Basic Synthesizer เรียบเรียงมากจากหนังสือ ComMusic [ ภาษาไทย ]

.:: Basic Synthesizer ::.

(A) Voltage Control Oscillator (VCO)

(B) Voltage Control Filter (VCF)

(C) Voltage Control Amplifier (VCA)

(D) Envelope Generator (ENV)

(E) Low Frequency Oscillator (LFO)

-----------------------------------------------------------------------------------------------

(A) Voltage Control Oscillator (VCO)

          หน่วยนี้ทำหน้าที่กำเนิดเสียง เรียกว่า Oscillator ซึ่งจะให้กำเนิดเสียง ที่มีเอกลักษณะต่างกันซึ่งคือ “Wave Form” ต่างๆ

SINE

SQUARE

TRIANGLE

SAWTOOTH

          ระดับเสียง (PITCH) หรือโน๊ต ที่ VCO จะส่งออกมา ขึ้นอยู่กับค่าของ Voltage ที่จะส่งมาจาก Keyboard เราเรียกค่านี้ว่า CV (Control Voltage) เมื่อเล่น Key สูง Voltage ที่ส่งไป VCO ก็จะมีค่าสูง ดังนั้น Frequency ของเสียงจึงถูกกำหนดโดยตรงด้วยค่าแรงดันไฟฟ้า เรายังสามารถปรับเปลี่ยนแรงดันไฟฟ้านี้ได้นอกเหนือไปจากการใช้ Keyboard (ซึ่งส่งแรงดันที่แน่นอนสำหรับโน้ตที่คงที่) ด้วยการใช้วงจรอื่นเช่น LFO, PITCH, BEND, PORTAMENTO (หรือ Glide), ENV

VCO ที่ให้กำเนิด Wave Form ในแบบต่างๆ โดยทั่วไปมีรูปแบบมาตรฐานดังนี้

          1. Sine Wave สมมุติเสียง Sine Wave ที่ระดับเสียงที่ Middle A=440Hz หมายถึงมันมี Frequency ในการสั่นในอากาศ 440 รอบต่อวินาที

          2. Sawtooth Wave มีลักษระของเสียงใส (Bright) เหมาะที่สำหรับการสร้างเสียงประเภทที่มีความคมใสแต่แน่น เช่น เสียง BRASS

          3. Square Wave ลักษณะเสียงของมันจะฟังดูกลวงๆ ฟังดูคล้ายเครื่องประเภทที่ใช้ลิ้นเช่น OBOE หรือ CLARINET

ลักษณะคลื่อนเป็นรูปสี่เหลี่ยม จากโครงสร้างของมันจะเห็นความถี่หลัก (Fundamental) และ Harmonic ของความถี่เล็กน้อย บางระบบเราสามารถเปลี่ยนรูปร่างของ Square ได้ เรียกอีกอย่างว่า Pulse ซึ่งสามารถปรับขนาดความกว้างและแคบของรูปคลื่นได้

          4. Triangle Wave มีความคล้ายคลึงกับ Sine Wave มาก มีความใสกว่าเล็กน้อย เนื่องจากมีความถี่ประกอบอื่นผสมอยู่บ้างนิดหน่อย

          5. Noise อย่างที่กล่าวไว้ในเยื้องต้นเรื่องเสียง มันเหมือนกับการผสมผสานปนเปของทุกความถี่แบบไม่มีระเบียบ Synth บางเครื่องรวมหน่วยวงจรนี้ไว้ใน Oscillator ด้วย บางเครื่องก็แยกมันไว้ต่างหาก ซึ่งมักจะเรียกว่า “Noise Generator” มันฟังดูคล้ายกับเสียงซ่าที่คุณได้ยินเสียงจากวิทยุที่รับคลื่นไม่ได้นั่น แหละ แต่อาจจะดูเท่ห์เมื่อเอามาใช้งาน

Noise แบ่งออกเป็น 2 ชนิดด้วยกัน คือ

          1. White Noise ซึ่งเปลี่ยนแปลง Frequency ของมันแบบสุ่มไปเรื่อยๆ (Random) ส่วนอีกชนิดคือ

          2. Pink Noise ให้ความถี่ด้านต่ำที่เปลี่ยนแปลงมากกว่า มักจะถูกใช้เพื่อสร้างเสียงเอฟเฟค เช่น เสียงลม, พายุ

ในยุคแรกๆ มักนิยมสร้างเสียงเช่น Percussion หรือ Electronic Drum ด้วย Noise ก่อนที่จะมี Sampler

-----------------------------------------------------------------------------------------------

(B) Voltage Control Filter (VCF)

          หน่วยนี้ทำหน้าที่รับเสียงที่ได้จาก VCO มาเปลี่ยนรูปร่างของมันใหม่อีกทีหนึ่งโดยการปรับลักษณะของ Tone คล้ายกับการทำงานของปุ่มปรับทุ้มแหลมบนเครื่องเสียง
ทั่วไปแบ่งออกเป็น 3 ชนิด คือ

1. Low Pass Filter (LPF) เป็น Filter ชนิดที่ใช้กันอยู่ทั่วไปและพบเห็นบ่อยๆ มันจะทำการเอา Frequency สูงออกจากเสียง ในอัตราที่มีหน่วยกำหนด = db/octive โดยทั่วไปมักจะมีอัตรา 12db/Oct และ 24db/Oct นื่องจากเสียงที่ปล่อยผ่าน VCO ออกมานั้นไม่สามารถควบคุมได้ในกรณีที่เราต้องการให้เสียงนั้นใสมากน้อยแค่ ใหน การทำงานของ Filter แม้จะเปรียบเทียบได้กับ Tone Control ในเครื่องเสียงทั่วไปก็จริง แต่หลักการนั้นต่างกัน ตัวกำหนด ตัวกำหนดหลักอยู่ทีในภาค VCF นี้คือ Cut-Off Frequency ในแต่ละเสียงมีความต้องการความใสต่างกันซึ่ง Filter สามารถเปลี่ยนสีสันของเสียงได้

2. High Pass Filter (HPF) หลักการตรงกันข้ามกับ LPF คือเอา Frequency ต่ำออก ปล่อยให้สูงผ่านไปซึ่งโดยปกติแล้วใช้งานน้อยกว่า LPF จะทำให้เสียงเกิดความใสจนกระทั่งบางเฉียบ

3. Band Pass Filter (BPF) เป็นการผสมกันของทั้ง LPF และ HPF จะทำการกำจัด Frequency ทั้งสูงอละต่ำออกเหลือแต่ช่วงกลาง ทำให้เกิดเสียงบางมากๆ

f1 = Cut-off Frequency

- Cut-Off Frequency คือหน่วยสำคัญในภาค Filter ที่จะเป็นตัวกำหนดจุดที่จะเริ่มกำจัดเอา
Frequency ออกไป แสดงให้เห็นในภาพเพื่ออธิบายได้ชัดเจนมากขึ้น
ในกรณีของ LPF ยิ่งกำหนดจุด Cut-Off ต่ำลง Freq ที่ถูกเอาออกก็ยิ่งมากขึ้นทำให้เกิดเสียงทุ้มนุ่มกว่า
ในทางกลับกันยิ่งกำหนดจุด Cut-Off สูงขึ้นเท่าไหร่ จุดเริ่มที่จะกำจัด Freq ออกก็ยิ่งอยู่ในช่วงความถี่สูงขึ้นไปอีกทำให้เสียงใสและแหลมกว่า ถ้าจุดตัดที่ว่านี้ต่ำกว่า Fundamental ของมัน เราก็จะไม่ได้ยินอะไรเลยเนื่องจากถูกกำจัดออกหมด

- Resonance เป็นผลรวมของ Output จาก Filter ซึ่งป้อนกลับเข้ามาใหม่ และยก Freq บริเวณรอบๆ
จุดตัด Cut-Off ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงเพิ่มขึ้นอีก

-----------------------------------------------------------------------------------------------

(C) Voltage Control Amplifier (VCA)

          เหมือนกับ VCO และ VCF ที่ควบคุมแรงดันไฟฟ้า (Voltage) VCA ควบคุมความดังของเสียง

(Volume) โดยรับเสียงผ่านทาง GATE หรือถูกควบคุมรูปร่างของ Amplitude โดย ENV แต่ละเสียงจะมีเวลาอันเป็นลักษณะเฉพาะต่างกัน เมื่อเรากดคีย์บน Piano (Key On) เราจะได้ยินเสียงกระแทกและใสและมีความดัง จากนั้นจะค่อยหายและจางไป หน่วยนี้เข้ามาควบคุมหน้าที่นี้เรียกว่า Envelope Generator

-----------------------------------------------------------------------------------------------

(D) Envelope Generator (ENV)

          เป็นหน่วยที่ทำการควบคุม Voltage Output เมื่อได้รับสัญญาณ Trigger จาก Keyboard เมื่อกด Key นอกเหนือจากการที่ Keyboard จะส่งค่า Voltage ของ Pitch หรือโน้ตมาสู่ VCO อย่างที่กล่าวแล้วข้างต้น Keyboard ยังทำการส่งสัญญาณเสมือนกับการเปิดสวิทซ์ให้กับ ENV เพื่อทำการปรับเปลี่ยนรูปร่างของสัญญาณเสียงและความดังอีกครั้ง โดยการป้อนค่า CV เข้าสู่หน่วย VCA หรือหน่วย VCF หรือทั้งสอง Envelope Generator ประกอบด้วยส่วนสำคัญ 4 ส่วน คือ ATTACK, DECAY, SUSTAIN. RELEASE เรียกโดยรวมว่า ADSR เมื่อเราใช้ ENV ควบคุมหน่วย Filter มันจะทำการควบคุม Shape ของ Filter และเมื่อใช้ควบคุม VCA มันก็จะควบคุมลักษณะความดังของเสียงนั้น

1. Attack Time เป็นค่าแรกในหน่วย ENV มีผลเมื่อเริ่มกด Key (Key On) มีหน่วยเป็นเวลา = วินาที
(SEC) โดยเริ่มจาก 0 หมายถึงเงียบไปจนถึงดังเต็มที่ เช่นเมื่อคุณตั้งค่าสูงสุดของ Attack Time (สมมุติว่า = 2 วินาที) เมื่อคุณกดคีย์เสียงจะค่อยๆ ดังขึ้น (Fade) จนกระทั่งครบ 2 นาที เสียงก็จะดังเต็มที่ (ตามอัตราของค่าถัดไป) เสียงแต่ละเสียงมีความต่างกัน บางเสียงก็มีค่า Attack โดยเฉพาะเครื่องดนตรี Acoustic ส่วนมาก

2. Decay Time เมื่อเริ่มกด Key และเสียงเริ่มดังขึ้น (หลังผ่านค่าที่กำหนดโดย Attack Time แล้ว) เมื่อกดคีย์ค้างไว้เสียงก็อาจจะค่อยๆ เบาลง จนกระทั่งจางหายไป (หากค่า Sustain=0) ยกตัวอย่างเสียง Piano ซึ่งเมื่อกดคีย์ เสียงจะเริ่มที่ความดังมาก จากนั้นก็ค่อยๆ เงียบลง ลักษณะนี้เรียกว่า Decay หน่วยนี้อัตรากำหนดเป็นวินาทีเช่นกัน เครื่องดนตรีประเภท Percussive จะมีคุณสมบัติเช่นนี้

3. Sustain Level เป็นค่าระดับความดัง (Level) ของเสียงของโน๊ต เมื่อกดคีย์ค้างไว้ (หลังผ่านค่า Attack และ Dacay ) เมื่อคุณปรับค่าของ Sustain ไว้ใน สูงสุด (มีหน่วยเป็นค่า db= เดซิเบล) เป็นธรรมดาที่จะไม่ได้ยินเสียงในส่วนของ Decay เพราะ Decay ไม่มีอะไร Decay ลง ถ้าคุณตั้งค่า Sustain=0 หลังจากเสียงผ่านค่า Attack สูงสุด ก็จะลดลงจนไม่มีเสียงอะไร แม้ว่าจะยังคงกดคีย์ค้างไว้ ในกรณีนี้ Decay จะเป็นตัวกำหนดว่าเร็วช้าแค่ใหน ที่เสียงจะลดลงจนกระทั่งเงียบ และเป็นธรรดาที่จะไม่มีเสียงอะไรออกมาเลย ถ้าคุณตั้งค่าของทั้ง 3 คือ (A,D,S)=0

4. Release Time เมื่อยกนิ้วขึ้นจาก Key ค่าของ Release จะกำหนดว่าเสียงจะยาวต่อไปอีกแค่ใหน จนกระทั่งเงียบสนิท (หน่วยเป็นวินาที) ถ้าตั้งค่า Release ตั้งไว้ =0 เมื่อยกนิ้วขึ้นเสียงก็จะหยุดทันที ถ้าตั้งค่านี้เต็มที่ เสียงจะคงค้างอยู่เมื่อยกนิ้วขึ้น จากนั้นจะค่อยๆ เงียบลงตามเวลาที่กำหนด

-----------------------------------------------------------------------------------------------

(E) Low Frequency Oscillator (LFO)

          LFO เป็น Oscillator เช่นเดียวกัน และมีคุณสมบัติเช่นเดียวกับ VCO ต่างกันตรงที่ ขณะที่ VCO กำเนิดเสียงที่ความถี่ สมมุติว่าในช่วงความถี่ 20 Hz – 20 Khz แต่ LFO ให้กำเนิดเสียงในช่วงความถี่ต่ำ (อาจจะอยู่ในช่วง 1 cycle ต่อวินาที ถึง 10 Hz ต่อวินาที) โดยปรกติจะกำเนิด waveform รูป Sine หรือ triangle แต่เครื่องบางเครื่องก็สามารถปรับเปลี่ยน waveform นี้ได้ LFO ไม่ได้ใช้เป็นตัวกำเนิดเสียงให้ได้ยิน แต่ใช้ Modulate ภาคอื่นๆ ของ Synthesizer เพื่อกำเนิดผลพิเศษ Effect โดยปกติ LFO จะใช้เพื่อ Modulate หน่วยต่างๆ ดังนี้

          Oscillator Frequency เมื่อส่ง LFO Voltage เข้าสู่ VCO ทำให้เราสามารถสร้างเสียง Vibrato การทำงานนั้นอาจพูดง่ายๆ ได้ว่า LFO ส่ง Frequency ที่ต่ำกว่า (สมมุติ 5 Hz) ทำให้การสั่นของ Freq ที่ต่างกันขึ้น และเราสามารถป้อน Output ของ LFO เข้าไปที่ Modulation Wheel (บางเครื่องก็เป็น Joystick) ทำให้เราสามารถควบคุม Vibrato ได้ด้วยมือคุณเอง
          Filter ถ้าป้อนให้กับภาค Filter ก็จะเกิดผลคล้ายๆ เสียง เฮลิคอปเตอร์ ในกรณีที่สั่นเร็วๆ (Rate ของ LFO) ถ้าสั่นช้าๆ ก็จะเกิดผลคล้ายๆกับเสียงที่กวาดไปมา ระหว่างความทุ้มกับความใน (Sweep)
VCA เมื่อป้อนให้ VCA ก็จะเกิดผลคล้ายกับ Tremolo ที่เราได้ยินจาก Amp Guitar สมัยก่อน ถ้า Rate ของ LFO ช้า ก็จะคล้ายกับการปรับ Volume ช้าๆ ดัง เบา ดังเบา สลับกันไป     

-----------------------------------------------------------------------------------------------

ปล1. เห็นบทความนี้มันน่าสนใจดีเลยเอามาแปะไว้ครับ  ไว้เก็บไว้อ่านเองด้วยครับ ฮ่าๆ

ปล2. ขอขอบคุณบทความดีๆจาก : http://www.patid.com/forums/thread-3346.html