je hlasitější zvuk výsledkem vyšší úrovně napětí.
A konečně, tvar vlny ovlivňuje kvalitu nebo barvu zvuku. Různé tvary zvukových vln vytvářejí různé zvuky. Podle tvaru vlny, kterou vytvářejí, můžeme oscilátory rozdělit na dva typy: harmonické oscilátory (nazývané také lineární oscilátory) a relaxační oscilátory.
Harmonický oscilátor vytváří plynulé a pravidelné vlny, podobně jako se houpačka pohybuje sem a tam. Fungují na základě přesunu energie mezi dvěma částmi, jako jsou induktory a kondenzátory v LC oscilátoru nebo křemenné krystaly v krystalovém oscilátoru. Představte si je jako kyvadlo, které se neustále kýve, protože neustále sdílí svou energii mezi dvěma body.
Mezi běžné typy harmonických oscilátorů patří LC oscilátory, RC oscilátory a křemenné krystalové oscilátory. Najdete je například v rádiových vysílačích, hodinových signálech a neuvěřitelně přesných zařízeních, jako jsou atomové hodiny. Vlny, které produkují, jsou velmi čisté a stabilní.
Na druhé straně relaxační oscilátory vytvářejí vlny nabíjením a vybíjením částí pro ukládání energie, jako jsou kondenzátory. Místo aby vytvářely hladké vlny, generují ostřejší průběhy, jako jsou čtvercové vlny, pilovité vlny nebo trojúhelníkové vlny. Je to jako vypínač světla, který se rychle zapíná a vypíná a vytváří rychlé změny mezi vysokými a nízkými stavy.
Relaxační oscilátory najdete v zařízeních, jako jsou RC oscilátory, oscilátory s fázovým posunem a napětím řízené oscilátory používané v syntezátorech.
Nyní analyzujme jednotlivé typy průběhů.
Sinusová vlna
Sinusový průběh je nejjednodušší ze všech průběhů, má pouze jednu základní frekvenci bez harmonických.
Jeho hladký a čistý tón nevyzařuje bohatost a složitost jiných vlnových forem, a proto se často používá pro měkké a zaoblené zvuky, jako jsou flétny, táhlé varhany a subbasové frekvence.
Pro svou jednoduchost se sinusovka obvykle používá při aditivní syntéze a syntéze s frekvenční modulací, kdy se vrství více sinusovek o různých frekvencích.
Pilovitá vlna
Pilovitá vlna je jedním z harmonicky nejbohatších průběhů, přičemž všechny harmonické jsou v nepřímém poměru ke svému harmonickému číslu.
To znamená, že s rostoucí frekvencí harmonické klesá její amplituda. Výsledkem je jasný a mírně drsný zvuk, který často najdete u žesťů, smyčců nebo výrazných hlavních tónů.
Protože pilová vlna obsahuje všechny harmonické podtóny, má přirozeně bohatý charakter, který se výborně hodí pro subtraktivní syntézu, kde lze filtrováním dále upravit její barvu.
Čtvercová vlna
Čtvercová vlna je sice svou silou podobná pilové vlně, ale má jedinečnou harmonickou strukturu, pouze s lichými harmonickými v nepřímém poměru k jejich harmonickému číslu.
Díky tomu je zvuk výrazně dutý a dobře se hodí pro klarinety, rákosové nástroje a další nástroje. Díky menšímu harmonickému obsahu čtvercové vlny je méně jasná než pilovitá vlna, ale stále dostatečně bohatá pro sólové a basové zvuky.
Trojúhelníková vlna
Stejně jako čtvercová vlna obsahuje trojúhelníková vlna pouze liché harmonické, ale s mnohem nižší amplitudou.
Harmonická redukce se řídí kvadratickým vztahem: třetí harmonická má amplitudu jedné devítiny základní, pátá má amplitudu jedné dvacetiny a tak dále.
Výsledkem je měkký a jemný tón, který připomíná sinusovku, ale s jemným a bzučivým nádechem.
Pulzní vlna
Pulzní vlna je variací čtvercové vlny, u které lze nastavit poměr mezi vysokou a nízkou částí vlny. Tato změna symetrie mění harmonický obsah a zvýrazňuje nebo odstraňuje určité harmonické složky.
Dokonalá čtvercová vlna má pracovní cyklus 1:2, který postrádá sudé harmonické, zatímco pulzní vlna 1:3 odstraňuje všechny harmonické, které jsou násobkem tří. V kombinaci s pulzně šířkovou modulací (PWM), takže se pracovní cyklus dynamicky mění v čase, se pulzní vlna stává skvělou možností pro vytváření vyvíjejících se zvukových krajin.
Jak funguje syntezátor
Jak už asi tušíte, syntezátor je kombinací různých komponentů, které společně vytvářejí a formují zvuk. Těmito komponentami jsou obvykle: oscilátory, filtry, generátory obálky, napětím řízené zesilovače (VCA), nízkofrekvenční oscilátory (LFO) a mixéry.
Principy, které definují všechny hardwarové syntezátory, jsou založeny na elektronické manipulaci se signálem. Podívejme se na všechny ovladače, které utvářejí zvuk vycházející ze syntezátoru.
Úloha oscilátoru
Výchozím bodem při tvarování zvuků pomocí syntezátoru je obvod elektronického oscilátoru, o kterém jsme hovořili dříve.
Elektronický oscilátor je obvod, který vytváří specifický výstupní signál: opakující se vlnu cyklicky se střídající mezi dvěma napětími. Rychlost, s jakou tento cyklus probíhá (tzv. frekvence kmitání), určuje výšku zvuku, zatímco tvar vlny ovlivňuje jeho barvu.
Koncepce elektronických oscilátorů se neliší od koncepce mechanických oscilátorů. Mechanický oscilátor je systém, který se opakovaně pohybuje tam a zpět a přepíná energii mezi kinetickou a potenciální formou. Skvělým příkladem je kyvadlo v hodinách, které se kýve díky gravitaci.
Filtr formuje harmonický obsah
Jakmile je průběh vytvořen, prochází filtrem, který odstraňuje nebo zvýrazňuje určité frekvence.
Filtr má vstupní signál, výstup a několik ovládacích prvků, které určují, jak má být zvuk zpracován.
Existuje několik typů filtrů, ale nejběžnější jsou:
- Dolnopropustný filtr propouští nižší frekvence, zatímco vyšší frekvence tlumí.
- Hornopropustný filtr odstraňuje nižší frekvence a ponechává vyšší frekvence.
- Pásmová propust izoluje určitý rozsah frekvencí, přičemž mimo nastavený rozsah odřízne vysoké i nízké frekvence.
Filtry mají také rezonanční frekvenci, což je frekvence, při které signál zesilují, nikoli zeslabují. Toto ovládání rezonance zvyšuje mezní bod a dodává zvuku charakter.
Řízení amplitudy pomocí VCA a generátoru obálky
Syntezátor potřebuje způsob, jak ovládat hlasitost zvuku. K tomu slouží napěťově řízený zesilovač (VCA) a generátor obálky.
VCA je v podstatě knoflík hlasitosti, který upravuje úroveň výstupní frekvence na základě příchozího řídicího signálu.
Generátor obálky mění způsob, jakým se zvuk vyvíjí. Nejběžnější typ obálky se řídí modelem ADSR:
- Attack: doba, za kterou zvuk přejde z ticha do plné hlasitosti.
- Decay: Doba, za kterou hlasitost klesne z maximální úrovně na úroveň sustain.
- Sustain: Úroveň, na které se zvuk udrží při stisknutí klávesy.
- Release: Doba, za kterou zvuk po uvolnění klávesy dozní.
Při stisknutí klávesy vyšle klaviatura dva napěťové signály: jeden určuje výšku tónu a druhý je signál brány, který spouští generátor obálky. Obálka pak ovládá VCA a ovlivňuje dynamický výraz zvuku.
Modulace
Syntezátory jsou často vybaveny modulačními možnostmi, které zvuku dodávají pohyb a variabilitu, z nichž nejoblíbenější je nízkofrekvenční oscilátor (LFO).
Na rozdíl od primárního oscilátorového obvodu, který ovlivňuje zvukový rozsah slyšitelných hudebních tónů, LFO kmitá v mnohem nižším frekvenčním rozsahu (obvykle pod 20 Hz).
Proto se LFO místo k vytváření slyšitelných tónů používají k modulaci jiných parametrů, jako je výška tónu (vibrato), amplituda (tremolo) nebo mezní frekvence filtru (wah efekt).
Další formou modulace je frekvenční modulace (FM syntéza), kdy jeden oscilátor (modulátor) mění frekvenci jiného oscilátoru (nosného) a vytváří tak členitější barvy.
Digitální vs. analogová syntéza
Ačkoli vintage syntezátory používají analogové oscilátory a obvody, moderní syntezátory často dokáží stejný efekt vytvořit digitálně.
Digitální obvod reprezentuje zvuk jako číselné hodnoty, které jsou zpracovány algoritmem a poté převedeny zpět na analogový signál prostřednictvím digitálně-analogového převodníku (DAC).
Některé syntezátory kombinují analogové a digitální komponenty a navzdory popularitě digitální syntézy jsou analogové syntezátory stále žádané kvůli vřelosti a organickým nedokonalostem analogových komponent, jako jsou rezonanční frekvenční filtry a oscilační obvody.
Stále se diskutuje o tom, zda pluginy VST dokáží dokonale reprodukovat zvuk analogových syntezátorů. Ze své zkušenosti hudebníka jsem se setkal s mnoha fenomenálními pluginy, které zněly stejně jako původní syntezátory. Ve skutečnosti byly sotva rozeznatelné od skutečných, nicméně hraní na skutečný hardware nabízí praktičtější zážitek, zejména při živém vystupování.
Pluginy VST však obvykle stojí jen zlomek ceny hardwaru, kterým jsou inspirovány, takže byste s nimi rozhodně měli počítat, zejména pokud jste právě vstoupili do světa zvukové syntézy.
Konečná cesta signálu
Stručně řečeno, standardní subtraktivní syntezátor se řídí touto cestou signálu:
- Oscilátor generuje průběh s konstantní amplitudou a výstupní signál.
- Filtr formuje harmonický obsah zmírněním nebo zesílením frekvencí.
- Generátor obálky a VCA řídí vývoj zvuku v čase.
- Zdroj modulace, jako je LFO nebo oscilátor s fázovým posunem, přidává do zvuku pohyb.
- Výsledný signál se posílá do směšovače, rádiového vysílače nebo zařízení pro přenos zvukových frekvencí.
Netřeba dodávat, že mnoho syntezátorů toho umí mnohem více.
Mnoho špičkových syntezátorů nabízí více možností modulace, například fázově uzamčené smyčky, oscilátory se zpětnou vazbou, oscilátory s křemennými krystaly, možnosti vzorkování a také oscilátory s rádiovou frekvencí.
Použití syntézy zvuku k vytvoření nového nástroje
Syntéza zvuku nabízí hudebníkům a producentům možnost vytvářet nové nástroje od základu. V této části se budeme zabývat tím, jak pomocí syntézy zvuku vytvořit nový nástroj, ať už používáte skutečný syntezátor, nebo zásuvný modul.
Základem charakteru každého elektronického nástroje je jeho průběh, a tím byste měli začít při vytváření nového zvuku. Různé tvary vln vytvářejí jedinečné tónové vlastnosti a ovlivňují, jak jasný, teplý nebo drsný je zvuk.
Na základě vlastností jednotlivých tvarů vln si vyberte jeden z nich podle toho, jakou roli bude váš nástroj hrát v budované zvukové krajině. Poté použijte další součásti, které syntezátor nabízí, jako jsou filtry, generátory obálky a nastavení modulace, k formování výsledného zvuku.
Zkuste například vytvořit jednoduchý subtraktivní syntezátor. Úpravou nastavení filtru a obálky, které ovládají attack, decay, sustain a release zvuku, můžete změnit dlouhý a trvalý zvuk padu na krátké a úderné škubání.
Nebo si představte, že začnete se základním presetem akordeonu v syntezátoru. Když vypnete všechny přídavné oscilátory, nízkofrekvenční oscilátory (LFO) a vibrato, zvuk se výrazně zjednoduší. Zesvětlením filtru a zkrácením nastavení obálky zesilovače můžete pad proměnit v ostrý zvuk bodnutí.
Dokonce i čtvercový průběh, který se často používá k vytváření jasných a odvážných zvuků, se může stát něčím úplně jiným. S několika úpravami mezní hodnoty filtru a delším nastavením obálky může čtvercová vlna sloužit jako základ pro jemný ambientní pad.
Abyste mohli vytvářet jedinečné zvuky, musíte plně porozumět vlastnostem základních tvarů vln. Mísením různých tvarů vln při různých hlasitostech můžete vytvářet složité a podmanivé zvukové krajiny.
Olovo
Když už mluvíme o úloze vytvářeného nástroje, nezapomeňte, že sólové skladby musí mít takové zvukové vlastnosti, aby vynikly ve směsi se zbytkem skladby.
V závislosti na zvoleném tvaru vlny a zpracování mohou být zvuky leadů pronikavé, jemné, hladké nebo agresivní. Obvykle čtvercová vlna lead s otevřeným filtrem přináší klasický a silný syntezátorový zvuk, zatímco trojúhelníková vlna lead může pomoci vytvořit spíše efekt podobný flétně.
Pilovitá vlna vám pomůže vytvořit bohatý a plný tón, který se hodí k většině elektronických žánrů. Smícháním sinusových a čtvercových vln můžete přidat kulatost vybrnkávaným vodítkům a zároveň přidat šumové prvky, které mohou vašemu zvuku dodat drsnější charakter.
Basové linky
Zejména v elektronice a hip hopu se syntezátory používají k vytváření jedinečných basových zvuků. A zde jsou možnosti opět neomezené.
Pro jemné a hluboké basy je nejlepší volbou jednoduchá sinusovka, protože přirozeně vytváří hladký zvuk nízkých tónů. Na druhou stranu, pokud hledáte acidové basy, pilovitá nebo čtvercová vlna v kombinaci s přidanou rezonancí a modulací filtru vytvoří klasický acidový zvuk připomínající kultovní Roland TB-303.
Těžký basový tón můžete vytvořit také smícháním pilových a čtvercových vln, někdy podpořených sinusovou vlnou, která mu dodá větší hloubku. Měkké basy lze vytvořit pomocí trojúhelníkového průběhu, který má přirozenější a méně syntetickou kvalitu zvuku.
Podložky
Pady jsou zvukovým pozadím, které dodává skladbě atmosféru a rytmus. Obvykle mají pomalé náběhy a doznívání, čímž oživují vrstevnatý zvuk, který posouvá skladbu kupředu.
Při tvorbě padů je důležitý typ vlnového průběhu, který vyberete, ale to, jak jej upravíte a filtrujete, je to, co skutečně dělá rozdíl.
Čtvercové a pulzní vlny mohou znít trochu jako dřevěné dechové nástroje nebo smyčce, zatímco pilovité vlny mohou pomoci vytvořit více obklopující zvuk. Trojúhelníkové vlny působí měkce a zasněně a sinusové vlny dodávají zvukové struktuře hlubokou bohatost.
Použití delšího nastavení zvuku a ztišení vysokých frekvencí vám pomůže navrhnout náladu podložky. Dokonce i jasnější průběhy lze vyhladit pečlivým filtrováním a dozvukem, což je ulehčí uším.
Jak vytvářet syntetické zvuky
Skutečné kouzlo nastane, když se pustíte do experimentování.
Bez ohledu na to, zda používáte hardwarový syntezátor nebo plugin VST, pochopení fungování oscilátorů vám umožní vytvářet zvuky, které existují pouze ve vaší mysli.
Nejde o náhodné otáčení knoflíky a doufání, že se stane něco zajímavého, ale o znalost toho, co se děje pod kapotou a jak různé typy oscilátorů, obvodů a vlnových průběhů vzájemně ovlivňují zvuk.
Kde tedy začít? Odpověď je jednoduchá: generujte oscilační signál, který vytváří zvukové vlny. Tento signál je základem každého syntezátorového patche a má různé tvary, o kterých jsme hovořili.
Skvělým způsobem, jak si to procvičit, je použití napětím řízeného oscilátoru (VCO). Tyto oscilátory umožňují nastavit výstupní frekvenci pomocí řídicího napětí, což vám umožní praktický způsob zkoumání zvukového designu.
Začněte výběrem sinusové vlny, která nemá žádné další harmonické. Pak přejděte na čtvercovou vlnu, která přináší liché harmonické, a zkuste upravit pracovní cyklus, abyste vytvořili pulzní vlny, a poslechněte si, jak různé poměry ovlivňují tón.
Nyní je čas prozkoumat oscilátory se zpětnou vazbou a oscilátory s fázovým posunem. Tyto nástroje mohou vnést do zvuku jemné i extrémní změny tím, že výstupní signál přivádějí zpět do obvodu oscilátoru. Pomocí této techniky můžete vytvořit cokoli od plynulých vibračních efektů až po chaotičtější textury.
Dalším důležitým aspektem, který je třeba pochopit, je fungování oscilátorových obvodů v různých konstrukcích syntezátorů. Některé syntezátory používají LC oscilátory, které se při generování oscilací spoléhají na induktory a kondenzátory, zatímco jiné používají krystalové oscilátory, které poskytují ultrastabilní frekvence pomocí křemenných krystalů.
Běžně se vyskytují v digitálních syntetizátorech, oscilátorech s pevnou frekvencí a oscilátorech rádiových vysílačů a přijímačů. Stabilita oscilátoru určuje, jak stabilní zůstává výška tónu.
Jakmile zvládnete základy, můžete experimentovat s fázově uzamčenými smyčkami (PLL) a relaxačními oscilátory. PLL poskytují větší kontrolu nad frekvencí díky uzamčení na vstupní frekvenci, což je užitečné při synchronizaci oscilátorů v modulárních sestavách.
Relaxační oscilátory naproti tomu vytvářejí nesinusové průběhy rychlým nabíjením a vybíjením kondenzátorů, což je nejlepší volba při snaze vytvořit perkusivní zvuky.
To, jak dobří jste v programování syntezátorů, se nakonec pozná podle toho, jak dovedně umíte tvarovat výstup oscilátoru pomocí filtrů a modulace.
Zkuste směrovat oscilační signál přes dolnopropustný filtr, abyste vyhladili ostré tóny, nebo použijte hornopropustný filtr, abyste ztenčili basový zvukový efekt. Modulujte mezní hodnotu filtru pomocí LFO (nízkofrekvenčního oscilátoru) pro efekt kmitání nebo použijte generátor obálky pro vytvoření dynamických vln a úderů.
Chcete-li proniknout hlouběji do chování oscilátoru, zjistěte více o pozitivní zpětné vazbě a zpětnovazebních smyčkách v syntezátoru. Například zvýšení zpětné vazby v obvodu zpoždění může změnit jednoduchý zvuk ve vyvíjející se texturu. Nebo pomocí rezonančního frekvenčního zesílení můžete zdůraznit specifické harmonické, a vytvořit tak skřehotavý zvuk syntezátoru, který může dobře fungovat s leadery.
Při práci s digitálními syntezátory se můžete setkat s pojmy jako hodinová frekvence, hodinový signál a hodinové impulsy. Tyto termíny se vztahují k časování oscilátoru v elektronickém obvodu, který pomáhá synthu udržovat synchronizaci s ostatními prvky.
Procvičování vytváření zvuků
Jedním z nejlepších způsobů, jak si procvičit tvorbu syntezátorových zvuků, je obnovit známé nástroje pouze pomocí základních vlnových průběhů. Začněte s jednoduchou sinusovou vlnou a vyzkoušejte, zda ji dokážete pomocí obálky a trochy vibrata vytvarovat do zvuku flétny. Pak vezměte pilovou vlnu a přidáním obálky filtru a trochou rozladění vytvořte syntezátorový lead podobný dechovce.
Mnoho syntezátorů má vestavěné vizualizéry výstupních průběhů, které umožňují sledovat, jak se průběhy mění při úpravě parametrů. Sledování toho, jak se čtvercová vlna mění na pilovitou s trochou filtrování, může mít zásadní vliv na vaše chápání syntézy.
Celkově lze říci, že zvládnutí syntezátorového zvukového designu spočívá v nácviku používání konkrétního nástroje, který máte k dispozici.
Neplýtvejte časem a penězi na nákup drahých syntezátorů, které můžete donekonečna modulovat, ale raději investujte čas a energii do toho, abyste se naučili vše o jakémkoli syntezátoru, který máte doma nebo ve svém DAW. Věnujte čas hraní si s různými oscilátorovými obvody ve vašem syntezátoru a zjistěte, jaký mají vliv na zvuk. Vyzkoušejte vliv proměnných kondenzátorů na frekvenční odezvu a zkuste posunout možnosti svého syntezátoru až na hranici možností.
Nezáleží na tom, zda pracujete s analogovým hardwarem nebo digitálními pluginy; tajemství spočívá ve zkoumání, vylepšování a experimentování, dokud nenajdete zvuky, které dokonale vyhovují vaší skladbě.
Závěrečné myšlenky
Doufám, že vám tento průvodce pomůže využít váš syntezátor na maximum!
Nezapomeňte, že všechny syntezátory mají sice společné rysy, ale každý z nich má vlastní zvukovou signaturu, což znamená, že stejné zvuky manipulované různými syntezátory vytvářejí různé zvukové krajiny.
Věnujte čas nejen pochopení toho, jak jednotlivé nástroje ovlivňují zvuky, ale také tomu, jak se různé tvary vln a efekty vzájemně kombinují. Chcete-li vytvářet komplexní zvukové textury, musíte vědět, jak zvuk souvisle vrstvit, abyste vytvořili pohlcující zvukový zážitek.
Nakonec využijte nespočet návodů, které můžete najít na internetu. Ať už se rozhodnete používat jakýkoli syntezátor, jsem si jistý, že najdete nepřeberné množství recenzí a videí, které vám vysvětlí, jak nástroj využít naplno.
Hodně štěstí a zůstaňte kreativní!
