A tömegkultúrával foglalkozó szociológusok többsége arra a következtetésre jutott, hogy az ilyen mérföldköveknek nemcsak technikai, hanem társadalmi okai is vannak. A beat/pop/rock kezdeti, és kb. a múlt század hetvenes éveinek elejéig tartó időszaka a szülők, nagyszülők ízlésvilágával, a komformizmussal, a változatlansággal, az anyagi javak mértéktelen halmozásával és fogyasztásával szembe forduló, dinamikus, meleg hangzásé volt, amely cselekvő közösségeket hozott létre vagy támogatott, s amelynek zeneileg legkifinomultabb ága a progresszív rock. A 2. világháborút követő, több évtizeden keresztül tartó gazdasági fellendülést azonban a mai napig tartó válság követte, az együttlét, a tiltakozás, a nyitottság világát a minden korábbinál nagyobb és rémisztőbb elmagányosodás, elszigetelődés, befelé fordulás, kényszerű beilleszkedés és az egyre hangosabb, ám fémes hangok – cinek, harangok, jól megzengetett dobok – váltották föl.

Bizonyára nem volt tudatos, de nagyon jól mutatta ezt a váltást a napjainkig népszerű és mindig újjászülető Yamaha DX7 és annak számos változata. Ám addig el kellett jutni. Akkor most hallgass meg néhány nótát, amelyekben DX7 vagy DX7 is szól!

A korai analóg additív és szubtraktív szintetizátorokkal két alapvető probléma volt. Az egyik, hogy még kísérletezgetve is igen nehezen lehetett a már létező hangszerek hangjához hasonlót kicsikarni belőlük, mert a hagyományos ADSR ehhez egyrészt kevés szakaszt tartalmazott, másrészt főként a tranziens szakaszokat nem lehetett eléggé finommá tenni a költségek növelése nélkül. Ha mégis, akkor viszont a zaj nőtt meg, miközben a cucc egyre ingatagabbá, instabilabbá vált. Az ADSR több szakaszra bontására példa a DAHDSR.

Ezt az eljárást használták pl. a Moog Sub 37 nevű hangszerben is, nem mellékesen, ez egy csaknem kezelhetetlen cucc volt.

A másik a polifónia nehézkes megvalósítása volt. S itt tette be a lábát először a digitális technika. A hangok alapját képező elektromos rezgéseket még analóg oszcillátorok állították elő, de a szintetizátor vezérlése már bitekkel történt. A digitális polifónia-vezérlés és a midi szinte egyszerre köszöntött be. A midiről külön részek fognak szólni, a polifóniáról annyit, hogy a billentyűkből az alájuk szerelt diódák segítségével olyan rendszert fejlesztettek ki, amelyet egy mikroprocesszor nagy sebességgel állandóan végignéz. Azt vizsgálja, mely billentyűk vannak lenyomva. Az éppen aktuális helyzetet egy belső "adminisztrációs” rendszerben tárolja. Annál nagyobb fokú polifóniát lehet megvalósítani, minél több oszcillátor van a szintetizátorban. Ha egy billentyűt felengedünk, akkor a mikroprocesszor törli az ahhoz tartozó bejegyzést. Ha lenyomunk egy billentyűt, akkor az első szabad oszcillátorhoz irányítja az ahhoz tartozó vezérlő feszültséget, amit szintén digitálisan állít elő a hangszer, és ezzel egyidejűleg elindítja az ADSR-t is. Ezt addig lehet csinálni, ameddig van szabad oszcillátor. Ha nincs már egy sem szabadon, akkor azt mondjuk, hogy elfogyott a polifónia. Ekkor a rendszer a legkorábban birizgált oszcillátort leállítja, és a vezérlés az új hangot szólaltatja meg rajta.

Ugyanígy oldható meg a multitimbralitás, vagyis az, hogy a billentyűzetet két vagy több részre osztjuk, hogy egyidejűleg több, eltérő hangszínű hang szólalhasson meg. Ilyenkor a processzor még azt is nézi, hogy az adott billentyű melyik hangszínhez tartozik.

A fő problémák azonban nem szűntek meg, túl bonyolult, macerás megoldások helyett olyan szintézist kellett keresni, amely kevesebb erőforrást igényel, sokkal több szolgáltatást nyújt és megbízhatóbb. S bár a mindig gyanús legenda szerint a véletlennek köszönhető a felfedezés, ez nem a teljes igazság. Egy új fogalommal kell megismerkedned, amit szögmodulációnak hívnak, és egyből rá fogsz jönni arra, hogy valójában nincs ebben semmi új, csak a ködgépet indította be anno a marketing.

A 20. század első harmadában, amikor arra keresték a választ, hogy hogyan lehet folyamatosan változó információt továbbítani a rádióhullámok segítségével, rájöttek arra, hogy egy szinuszos rezgésnek, amit vivőnek vagy hordozónak hívunk, bármelyik paraméterét változtathatjuk a moduláló jellel. Ha a nagyságát, akkor amplitúdó modulációról beszélünk, ha frekvenciáját vagy a fázisát, akkor szögmodulációról. Ez utóbbi kettő azért kapott közös nevet, mert az eredő, modulált jel nagyon hasonlít egymáshoz. Olyannyira, hogy ha szinuszos a vivő is meg a moduláló jel is, akkor az eredmény kis eltéréssel ugyanaz. Ha a vivő frekvenciájának változása a moduláló jel nagyságával arányos, akkor beszélünk frekvenciamodulációról, röviden FM-ről.

Ha a vivő fázisának a változása arányos a moduláló jel nagyságával, akkor beszélünk fázismodulációról, röviden PM-ről, mert angolul nem fázist, hanem phase-t írnak.

A két modulált jel között nincs egyből látható különbség, azt persze én sem értem, miért van az egyiken felül, a másikon alul a modulált jel. A kétféle eljárást persze ugyanazon az ábrán célszerűbb összehasonlítani.

A fázismodulált jel akkor a legsűrűbb, amikor a moduláló jel amplitúdója 0 (piros vonalak), a frekvenciamodulálté pedig akkor, amikor a moduláló jel pozitív értéke a legnagyobb (kék vonalak). Ez azt is jelenti, hogy a PM jel FM jellé, az FM jel pedig PM jellé transzformálható, hiszen a nagyságuk és a periodikusságuk ugyanolyan. Az, hogy mikor használunk PM-et és mikor FM-et, rendszertechnikai és áramköri kérdés. Ahhoz viszont, hogy bármelyiket is használhassuk, még további néhány fogalmat kell meghatároznunk és rövidítéssel írnunk, utána már könnyebben lehet fogalmazni.

A vivő jel frekvenciáját f_v-vel, a moduláló jel frekvenciáját f_m-mel jelöljük. Frekvenciamoduláció hatására a vivő frekvenciájának változása annál nagyobb, minél nagyobb a moduláló jel amplitúdója. Ezt a változást szemléletesen frekvencialöketnek nevezzük, a moduláló jel „meglöki” a frekvenciát. Azonban csak az egyik irányba történő változást vesszük figyelembe, ami érthető, mert a lökés – sűrűsödés-ritkulás – szimmetrikus. A frekvencialöket jele: ΔF.

A modulációs index jele β; ez a frekvencialöket és a moduláló jel frekvenciájának a hányadosa: β = ΔF/f_m. E két fogalmat még tudós emberek is keverni szokták. Tehát még egyszer: a löket csakis a moduláló jel nagyságától függ; minél erősebb a moduláló jel, annál nagyobbat lök a vivőn. A modulációs index azonban függ a moduláló jel frekvenciájától is.

A fázismodulációs fogalmak az FM-étől abban különböznek, hogy fázislöketről beszélünk, amelynek a jele ΔΦ, a modulációs index értéke pedig β = ΔΦ/f_m.

A modulációs indexet nem bosszantásból találták ki, hanem azért, mert a szögmodulált jel spektruma nagyon meghökkentő. Azt gondolhatnánk, hogy egy adott frekvenciájú szinuszos vivő két oldalán – a vivőtől egyenlő távolságra – megjelenik egy-egy összetevő. Ha pl. f_v=1 000 Hz, f_m=10 Hz, akkor egy 990 Hz-es és egy 1 010 Hz-es összetevőnk lesz. Valójában ez nem így van; mert a szögmodulált jel spektruma végtelen, a moduláló jel és a modulált jel mindenféle összege és különbsége, de az összetevők nagysága függ a modulációs indextől. Ha a modulációs index kicsi, akkor valóban csak két összetevő látszik.

Minél nagyobb a modulációs index, annál több az értékelhető összetevő.

Az egyes összetevők és azok nagysága hozzávetőlegesen ki is számítható, ha a moduláló jel és a vivő tökéletes, de lusta vagyok ismét megtanulni, hogy milyen is az első fajú Bessel függvény – nem mintha ez volna matekból az agyhalál. Inkább nézd meg, hogyan változik egy FM jel hullámformája és spektruma a modulációs index függvényében!

Ha tehát változik a modulációs index, akkor változik a modulált jel összetétele is, ami hallható hang esetében hangszínváltozást jelent. Ezt már kb. 80-90 éve tudják a modulációval foglalkozók, mégsem lett e tudásból szintetizátor. Illetve, a már többször emlegetett Buchla moduláris szintetizátora FM szintézist is tartalmazott.

A vibrátó is FM, és itt kerül a képbe John M. Chowning, aki rájött arra, hogy hogyan lehet szögmodulációval hangszerek hangját szintetizálni.

A pasi zeneszerzőként buzerálta a kaliforniai magánegyetem, a Stanford elektronikus zenei laboratóriumának számítógépeit. A Stanford már indulásakor, 1891-ben koedukált volt, s talán ez a tény, a lányok közelsége nem kényszerítette Chowningot arra, hogy a tengerparton csajozzon. (Nem mellékesen jelzem, hogy az egyetemen az évi tandíj kb. 50 rongy, dollárban.)

Inkább megtanult programozni, ami abban az időben nem volt olyan egyszerű, mert a speciális, a zeneszerzést megkönnyítő programokat éppen csak fejleszteni kezdték. Chowning az akkori legfejlettebb un. magas szintű programnyelvet, az ALGOL-t (ALGOrithmic Language) tanulta meg, és lyukkártyás gépeket használt. Az ALGOL alapjáraton nem nehéz nyelv, de nekem eszembe nem jutott volna muzsikálni vele. Chowning azonban vérbeli muzsikus volt. Hallgassad hát meg az egyik szerzeményét, ami jól mutatja, hogy modern szomorú zene sokkal inkább a hangszínek gazdagságára, mintsem a fülbemászó dallamok csábítására hajaz.

Chowning egyik első felismerése az volt, hogy ha a vibrátó frekvenciája egyre nagyobb, akkor egy ponton a vibrátó hatás megszűnik, és valami egészen más lesz belőle.

A másik felismerés – és ez már érdemibb volt –, hogy ha a modulációs indexet változtathatóvá teszi az ADSR-hez hasonló burkolóval, akkor hangszerszerű hangokat tud előállítani.

A két felismerésből született meg a szabadalom. Ennek alapegysége az operátor, mert Chowning a számítástechnikában szokásos kifejezéseket használta.

Az oszcillátor vezérlése analóg esetben valamilyen feszültség, digitális változatban midi. Ezzel a vezérléssel állítható be az oszcillátor jelalakja és frekvenciája. Az erősítő határozza meg az ADSR nélküli modulációs indexet, az ADSR pedig – ahogy eddig is – a jel időbeli változását.

A szögmodulációhoz legalább két operátorra van szükség. Az egyik a moduláló jelet állítja elő, a másik a vivőt.

Az egyes operátorok közötti kapcsolatot szintén a számítástechnikából kölcsönözve, algoritmusnak nevezték el. Nem kicsit nagyképű a dolog. Lehet olyan algoritmus, amikor két vagy több moduláló egység birizgálja a vivőt.

Meg olyan is lehet, hogy az operátorok egymás után kapcsolódnak. Ekkor az alábbi ábrán a baloldali operátor modulálja a középső operátort, ami a baloldali operátor szempontjából egy modulált vivőt állít elő. Ez a vivő a jobboldali operátor számára modulátor, ami ezt a harmadik operátort modulálja.

A következő változatban két szál párhuzamosan fut, a végén összegző áramkör van, de ezt nem szokták jelölni, úgyis érti, aki érti. Ameddig erre rájöttem…

Az alap algoritmusok közé tartozik a visszacsatolás, vagyis az, hogy valamelyik operátor kimenetét visszavezetjük önmaga vagy egy másik operátor bemenetére. Ez a módszer a visszacsatolt operátor jelének meredekségét növeli, élesebbek lesznek a tranziensek, ami az ütős hangszerek szintetizálásának kedvez. Chowning képzett ütőhangszeres muzsikus volt, nem véletlenül ez izgatta őt legjobban.

Ha el akarsz mélyülni a részletekben, akkor bökj a linkre!

https://web.eecs.umich.edu/~fessler/course/100/misc/chowning-73-tso.pdf

Ezt a rendszert hat esztendőn keresztül történő finomítgatás után a Stanford egyetem levédette, és megpróbálta felhasználói jogokat eladni. Elsőként a Hammondnál próbálkoztak, de a régi jó ismerős egyből elzárkózott. Aztán sorra a többieknél, pl. a Wurlitzernél. A Stanfordhoz küldött technikusok nem sokat értettek a digitális technikához, a kifejezéseket sem ismerték, és nem tudták elképzelni a sorozatgyártást. A Stanford már-már feladta az értékesítés gondolatát, amikor a Yamaha (amely akkoriban csak egy kis ügynökséggel rendelkezett az Egyesült Államokban) egy fiatal, kezdő mérnököt küldött az egyetemre. A pasas később a Yamaha elnöke lett, majd 2 000-ben, amikor majdnem csődbe ment a cég, lemondott – de ez egy másik történet. 1974-ben tehát a Yamaha megvásárolta a szabadalom felhasználásának kizárólagos jogát, és Chowning–ot is szerződtetve, gyártható terméket kezdett fejleszteni a szögmoduláció alapján. Az első piaci próbálkozás nem is a Yamaháé volt, hanem a New England Digital Corporation gyártotta Sinclavieré.
A cucc 41 685 dollárba került, 20 db-ot gyártottak belőle, és additív szintézist is használt. A Stanford perelt, ettől kezdve a New England licencdíjat fizetett.

A Sinclavier II többet tudott, de az is sokba fájt.

A Yamaha első fázismodulációs szintézisen alapuló hangszerei sem váltották ki a piac dicséretét. Kb 15 ezer dollárért mérték őket.

A Chowningnak szóló 1981. évi jelentésben a Yamaha fejlesztési részlege egyértelművé tette az új célt: "A jobb eladások elérése érdekében a következő modellünk nem az elektronikus zongora fejlesztése, hanem egy új, vonzó billentyűzettel jellemezhető eszköz lehet."

Két év múlva, 1983. májusában, elérkezett a nagy pillanat. Az induló ár 1 995 dollár volt.