EG a LFO

Syntetizéry: mýtus, nebo hračka? Ať to kmitá, ať to pulzuje.

Cestu zvuku už máme zmapovanou, dnes se zaměříme na podpůrné obvody, které zvuk dotvoří a muzikantovi umožní výrazově obohatit hru glissy, vibráty, či jinou změnou atributů průběhu tónu.

Technicky vzato se v různých modulech vyrobí potřebné průběhy napětí, které pak můžeme poslat na napěťové vstupy VCO, VCF, nebo VCA. Ony různé moduly lze rozdělit na generátory neperiodického (EG) a periodického (LFO) průběhu.

EG (envelope generator)

EG neboli generátor obálky je obvod generující neperiodický průběh signálu. Používá se zejména pro nastavení základního hlasitostního průběhu tónu – jednoho ze čtyř hudebních parametrů tónu. Činnost EG se spouští stiskem klávesy a jeho průběh se vykoná pouze jednou. Generování tvaru EG je rozděleno do několika fází, které se provádějí postupně; určitý úsek se začne vykonávat až po dokončení předchozího. Pro větší názornost se podívejme na obrázek EG – envelope generator. Zde najdeme základní průběh generátoru obálky ADSR, jehož ovládání se v 70. létech minulého století ustálilo na čtyřech základních parametrech.

Attack (náběh): Po stisku klávesy začne úroveň vzrůstat a po čase určeném parametrem Attack dosáhne maximální hodnoty. Attack je časový parametr a většinou se udává v sekundách.

Decay (pokles): Po vykonání fáze Attack dochází k poklesu úrovně signálu za čas Decay na úroveň Sustain. Decay je také časový parametr nastavitelný v sekundách.

Sustain (držení): určuje úroveň, na niž signál poklesne během druhého úseku za čas určený parametrem Decay. Pokud hudebník drží klávesu stisknutou i po dosažení této úrovně, EG už negeneruje žádné změny a setrvává na úrovni Sustain. Hodnota parametru se udává v procentech nebo jiných jednotkách určujících úroveň od minima po maximum.

Release (uvolnění): Po puštění klávesy dochází k poklesu úrovně na nulu. Tímto parametrem se dříve simulovalo doznívání nástroje nebo dozvuk okolního prostředí. Release je třetí časový parametr a většinou je cejchován v sekundách.

Je dobré si uvědomit, že k puštění klávesy může dojít v průběhu jakékoli fáze EG, a že tedy vykonání Release nemůže být závislé na dokončení jakékoli jiné fáze. Jednou může Release začít z maximální úrovně, jindy z minimální (kdy fakticky vůbec neproběhne).

Dříve parametry Attack, Decay a Release určovaly de facto úhly, pod nimiž jednotlivé fáze probíhaly. Změny úrovní určovalo nabíjení a vybíjení kondenzátoru. Pokud byla např. hodnota Sustainu 90 %, fáze Decay proběhla velmi rychle. Pokud byl ale Sustain 0 %, úsek Decay trval desetkrát déle. S příchodem digitálních syntetizérů se většina výrobců přiklonila k udávání hodnot těchto parametrů v sekundách.


Variace EG: Bystrý čtenář se jistě dovtípil, odkud se vzal název ADSR. Časem se ale od tohoto označení upustilo, protože s vývojem syntetizérů došlo i k obohacování EG o nemalé množství dalších parametrů.

Více segmentů: Na obr. EG – vícesegmentový EG je příklad generátoru obálky s větším počtem jednotlivých úseků. V podstatě došlo k rozdělení celého průběhu na více úseků. Každý sestává z dvojice čas T (time) a úroveň L (level). Stejně jako u klasického EG se začne konkrétní segment vykonávat až po dokončení předchozího. Někdy se určité skupiny úseků sdružovaly do sekcí zhruba odpovídajících fázím ADSR. Pomocí vícesegmentového EG jde nastavit téměř jakýkoli složitější průběh.

Tvar průběhu: Pro zjednodušení jsme v grafech uváděli lineární průběhy jednotlivých fází. Každý elektrotechnik ale ví, že kondenzátor se nabíjí logaritmickým průběhem a vybíjí po exponenciální křivce, což je z hlediska znění tónu přirozené. Proto některé EG nabízejí i volbu tvaru průběhu jednotlivých fází. Většinou je k dispozici logaritmický, lineární a exponenciální průběh. Viz. obr. EG – tvary průběhů.

Smyčkování: Dalším vylepšením může být opakování celého průběhu EG nebo jen některé jeho části. Počet opakování jde přesně stanovit, nebo může opakování trvat, dokud nedojde k uvolnění klávesy. Tím se sice lehce vlamujeme do hájemství LFO, ale např. pro simulaci tremolla drnkacích a perkusních nástrojů (mandolína, balalajka, banjo, vibrafon, …) není přirozenější cesty.

Řízení parametrů: Pro dosažení přirozenosti znění tónu nebo variability hry lze měnit jednotlivé fáze EG pomocí jiných parametrů. Častým je KeyTrack – změna časů EG z klaviatury. Nižší tóny časy prodlužují, vyšší průběh EG zrychlují. Další z mnoha možností je např. řízení Attacku pomocí dynamiky hraní. Tiché tóny mají pomalejší nasazení tónu, ale silně hrané tóny se ozvou okamžitě. Oba příklady jsou znázorněny na obr. EG – envelope generator.


LFO (low frequency oscillator)

LFO neboli generátor nízkých kmitočtů je obvod generující periodický průběh signálu o frekvenci pod hranicí slyšitelnosti (0,1 - 20Hz). Používá se zejména pro výrazové prostředky hudebníkovy hry, jako je vibráto, tremollo a další. Na obrázku LFO - low frequency oscillator je blokové schéma generátoru. Základní parametry LFO jsou:

Shape (tvar): Pomocí něj můžeme nastavit tvar výstupního signálu. Většinou se jedná o základní průběhy typu sinus, obdélník, trojúhelník a pila. Šum není třeba generovat, zato ale některé LFO bývají vybaveny jeho nízkofrekvenční obdobou – Sample&Hold. Už název napovídá, že se jedná o náhodně generované úrovně (dříve skutečně vzorkované z generátoru šumu). Používaly se pro vytváření náhodných „melodií“ nebo opakujících se náhodných změn barvy či hlasitosti. Některé příklady tvarů generátoru jsou na obrázku LFO.

Frequency: nastavení kmitočtu LFO. Rozsah parametru se pohybuje v rozmezí 0,1 - 20Hz, i když některé LFO mohou dosáhnout i slyšitelných frekvencí a nabízet tak zajímavé efekty.

Delay (zpoždění): U akustických nástrojů nebo zpěvu nezačne hudebník vytvářet vibráto nebo tremollo už od nasazení tónu. Parametr Delay určuje, za jak dlouho od stisku klávesy začne LFO kmitat.

Gate: Některé LFO nabízejí možnost synchronizace s klaviaturou. Stisknutím klávesy se spouští i LFO, který tak začne generovat tvar od jeho počátku. Sinus a trojúhelník z nuly, sestupnou pilu a obdélník od jejich nejvyšší úrovně apod.


Kontroléry

K oživení klávesákovy hry slouží různá tlačítka, kolečka, páčky, pedály a potenciometry, které označujeme souhrnným názvem kontroléry. Kontrolérem se rozumí mechanické zařízení, jehož stav se vyhodnocuje a takto vzniklá hodnota pak může sloužit jako zdroj modulace. Obecně lze kontroléry rozdělit do dvou skupin:

Spínací kontroléry: jsou tlačítka, spínací pedály a jiné ovládací prvky, které mohou nabývat pouze dvou stavů. Nejpoužívanějšími jsou pedály typu sustain, sostenuto, přepínač leslie slow/fast a jiné. U levnějších nebo jednoúčelových klávesových nástrojů bývají pevně nastaveny; u pián většinou sustain, u Hammondek ovládání rychlosti leslie apod. U moderních syntetizérů fungují jako obecné spínací kontroléry, jejichž hodnotu lze přiřadit libovolné funkci.

Průběžné kontroléry: Jedná se především o volume a expression pedály, PitchWheel, modulační kolečko, joystick, tahové kontroléry, drawbars Hammondek, dechový kontrolér, ribbon, aftertouch (přítlak klávesy) a další, jejichž hodnota se chová jako spojitá veličina. Jak už názvy napovídají, využívají se ke změně hlasitosti, ladění (gliss), ovládání hloubky periodické modulace (vibráto, tremollo), nastavení hlasových řad Hammondek a pod.

Směšovače ovládacích signálů

U pokročilejších syntetizérů, které nabízejí více EG, LFO i připojení několika kontrolérů, se většinou dají využít kombinace více zdrojů modulace. Ke sloučení několika modulačních signálů mohou sloužit směšovače ovládacích signálů. Modulační signály jde sčítat, odčítat, nebo lze na jejich kombinaci použít nějaký jiný algoritmus. Kupříkladu otevření filtru jde současně řídit průběžným pedálem i modulačním kolečkem. Nebo je možno ladění VCO ovládat otočným kontrolérem pouze při stisknutém sustain pedálu. Možnosti a kombinace jsou obrovské.

Příště

Hurá! Právě jsme probrali všechny moduly subtraktivního syntetizéru. Na obrázku Subtraktivní syntetizér se můžeme podívat na kompletní blokové schéma subtraktivního syntetizéru se třemi VCO, dvěma VCF, LFO i EG. Nu a příště probereme samplery.

EG - envelope generator
LFO - low frequency oscillator
Subtraktivní syntetizer