The oscillators and waveforms

The two basic qualities of an oscillator is waveform and pitch.

Pitch

The picture of the sawtooth on the Nord Lead 2X front panel displays a sawtooth during one period of sound. During this time, the wave raises gradually up to maximum level and then instantly drops back to minimum level.

Огибающие

Огибающая придаёт звуку "форму". Если огибающую применить для усилителя (который управляет громкостью), можно заставить звук, например, медленно исчезать, а затем появляться, пока нажата клавиша.

LFO

LFO является аббревиатурой низкой частотного осциллятора. Он используется для повторения изменений в звуке, таких как вибрато или тремоло.

Соединения

Есть много способов, которыми изложенные ниже модули можно соединенить в синтезаторе, но изображенный на рисунке является одним из основных и общих, используемых в Nord Lead 2X (хотя отображены далеко не все возможности этого инструмента!)

Заметьте, что горизонтальные линии указывают путь перемещения звука. Вертикальные линии указывают сигналы управления. Огибающие, например, только модулируют (управляют) осциллятор, фильтр и усилители, они не влияют на звук прямо.

Осцилляторы и формы волны

Два основные качества осциллятора — форма волны и высота тона.

Высота тона

На передней панели Nord Lead 2X изображена пилообразная волна в один период звука. В это время волна постепенно повышается до максимального уровня, а затем мгновенно падает до минимального.

The length of the period determines the pitch (frequency) of the sound. The shorter the period, the higher the pitch. If you for example make the oscillator play at a frequency of 440Hz, there will be 440 periods of identical Sawtooth waves generated per second.

Normally there are three ways to change the frequency of an oscillator:

• By making settings on the front panel. On the Nord Lead 2X for example, you have an “Oct Shift” setting for both oscillators and separate Semitone and Fine Tune adjustments for Oscillator 2.

• By playing the keyboard. The keyboard is if course connected to the oscillator so that pressing different key produces different pitches. In some cases this connection can be turned off, so that the oscillator always plays the same pitch, regardless of which key is pressed. In the Nord Lead 2X, this can be done for Oscillator 2, by deactivating “Kbd Track”.

• By Modulation. Modulation allows you to make the pitch vary “automatically”. The most common example is probably to use an LFO to make pitch go up and down, to create a vibrato. But you can also put the pitch under envelope control, or make the pitch vary with your striking force (velocity).

Waveform

The waveform of the oscillator affects its harmonic content and thereby its “sound quality” (timbre). The three most common waveforms are sawtooth, pulse wave and triangle.

Looking at the shape of a waveform tells very little about how it sounds. Instead, there’s a better way to draw it, called a spectrum. Let’s introduce some quick theory:

Mathematically, all waveforms can be considered as built from a number of harmonics, added together.

Each of the harmonics consists of a sine wave, the purest and simple waveform there is (a sine wave has no harmonics at all). In other words, if you add a number of sine waves together, each one with its own pitch (frequency) and volume (amplitude), then you can build any waveform you like.

The lowest harmonic is called the fundamental. The fundamental determines the basic pitch of the sound. If the fundamental has a frequency of 440Hz, we will perceive the entire sound as having a pitch of 440Hz.

Other harmonics are then added to the fundamental, called overtones. Normally the first overtone appears at a frequency twice the fundamental (in our example 880 Hz). The next harmonic appears at a frequency three times the fundamental (in our example 1320Hz) and so on.

In a spectral display of a waveform you can see the frequency (pitch) of each harmonic and its amplitude (level). This is done by drawing each harmonic as a line raising up from a horizontal scale.

Each line’s position on this scale indicates the harmonic’s frequency. The line furthest to the left is the fundamental, the next is the first harmonic etc. To make life easier, one usually doesn’t label the horizontal scale with frequency in Hz, but rather with the number of the harmonic.

Продолжительность периода определяет высоту (частоту) звука. Чем короче период, тем выше тон. Если, например, осциллятор играет на частоте 440 Гц, то будет 440 периодов одинаковых пилообразных волн генерируемых в секунду.

Обычно частоту осциллятора изменяют тремя способами:

• Соответствующими настройками на передней панели. На Nord Lead 2X, например, есть Oct Shift, настройка для обоих осцилляторов, и отдельные настройки Semitone и Fine Tune для осциллятора 2.

• Поиграйте на клавиатуре. Нажатие разных клавиш будет производить разные тона, если, конечно, клавиатура подключена к осциллятору. В некоторых случаях она может быть не подключена, так что осциллятор всегда будет играть тот же тон, независимо от нажатой клавиши. В Nord Lead 2X, это можно сделать для осциллятора 2, отключив "Kbd Track".

• При модуляции. Модуляция позволяет изменять тон "автоматически". Обычно LFO используют, чтобы заставить высоту тона повышаться и понижаться, для создания вибрато. Но также можно направить тон под управление огибающей, или сделать его зависимым от силы вашего нажатия на клавиши (скорости).

Форма волны

Форма волны осциллятора влияет на содержание его гармоник и тем самым на его "качество звука" (тембр). Три наиболее распространенные формы волны — пила, пульс и треугольник.

Глядя на форму волны, трудно сказать, как это звучит. Более лучший способ нарисовать это, называется спектром. Введем некоторые быстрые теории:

Математически все сигналы построены из множества гармоник сложенных вместе.

Каждая гармоника состоит из синусоиды, самой чистой и простой формы волны (синусоида вообще не имеет гармоник). То есть, если вы сложите несколько синусоид вместе, каждую со своим собственным тоном (частотой) и объемом (амплитудой), то вы можете построить любую форму, какая вам нравится.

Низшие гармоники называют фундаментальными. Они определяют основную высоту звука. Если фундаментальная гармоника имеет частоту 440Гц, то мы будем воспринимать весь звук, имеющий высоту 440Гц.

Другие гармоники, добавленные к фундаментальным — обертоны. Обычно первый обертон появляется на частоте, в два раза большей фундаментальной (в нашем примере 880Гц). Следующая — на частоте в три раза большей (в нашем примере 1320Hz) и так далее.

В спектральном изображении формы волны можно увидеть частоту (высоту) каждой гармоники и ее амплитуду (уровень). Это делается путем вырисовывания каждой гармоники в виде линии, поднимающейся от горизонтальной шкалы.

Положение каждой линии на этой шкале указывает частоту гармоники. Крайняя левая линия является фундаментальной, следующая первой гармоникой и т.д. Чтобы упростить, обычно горизонтальную шкалу маркируют не с частотой в Гц, а с числом гармоник.

The height of each line represents the amplitude of each harmonic.

If you understand the principle, you also understand that if the harmonics with high numbers have a high amplitude, the sound will be perceived as bright.

Let’s take a look at some common waveforms and their spectra.

In the illustrations below, only some of the first harmonics are displayed. In reality, waveforms like these have an infinite amount of harmonics.

Sawtooth

The Sawtooth wave has a simple spectrum. All harmonics are present in the wave, in proportional values. As you can see, the high harmonics have a fairly high amplitude, which makes this waveform sound bright.

Triangle

The triangle wave does not have very strong harmonics. Furthermore they only appear at odd harmonic numbers. The first fact makes the tone pure, a bit like a flute, and the second fact gives the sound a slightly “hollow” character.

Высота каждой линии представляет амплитуду каждой гармоники.

Если вам понятен принцип, вам также будет понятно, что если гармоники с большими числами имеют высокую амплитуду, звук будет ярким.

Давайте взглянем на некоторые общие формы волны и их спектр.

На иллюстрациях ниже показаны только несколько первых гармоник. На самом деле, формы волны, как эти, имеют бесконечное количество гармоник.

Sawtooth (пилообразная волна)

Пилообразная волна имеет простой спектр. Все гармоники присутствуют в волне в пропорциональных значениях. Как видно, высокие гармоники имеют довольно большую амплитуду, что делает звук ярким.

Triangle (треугольная волна)

Треугольная волна имеет не очень сильные гармоники. Кроме того, они появляются только в нечетных числах гармоник. Первое делает тон чистым, немного похожим на флейту, а второе придает звуку немного "​​гулкий" характер.

Pulse Wave

The pulse wave is slightly more complicated, because it is not one waveform, it is many different ones. A pulse wave is a waveform that during one period jumps once between full positive amplitude and full negative and then back. The thing that can be varied is where within the period you jump from maximum to minimum amplitude. Let’s look at three examples:

Pulse Wave (импульсная волна)

Импульсная волна немного сложнее, потому что это не одна форма, а много разных. Импульсная волна — это сигнал, который в течение одного периода скачет один раз между полной амплитудой положительной и полной отрицательной, а затем обратно. То, что может изменяться в период скачка от максимальной до минимальной амплитуды. Рассмотрим три примера:

In the first, the jump happens 5% in from the beginning of the period. This is referred to as a pulse wave with a 5% pulse width (sometimes called duty cycle). The second wave has a pulse width of 10%. The third wave has a pulse width of 50%.

This third wave is a special case of the pulse wave, called a square wave, and this has one peculiarity, it only contains odd number harmonics, which gives it a “hollow” quality.

On many synthesizers (including the Nord Lead) the pulse width can be adjusted, to set the timbre of the pulse wave. The more narrow the pulse width, the more “thin” the sound will be.

You can also have the pulse width vary continuously, for example from an LFO or envelope. This is referred to as pulse width modulation. Modulating pulse widths from an LFO creates a rich, chorus-like effect often used in “string” sounds.

Дата добавления: 2015-10-30