Cs. Kádár Péter - XXI. századi Diszkónika, 252. Mondd szépen, hogy áááááá!

A múlt század vége óta nem született új hangszintézis forma az elektronikus hangszerek világában. Azóta egyrészt a már meglévőket finomítgatják, másrészt egymással kombinálják össze őket.

Mégis külön szoktuk említeni a formáns szintézist, mert az ehhez a szintézisfajtához más szemlélet és felhasználási terület társul. A formáns szintézis ráadásul nagyon régi múltra tekint vissza, igaz, nem az elektronikus hangszerek, hanem a beszélőgépek területén. Ám az elektrofon hangszerek közül is ezt használta a trautonium és a subharcord (lásd a sorozat 211. részét). Az emberi hang képzésébe is belekezdtem már a sorozat 11. részében. Formáns szintézissel nagyon karakteres hangszínek hozhatók létre.

A következő ábrán néhány magánhangzó spektrumképét láthatod.

msa02

Egy trombitán két különböző hangot játszanak, de a hangszerre jellemző, jellegzetes tartományok csaknem ugyanott vannak.

msa03

Egy valódi hangforrásból származó, kitartott hang spektrumában az egyes csúcsok általában nem élesek. Kiemelkednek ugyan a háttérzajból, de egy élesen meghatározható frekvencia helyett a spektrum egy nagyobb – akár több száz Hz szélességű – területét, tartományát foglalják el. Ezeket a tartományokat nevezzük formánsoknak. A formánsok elhelyezkedése az adott hangforrás rezonanciáitól függ. Például egy bizonyos hegedű testének formánsai a hegedűtest fizikai tulajdonságaiból adódnak, attól függően, hogy az a hegedű milyen módon készült. Mivel a legtöbb hegedűnek hasonló az alakja és a belső felépítése, így a formánsai is hasonlóak. Az emberi hang képzése során a szájüreg, a torok és az orrüreg rezonátorként működik. A rezonáns tér alakjának és méretének manipulálásával (vagyis a száj és a torok alakjának megváltoztatásával) megváltoztatjuk a formánsok helyzetét a hangunkban.

A formánsok jellemzéséhez általában három adat egyidejű megadása szükséges: a sávközép-frekvencia, a sávszélesség és a hangerő. Ez megegyezik azzal, amivel a sáváteresztő szűrőket jellemezzük (lásd a sorozat 63. részét). A sávszélesség helyett gyakran a szűrő jósági tényezőjét, jóságát adjuk meg.

msa04

Erősen zajos, vagy időben gyorsan változó hangoknál nem szokás formánsokról beszélni. Ennek oka, hogy a paraméterek, elsősorban a sávközepek és sávszélességek, illetve ezek "élettartama" a gyors változások miatt nehezen, vagy egyáltalán nem határozhatók meg. A formánsok fogalmát elsősorban a már említett, időben lassan változó, nem túlságosan zajterhelt hangok leírására alkalmazzuk. Ilyen a legtöbb fúvós hangszer hangja, illetve az emberi hang magán- és zöngés mássalhangzói. A formánsok azért jelentősek, mert pl. a beszéd során az adott magánhangzó "jelentését", felismerhetőségét egyedül a formánsok hordozzák. Az, hogy egy hangzást milyen magánhangzóként értelmezünk, független az adott hang hangmagasságától. Egy magánhangzó formánsszerkezetét (és az ebből adódó hangszínt) tudatunk konkrét jelentéssel ruházza fel, s ez alapvető szerepet játszik az emberi kommunikációban. Egyes hangszerek formánsai is meghatározó szerepet játszanak az adott hangszer jellegzetes hangszínérzetének kialakításában.

Most hallgass meg néhány szerzeményt, ami formáns szintézissel készült! Az elsőt Paul Lansky alkotta, 1999-ben. A szerző a Princeton Egyetemen tanít. A szoftverfejlesztés, a hangszintézis és a kompozíciós technikák vezető úttörője.

msa05

A második „nóta” azt mutatja be, hogy válhat a beszéd zenévé. Sarah Myers kompozíciója

Carter Sholz azzal játszott, hogy a magánhangzókat a sztereó rendszer egyik, a mássalhangzókat a másik csatornájába tette.

Végül egy doromb hangját készítették el formáns szintézissel.

A formáns szintézis egyik változata a szubtraktív szintézisen alapuló (lásd a sorozat 219. részét), szűrős eljárás. Valamilyen szélessávú jelből, pl. meredek impulzusból kiszűrjük a megfelelő formánsokat.

msa06

Természetesen a sávszélesség a szűrők meredekségétől függ.

msa07

Ha használhatóbb cuccot akarunk készíteni, akkor az egyes szűrők frekvenciáját, sávszélességét (jóságát) és erősítését is külön-külön kell állíthatóvá tenni, pl. feszültségvezérelt módon.

msa08

Természetesen ezt meg lehet valósítani digitálisan is, sőt, a szűrőket jobban kézben lehet tartani. A gyakorlati megvalósítás ennél összetettebb, hiszen a formánsok egymáshoz képesti intenzitása a beszéd vagy a hangszeres játék közben változhat. Nézd meg egy klarinét hangképét különböző hangerősségeken!

msa09

E klarinét formánsai láthatók közepesen hangos (mezzoforte) és nagyon hangos (fortissimo) játék esetén.

msa10

Minél nagyobb a hangerő, annál inkább a nagyobb frekvenciájú formáns-tartomány veszi át a vezető szerepet. Az emberi hang esetén minél inkább rikácsolsz, annál inkább úgy hallják a hallgatóid, mintha magasabb lenne a hangod. Ám ennek csak egyik oka a formáns viszonyok változása. A hangerő növekedésével az alacsonyabb frekvenciájú formánsok akár el is tűnhetnek. Ezt hívják formáns ugrásnak.

msa11

A formánsoknak még számos apró tulajdonságuk van, amelyeket a szűrős eljárással nem, vagy csak nagyon nehezen lehet megvalósítani. A szűrős megoldás nem is hatékony, mert ez az eljárás a művelethez annyi szűrőt használ, ahány formánsból áll az előállítandó hang. Mivel a jó minőségű digitális szűrők műveletigénye magas, ezért – amennyiben sok formánssal dolgozunk – a módszer nagyon jelentős számítási kapacitást igényel, jól megizzasztja a processzort. Azt a módszert, ami kiküszöböli a szűrőket, a Francia IRCAM-ban dolgozták ki, és a FOF-szintézis (fonction d'onde formantique – formáns hullámfüggvény) nevet kapta. Kicsit kapaszkodnod kell most, de már oly sok mindent tudsz, hogy nem lesz elképesztően nehéz a megértése.

Képzeld el, hogy az impulzusgenerátor csak egyetlen impulzust böffent ki magából! Ez egy kattanás. Próbálj meg egy rövid „a” hangot úgy kiejteni a szádon, hogy az egy kattanással kezdődjék! (A hivatásos beszélők, pl. riporterek beszédtechnikai képzése ezzel a gyakorlattal kezdődik.) Ha megnézzük, mi jön ki a szűrőből ennek hatására, akkor megkapjuk a szűrő impulzusválaszát. Ilyesmiről is volt már szó a sorozat 83 részében, amikor az egyfülű hallás és a konvolúciós térszimulátor volt a téma. A szűrők helyett akkor a terem vagy a szoba impulzusválaszát vizsgáltuk. Most viszont a szűrő impulzusválaszát tároljuk el egy hullámtáblában. Ezt az impulzusválaszt ki is lehet számítani, tehát digitális szűrők esetében a szűrőt még a méréshez se kell megépíteni, mert nincs mérés. A hullámtáblában tárolt impulzusválasz ismételgethető, és csupán abban tér el a klasszikus hullámtábla szintézistől (lásd a sorozat 228. részét), hogy míg a hullámforma-ismétlésnél a hullámtábla időtartama megegyezik a periódusidővel, addig a FOF-szintézis során az eltárolt hullámforma időtartama független a kiolvasás periódusidejétől. Hiszen a formánsok függetlenek az alaphangtól.

Valószínűleg FOF-szintézist – vagy annak egy változatát – használták a Yamaha cég FS1R típusú szintetizátorában. Ebben az 1998-2000 között árusított, rack kivitelű, listaáron 699 angol fontért kínált szintetizátorban a fázismodulációs eljárást házasították a formáns szintézissel.

msa12

A készülékhez szerkesztő program is járt, amellyel 2 000-nél is többféle értékre állíthatók be a paraméterek. Az FS1R azon készülékek közé tartozik, amelynek az ára emelkedik a már nem gyártott eszközök piacán, és pl. 2011-ben az iPad-en futtatható szerkesztőt fejlesztettek hozzá. A készüléknek 16 oszcillátora van, kilenc burkolója, két darab modulálható, különféle karakterisztikákra kapcsolható szűrője.

msa13

A polifónia 32-szeres, a timbralitás 16-szoros.

Találtam egy ingyenes programot, amellyel magánhangzókat szintetizálhatsz.

msa14

Az alábbi linkről tölthető le:

http://www.speech.kth.se/wavesurfer/formant/

msa15

Pillanatok alatt lecsurog, aztán csak el kell indítanod. Ugyancsak gyorsan jön le a The scrooo nevű, komplett formáns szintetizátor bővítmény 2019 decemberében frissített, 1.3-as változatának telepítője innen:

https://www.fullbucket.de/music/scrooo.html

msa16

A szűrős eljárást használó, nagyon jó hangokat előállító program zip tömörítésű telepítőjében windows esetén két dll filé is van. Attól függően, hogy a hangmunkaállomásod 32 vagy 64 bites-e, ezek valamelyikét kell a munkaállomásod bővítmények (plugins) mappájába másolnod.

msa17

A felhasználói kézikönyv nagyon részletes, mindent tartalmaz, amire szükséged lehet. A szintetizátor 64-szorosan polifonikus és portamentót is tud. A portamentó két hang közötti csúszás úgy, hogy a közbeesõ hangok is megszólaljanak, de nem különüljenek el egymástól. A szintetizálás két oszcillátorral kezdődik. Három formáns készítő része van, háromféle formáns generáló móddal. Három klasszikus ADSR burkolóval tudsz jelet formálni. Sztereó erősítője van panorámázási lehetőséggel, és három LFO-ja, amely többek között AM-ben és FM-ben is tud modulálni.

msa18

A midi vezérlési lehetőség teljeskörű.