Test & vergelijk Synthesizer

Definitie

Een synthesizer is een muziekinstrument dat door middel van zogenaamde synthese elektronisch klanken produceert. Er wordt een onderscheid gemaakt tussen analoge en digitale synthesizers.

Analoge synthesizers (monofoon)

De eerste synthesizer werd gemaakt door een heer genaamd Robert Moog en werd voor het eerst gepresenteerd op de Audio Engineering Society Convention (AES) in 1964.

Eind jaren zestig kwamen er veel opnames uit die gebruik maakten van het toen nieuwe Moog-geluid. Beroemd werd het stuk POPCORN, dat een wereldwijde tophit werd en het eerste nummer in de muziekgeschiedenis was dat volledig met de Moog-synthesizer werd gemaakt. Zelfs de Beatles gebruikten een Moog bij de opname van hun album ABBEY ROAD om het slotkoor van Here Comes the Sun een bijzonder geluid te geven.

Robert Moog stichtte echter niet alleen een nieuw tijdperk van geluid, maar zorgde ook voor de technische achtergrond hiervan, bijvoorbeeld door een interface te ontwikkelen voor externe aansturing via een logaritmische toonhoogteregeling. De synthesizers werden aangestuurd via een normaal toetsenbord, of via een sequencer, waarbij de pitchsequenties in de tijd konden worden geprogrammeerd en dus via deze interface konden worden aangestuurd.

Omdat het Moog Modulair Systeem echter te groot en te omslachtig was voor podium- en livegebruik, integreerde Robert Moog de basiscomponenten van de synthesizer in een compactere behuizing, gaf het de naam Minimoog en lanceerde het in 1970: De Minimoog begon zijn triomfantelijke optocht en werd in de daaropvolgende jaren een van de meest populaire synthesizers, die over de hele wereld werd goedgekeurd.

Analoge synthesizers (Polyfonisch)

De eerste synthesizers waren monofoon. Slechts een paar Er wordt minimaal gebruik gemaakt van „tegen elkaar afgestemd zijn“ van oscillatoren (out-of-tune effect).

De geluidsgenerator

Men spreekt van witte ruis wanneer alle hoorbare frequenties in een geluidsmengsel in ongeveer gelijke proporties voorkomen. Gekleurde ruis, bijvoorbeeld roze ruis, is een bewuste verstoring van deze gelijke frequentieverdeling (wanneer één frequentiegebied dominant of minder dominant is). Sommige synthesizers hebben het vermogen om geluid te produceren waar de lage frequenties overheersen. Deze ruis kan ook als modulatiebron worden gebruikt. Op deze manier worden ongewone en interessante geluiden gecreëerd.

Spanningsgestuurde filter (VCF)

De eigenlijke geluidsvorming vindt plaats in VCF. Het meest voorkomende filter is het laagdoorlaatfilter (LPF). Het hoogdoorlaatfilter (HPF) werkt precies andersom. Door laag- en hoogdoorlaatfilters in serie te schakelen ontstaat een bandpassfilter (BPF). De tegenhanger, een bandstop, wordt gemaakt door LPF en HPF parallel te schakelen. Hier wordt een speciale frequentieband gedempt terwijl de overige frequentiecomponenten ongehinderd passeren.

Spanningsgestuurde versterker (VCA)

De VCA regelt de geluidsparameterdynamiek als functie van de spanning. In de synthesizer wordt de VCA voornamelijk aangestuurd door de enveloppengenerator. De meeste synthesizerfabrikanten gebruiken de VCA echter niet als een echte versterker, maar alleen als een verzwakker – het wordt daarom vaker Voltage Controlled Attenuator genoemd. Alleen Moog modulaire systemen hebben zowel versterking als demping op het werk.

De enveloppe generator

Envelopgeneratoren produceren spanningssequenties die programmeerbaar zijn en via de VCA worden gebruikt om de dynamiek van het geluid te regelen. In de meeste gevallen kunnen vier verschillende parameters worden geprogrammeerd in enveloppengeneratoren: Aanvalstijd, Vernietigingstijd, volume (houdbaarheidsniveau) en verval (vrijgavetijd). Deze parameters kunnen worden gewijzigd met de „Niveau“-regeling. De resulterende afkorting ADSR komt uit de vier fasen van de envelop: Attack, Decay, Sustain, Release.

De modulatie

De LFO (Low Frequency Oscillator) bestaat uit een instelbare laagfrequente oscillator. Als de VCF wordt gemoduleerd met de verschillende golfvormen van de LFO, kunnen verschillende effecten zoals wah-wah of phaser worden gecreëerd door twee filters te koppelen, bijvoorbeeld in bandpass of band-stop. Door de VCA te moduleren met sinusvormige of driehoekige LFO-signalen ontstaat een tremolo. Met een blokgolfsignaal van de LFO wordt een permanente herhaling van de toon gegeven, waardoor het zogenaamde mandoline-effect ontstaat.

Sample-and-Hold

Hier wordt met regelmatige tussenpozen een monster van een ruisend signaal genomen en als spanningsniveau geregistreerd. VCO-regeling met een dergelijk signaal zorgt ervoor dat de toonhoogte willekeurig verandert, terwijl bij VCF-regeling (spectrale modulatie) de geluiden steeds helderder en donkerder worden. Dit resulteert in een „borrelend“ of op afstand spraakgebaseerd geluid.

frequentievolger

Deze module zet de toonhoogte van een signaal om in een overeenkomstige stuurspanning. Het werkt dus precies het tegenovergestelde van een VCO.

Enveloppe Volger

Deze module zet een volume of frequentie om in een overeenkomstige spanningscurve.

Ringmodulator

Een ringmodulator vermenigvuldigt twee signalen samen. Het resulterende signaal bestaat uit de som- en verschilfrequenties van de harmonischen van beide ingangssignalen. Met eenvoudige verhoudingen van frequenties tot signalen verkrijgt men meestal ook harmonische klanken. Als er echter voor gecompliceerde frequentieverhoudingen wordt gekozen, worden er bijvoorbeeld metalen of klokachtige geluiden geproduceerd. De flexibiliteit van de RingmodulatieDe directe elektronische omzetting van eventuele geluidsresultaten maakt hem bijzonder geschikt voor LIVE-gebruik.

Resonantiefilter

Deze module wordt gebruikt voor de elektronische weergave van formanten (kenmerkende onderdelen van een geluid).

Analoge sequencers

Ze produceren automatische besturingsspanningsequenties en triggersignalen die kunnen worden gebruikt om elke spanningsgestuurde synthesizermodule aan te sturen. Analoge synthesizers kunnen ook worden aangestuurd door digitale sequencers. Deze digitale sequencers worden tegenwoordig op hun beurt weer aangestuurd door microprocessoren. Er wordt dus een onderscheid gemaakt tussen hardware- en softwaresequencers.

Een revolutie was de uitvinding van synthesizers met digitale geluidsgeneratie, aanvankelijk via FM-synthese. In principe was dit ook mogelijk met analoge oscillatoren, maar pas in de jaren zeventig werd de digitale vorm ontwikkeld. Het voordeel van dit laatste was de gemakkelijke toepassing van FM-synthese: Bij FM-synthese genereren digitale oscillatoren (zogenaamde operatoren) verschillende sinusoïdale oscillaties die elkaar afhankelijk van een geselecteerd algoritme moduleren, wat resulteert in complexe oscillatievormen. Een bijzonder kenmerk van de FM-synthese, in tegenstelling tot de destijds gangbare subtractieve synthese, was het vermogen om geluiden te produceren die bijzonder rijk waren aan boventonen en percussie.

Het patent voor de FM-synthese werd in licentie gegeven door de Japanse muziekinstrumentenfabrikant Yamaha. In 1983 verscheen de synthesizer DX7, die een revolutie teweeg moest brengen op de hele markt en in eerste instantie de analoge synthesizer verving. Het was „de“ synthesizer van de jaren tachtig, en je kunt nauwelijks een popmuziekopname uit die tijd vinden waarop geen DX7 te horen is.

Geluidsbemonstering

Een andere revolutie was de bemonstering. Bij het samplen worden natuurlijke geluiden gedigitaliseerd – gesampled. Deze digitale golfvormen vormen dan de basis van de geluidsgeneratie. De monsternemer maakte ineens mogelijk wat voorheen alleen mogelijk was met de analoge mellotron (die met magneetbanden werd bediend).

De technische mogelijkheden voor het afspelen waren in eerste instantie beperkt door de lage resolutie en de opslagcapaciteit. Peter Gabriel en Kate Bush publiceerden de eerste opnames in 1982, waarop „gesamplede“ geluiden te horen zijn. Vervolgens werd in 1985 de MIRAGE van Ensoniq gelanceerd, de eerste monsternemer die betaalbaar is voor de massa. Sampling heeft zo het geluid van popmuziek in de jaren tachtig van de vorige eeuw gevormd – tegenwoordig kunnen met de veel snellere en krachtigere computers en geluidskaarten uitgebreide samplingbibliotheken worden geladen en gebruikt voor computergestuurde muziekarrangementen.

Werkstations

In 1987 bracht Roland een synthesizer op de markt, die erg populair werd door zijn geluidsgeneratiemogelijkheden (sampling en modulatie). Even later zette KORG deze fusion-filosofie voort met hun M1: ze presenteerden een synthesizer, of beter gezegd een nieuw type, een samenraapsel van apparaten: Het „Workstation“ – Hier werden voor het eerst een synthesizer, een effectenunit, een drumcomputer en een sequencer in één apparaat geïntegreerd. Hierdoor was het mogelijk om volledige muzieksequenties te creëren in één apparaat, zonder extra externe hardware.

Fysieke modelleringssynthesizer

In het begin van de jaren negentig kwamen de eerste synthesizers met een nieuw type synthesemethode, de fysieke modellering, op de markt. De PM-synthese probeert met behulp van wiskundige beschrijvingen een „natuurlijke“ geluidsgeneratie digitaal te simuleren. Dit betekent dat men eerst berekent hoe bijvoorbeeld luchttrillingen in een trompet zich gedragen of de snaar van een viool trilt, en vervolgens een wiskundig algoritme-complex „bouwt“ dat hetzelfde resultaat zou moeten opleveren. Het resultaat heet dan waarvoor de synthesizer-omgeving emuleert – en klaar is de perfecte kopie van een natuurlijk geluid door middel van het wonder van de wiskunde.

Dit principe, dat zeker al enige tijd bekend is, kon pas worden toegepast toen het Karplus-Strong algoritme werd ontwikkeld. Krachtige digitale signaalprocessoren (DSP) waren toen nodig voor real-time berekening, maar deze waren pas eind jaren tachtig beschikbaar.

Net als bij de FM-synthese heeft Yamaha de rechten op deze synthese veiliggesteld en vanaf 1989 heeft ze dit syntheseproces samen met Stanford University ontwikkeld. De eerste synthesizer met deze techniek ging in 1994 in massaproductie. Deze techniek werd al snel gebruikt om te proberen oude analoge modellen te digitaliseren. Dit zijn onder andere de Clavia Nord Lead, het Access Virus en de synthesizers van Waldorf Music. Na de digitale synthesizerklanken van de jaren tachtig was er in de jaren negentig een renaissance van de analoge synthesizers of hun klanken, vooral met de komst van de technomuziek. Synthesizers zoals Roland’s TB-303, die eerder bijna waardeloos waren geworden, werden zo weer aanzienlijk in waarde verhoogd.

Hybride synthesizer

De meeste synthesizers zijn tegenwoordig volledig digitaal. Ze gebruiken DSP-bouwstenen voor geluidsgeneratie en de verschillende vormen van geluidssynthese worden tegelijkertijd gebruikt.

In de afgelopen jaren zijn er steeds meer zogenaamde hybride synthesizers ontwikkeld die DSP’s combineren met analoge componenten. Het concept van de hybride synthesizer dateert uit de jaren tachtig en combineert korte digitale samples of additieve golfvormen met analoge filters. Zo was Yamaha’s SY99 in staat om geladen monsters in de FM-synthese in te voeren. De resulterende golfvormen kunnen dan subtiel worden verwerkt (filters), waardoor samplers en digitale FM-synthese worden gecombineerd met subtractieve geluidsgeneratie.

Synthesizer

Tegenwoordig zijn zogenaamde „native software synthesizers“ erg populair. Door de kracht van moderne PC’s is het mogelijk om digitaal geluid te creëren op niet-gespecialiseerde processoren. Ondertussen zijn er verschillende software-synthesizers voor elk type synthese. Veel zijn emulaties van analoge historische modellen.

Deze softwaresynthesizers worden aangestuurd en afgespeeld door een masterkeyboard, padcontroller of draaiknop.