Sygnały muzyczne z syntezatora ROLAND SH-201

Problematyka audiofilska oraz zagadnienia dotyczące NIELAMPOWEGO sprzętu audio.

Moderatorzy: gsmok, tszczesn, Romekd, Einherjer, OTLamp

Awatar użytkownika
Romekd
moderator
Posty: 6902
Rejestracja: pt, 11 kwietnia 2003, 23:47
Lokalizacja: Zawiercie

Sygnały muzyczne z syntezatora ROLAND SH-201

Post autor: Romekd »

Czołem
Jakoś tak z rok temu bawiłem się popularnym kiedyś syntezatorem muzycznym marki Roland, modelem SH-201, próbując dowiedzieć się jakie sygnały tworzone są w tym instrumencie elektronicznym, jak są dodawane do siebie (faza, amplituda, wartość szczytowa i RMS) i w ogóle jakie są możliwości tego fajnego i niedrogiego syntezatora, z którego w dalszym ciągu korzysta zaprzyjaźniony muzyk, przy tworzeniu muzyki elektronicznej.
1_ROLAND SH-201.jpg
2_Pomiary.jpg

Początkowo pomiar amplitudy wyjściowej i wpływ na nią dodawanych kolejno dźwięków (naciskania następnych klawiszy instrumentu) nie dawało się łatwo ocenić, gdyż w instrumencie zastosowana jest "klawiatura dynamiczna", przy której głośność dźwięku zależna jest od szybkości i siły z jaką naciska się dany klawisz. Początkowo udało się nam jedynie zmniejszyć rozdzielczość czujnika szybkości i siły nacisku w każdym z klawiszy, ale w końcu udało się przełączyć tryb działania klawiatury na taki, w którym każdy klawisz miał możliwe tylko dwa ustawienia - naciśnięty/zwarty/ i zwolniony /rozłączony/. Klawiatura obejmuje cztery oktawy z możliwością transponowania w dowolne oktawy pasma instrumentu. Kolega kupił ten syntezator w roku 2006 po obejrzeniu filmu, w którym o syntezatorze tym wypowiadał się Jean Michael Jarre, znany na całym świecie kompozytor muzyki elektronicznej. W roku 2009 firma Roland udostępniła na swoich stronach internetowych darmowe patche, które umożliwiły rozszerzenie brzmieniowe instrumentu Roland SH-201 o nowe stworzone brzemienia, opracowane przez następujących kompozytorów: Richard Barbieri z Wielkiej Brytanii, Jean-Michel Jarre z Francji, Jordan Rudess ze Stanów Zjednoczonych, oraz Hisashi Saito z Japonii.

https://realizator.pl/Instrumenty-muzyc ... zmien.html

Możliwości instrumentu można posłuchać na wielu filmach, zamieszczonych na YT. Do jednego z takich filmów prowadzi link poniżej.

https://www.youtube.com/watch?v=ZtohBuAE-30

Bawiąc się syntezatorem byłem ciekaw, w jaki sposób generuje on dźwięki oraz jak zmieniają się poziomy sygnału, w zależności od wysokości dźwięków i przy ich przerozmaitych modulacjach (syntezator daje "analogowe brzmienia"). Najprostszymi sygnałami syntezatora mogą być przebiegi, prostokątne, trójkątne, piłokształtne i sinusoidalne (wyglądające nieco inaczej, niż te z generatora :wink: ).
RigolDS0.png

Ponieważ jestem kompletnym amatorem w tej dziedzinie (syntezatory muzyczne), niektóre cechy urządzenia były dla mnie pewnym zaskoczeniem. Na przykład sądziłem, że naciskając klawisze dźwięku a1 - 440 Hz i a2-880 Hz włączam dwa sygnały z których jeden ma częstotliwość dokładnie dwukrotnie wyższą. Jednak okazało się, że częstotliwości podstawowe dźwięków a1 i a2 nie są precyzyjnymi wielokrotnościami, choć różnią się minimalnie. Po każdorazowy naciśnięciu klawiszy uzyskiwałem inny obraz na oscyloskopie, a dodatkowo okazało się, że faza tych dwóch sygnałów cały czas się przesuwa gdy trzyma się wciśnięte oba klawisze. Poniżej oscylogramy z dodanymi wartościami napięcia skutecznego, szczytowego, amplitudy, +Vp i -Vp, które pokazują, że moc skuteczna sygnału ze wzmacniacza w stosunku do mocy szczytowej cały czas ulega zmianom.
RigolDS1.png
RigolDS2.png
RigolDS3.png
RigolDS4.png
RigolDS5.png
RigolDS6.png
RigolDS7.png
RigolDS8.png

Instrument generuje sygnały o przeróżnych kształtach, czasami bardzo oryginalnych... :wink:
RigolDS9.png
RigolDS10.png

Kiedyś z kilkoma Kolegami dyskutowaliśmy na "Triodzie" o wpływie fazy sygnału na subiektywną ocenę jego brzmienia. Pokazałem, że dla niesymetrycznych sygnałów o niskiej częstotliwości faza może mieć duży wpływ na percepcję dźwięku przy odtwarzaniu na słuchawkach i zestawach głośnikowych, które dobrze radzą sobie w niskich rejestrach (dobrze przenoszą niskie tony). Wytworzyłem w tym celu kilka sygnałów o częstotliwościach od 16 do kilkudziesięciu herców korzystając z programu Sound Forge Audio Studio, który daje możliwość generowania "wyprostowanego sinusa" o dowolnej polaryzacji.
viewtopic.php?t=33815&start=15
viewtopic.php?f=14&t=33824&p=343722#p343722

Ktoś z kolegów w innym wątku zarzucił mi, że takie lub podobne sygnały w muzyce w ogóle nie występują. Okazało się jednak, że bardzo podobne sygnały generuje właśnie Roland SH-201 (należą one do jego podstawowych sygnałów). Poniżej oscylogramy dla modulacji pierścieniowej /lub może może kołowej/, gdyż chyba tak określił je wtedy mój kolega-muzyk.
RigolDS11.png
RigolDS12.png

Niektóre dźwięki instrumentu mają bardzo dużą wartość napięcia szczytowego w stosunku do wartości średniej lub skutecznej, co przedstawiają kolejne oscylogramy.
RigolDS13.png
RigolDS14.png
RigolDS15.png
RigolDS16.png
Pozdrawiam
Romek
α β Σ Φ  Ω  μ π °C ± √ ² < ≤ ≥ > ^ Δ − ∞ α β γ ρ . . . .
Kazimierz
625...1249 postów
625...1249 postów
Posty: 721
Rejestracja: śr, 25 czerwca 2003, 22:17
Lokalizacja: Warszawa

Re: Sygnały muzyczne z syntezatora ROLAND SH-201

Post autor: Kazimierz »

Bardzo ciekawy temat i materiał.
K
pozdrawiam
Awatar użytkownika
Marek7HBV
3125...6249 postów
3125...6249 postów
Posty: 3924
Rejestracja: wt, 1 grudnia 2015, 19:26

Re: Sygnały muzyczne z syntezatora ROLAND SH-201

Post autor: Marek7HBV »

No cóż.Nie tylko baranie kiszki tworzą muzykę i jeszcze wielu tego nie uznaje. :D
kolawski
250...374 postów
250...374 postów
Posty: 278
Rejestracja: pn, 20 lutego 2012, 22:56

Re: Sygnały muzyczne z syntezatora ROLAND SH-201

Post autor: kolawski »

Romekd pisze: sob, 15 października 2022, 14:33Na przykład sądziłem, że naciskając klawisze dźwięku a1 - 440 Hz i a2-880 Hz włączam dwa sygnały z których jeden ma częstotliwość dokładnie dwukrotnie wyższą. Jednak okazało się, że częstotliwości podstawowe dźwięków a1 i a2 nie są precyzyjnymi wielokrotnościami, choć różnią się minimalnie.
Romku, na teorii muzyki znam się tylko amatorsko, ale to, że np. podstawowe interwały (w instrumentach strojonych tak ja fortepian) nie są idealnymi stosunkami matematycznymi (1/2, 2/3, 3/4 itd.) jest normalne (w grę wchodzi problem TEMPERACJI stroju -- wielce ciekawy historycznie i teoretycznie; dziś fortepiany i pewnie pozostałe instrumenty klawiszowe są "równomiernie temperowane", nie zawsze tak było, rozwiązań jest wiele). Ale fakt, w wypadku dźwięku a, wydaje się, że jego kolejne oktawy powinny być rzeczywiście podwojeniami poprzedniej częstotliwości (220 -- 440 -- 880....). Pozdrawiam, Maciek
Awatar użytkownika
Romekd
moderator
Posty: 6902
Rejestracja: pt, 11 kwietnia 2003, 23:47
Lokalizacja: Zawiercie

Re: Sygnały muzyczne z syntezatora ROLAND SH-201

Post autor: Romekd »

Czołem.
kolawski pisze: pn, 17 października 2022, 09:50
Romekd pisze: sob, 15 października 2022, 14:33Na przykład sądziłem, że naciskając klawisze dźwięku a1 - 440 Hz i a2-880 Hz włączam dwa sygnały z których jeden ma częstotliwość dokładnie dwukrotnie wyższą. Jednak okazało się, że częstotliwości podstawowe dźwięków a1 i a2 nie są precyzyjnymi wielokrotnościami, choć różnią się minimalnie.
Romku, na teorii muzyki znam się tylko amatorsko, ale to, że np. podstawowe interwały (w instrumentach strojonych tak ja fortepian) nie są idealnymi stosunkami matematycznymi (1/2, 2/3, 3/4 itd.) jest normalne (w grę wchodzi problem TEMPERACJI stroju -- wielce ciekawy historycznie i teoretycznie; dziś fortepiany i pewnie pozostałe instrumenty klawiszowe są "równomiernie temperowane", nie zawsze tak było, rozwiązań jest wiele). Ale fakt, w wypadku dźwięku a, wydaje się, że jego kolejne oktawy powinny być rzeczywiście podwojeniami poprzedniej częstotliwości (220 -- 440 -- 880....). Pozdrawiam, Maciek
Ja również jestem tylko słuchaczem, choć niezdrowo ciekawskim :wink: Roland SH-201 jest instrumentem polifonicznym, jednak nie aż tak jak np. fortepian, na którym może grać jednocześnie kilku muzyków, używających wszystkich palców obu rąk do naciskania klawiszy. W SH-201 można korzystać z maksymalnie 10 wciśniętych na raz klawiszy, a po wciśnięciu jedenastego, ten najwcześniej wciśnięty ulega wyłączeniu. Różnica między "tymi samymi" tonami z różnych oktaw jest bardzo nieznaczna, w zasadzie można tu mówić jedynie o wolno zmieniającej się fazie, co powoduje, że można zauważyć lekkie "vibrato" obu dźwięków (wartość skuteczna napięcia sygnału pozostaje praktycznie stała, a wartość szczytowa ulega powolnym wahaniom). Wcześniej sądziłem, że sygnały te będą ze sobą "zsynchronizowane", ale tak nie jest. Oczywiście instrument można stroić po swojemu, poza tym jest w nim "Pitch Bend" (możliwy ruch w jednej płaszczyźnie, z pozycją środkową), którym można płynnie obniżać lub podwyższać wysokości dźwięków.

Pozdrawiam
Romek
α β Σ Φ  Ω  μ π °C ± √ ² < ≤ ≥ > ^ Δ − ∞ α β γ ρ . . . .
Ola Boga
625...1249 postów
625...1249 postów
Posty: 698
Rejestracja: ndz, 24 lipca 2022, 15:06

Re: Sygnały muzyczne z syntezatora ROLAND SH-201

Post autor: Ola Boga »

Instrumenty akustyczne mają formanty, czyli określone rezonanse, które zmniejszają lub uwypuklają różne alikwoty granych dźwięków. Grane dźwięki, a zatem ich alikwoty mają różną wysokość, a formanty pozostają stałe, ponieważ zależą od fizycznych parametrów korpusu instrumentu. Powoduje to, że dźwięki o różnych wysokościach grane na jednym instrumencie będą miały różne kształty. Odbieramy to słuchem jako naturalne brzmienie instrumentu.
Jeżeli nagramy jeden dźwięk instrumentu, a następnie skopiujemy go w identycznym kształcie, zmieniając jedynie częstotliwość, otrzymamy dźwięk odbierany jako sztuczny, "plastikowy". Od razu wyczujemy słuchem, że nie jest to akustyczny instrument. Usłyszymy tzw. tanie MIDI.
Dlatego bardziej zaawansowane syntezatory i samplery celowo generują w obrębie jednej barwy różne wysokości w różnych kształtach.
Ola Boga
625...1249 postów
625...1249 postów
Posty: 698
Rejestracja: ndz, 24 lipca 2022, 15:06

Re: Sygnały muzyczne z syntezatora ROLAND SH-201

Post autor: Ola Boga »

kolawski pisze: pn, 17 października 2022, 09:50dziś fortepiany i pewnie pozostałe instrumenty klawiszowe są "równomiernie temperowane", nie zawsze tak było, rozwiązań jest wiele). Ale fakt, w wypadku dźwięku a, wydaje się, że jego kolejne oktawy powinny być rzeczywiście podwojeniami poprzedniej częstotliwości (220 -- 440 -- 880....).
Na pierwszy rzut oka tak by się wydawało, ale w rzeczywistości fortepiany stroi się odrobinę "szerzej". Fortepian nastrojony równo od generatora brzmi płasko, źle, jakby był dużo mniejszy. Dopiero po lekkim rozciągnięciu intonacji nabiera pełni brzmienia, tej charakterystycznej potęgi koncertowego fortepianu.
Awatar użytkownika
Romekd
moderator
Posty: 6902
Rejestracja: pt, 11 kwietnia 2003, 23:47
Lokalizacja: Zawiercie

Re: Sygnały muzyczne z syntezatora ROLAND SH-201

Post autor: Romekd »

Czołem.
Ola Boga pisze: pt, 18 listopada 2022, 12:42 Instrumenty akustyczne mają formanty, czyli określone rezonanse, które zmniejszają lub uwypuklają różne alikwoty granych dźwięków. Grane dźwięki, a zatem ich alikwoty mają różną wysokość, a formanty pozostają stałe, ponieważ zależą od fizycznych parametrów korpusu instrumentu. Powoduje to, że dźwięki o różnych wysokościach grane na jednym instrumencie będą miały różne kształty. Odbieramy to słuchem jako naturalne brzmienie instrumentu.
Jeżeli nagramy jeden dźwięk instrumentu, a następnie skopiujemy go w identycznym kształcie, zmieniając jedynie częstotliwość, otrzymamy dźwięk odbierany jako sztuczny, "plastikowy". Od razu wyczujemy słuchem, że nie jest to akustyczny instrument. Usłyszymy tzw. tanie MIDI.
Dlatego bardziej zaawansowane syntezatory i samplery celowo generują w obrębie jednej barwy różne wysokości w różnych kształtach.
Typowe instrumenty muzyczne mają swoje charakterystyczne rezonanse, jednak w syntezatorze można kształtować własne cechy charakterystyczne dźwięków, wprowadzać rozmaite modulacje i filtrowanie o ustalonych przez siebie cechach, więc można w pewnym sensie stwierdzić, że SH-201 Rolanda daje możliwość tworzenia nieskończonej liczby brzmień dźwięków. Film poniżej przedstawia najprostsze kombinacje:

https://www.youtube.com/watch?v=QG4yfQtF8f4.

Sumowanie się dźwięków przypomina sumowanie sygnałów sinusoidalnych o różnych częstotliwościach lub szumów (nieskorelowanych). Gdy trzymamy wciśnięty jeden klawisz i naciśniemy kolejny, wtedy poziom sygnału wzrasta o 3 dB (pierwiastek kwadratowy z dwóch; wartość RMS), natomiast poziom wartości szczytowej sygnału rośnie o 6 db (czyli dwukrotnie). Kolejną podobną zmianę poziomów zauważymy gdy do dwóch naciśniętych klawiszy naciśniemy kolejne dwa itd. Gdy ustawimy jakąś moc wzmacniacza dla wciśniętego jednego klawisza syntezatora, to po naciśnięciu w sumie dziesięciu klawiszy moc ta dla wartości szczytowej wzrośnie stokrotnie.

Poniżej króciutki fragment utworu, który pokazuje ułamek możliwości Rolanda SH-201. Do jego stworzenia zostały wykorzystane jeszcze dwa inne instrumenty, pełniące funkcje wypisane poniżej:

Sekwencer: Roland SH-201
Pad: Roland SH-201
Lead: Roland SH-201
Stopa + HiHat: Korg N5EX
Gitara: Fender Stratocaster 73.

https://www.rm-projekt.pl/~romek/pliki_ ... sja%20.wav
https://www.rm-projekt.pl/~romek/pliki_ ... sh-201.wav

Oba pliki minimalnie się od siebie różnią.

EDIT:
Ponieważ dotarły do mnie informacje, że kilku Kolegów z Forum nie może odsłuchać plików do których linki zamieściłem (prawdopodobnie ze względu na szybkość łącza), zamieszczam link do katalogu, z którego można je pobrać i odsłuchać na komputerze:

https://www.rm-projekt.pl/~romek/pliki_wav/

Pozdrawiam
Romek
α β Σ Φ  Ω  μ π °C ± √ ² < ≤ ≥ > ^ Δ − ∞ α β γ ρ . . . .
Awatar użytkownika
Romekd
moderator
Posty: 6902
Rejestracja: pt, 11 kwietnia 2003, 23:47
Lokalizacja: Zawiercie

Re: Sygnały muzyczne z syntezatora ROLAND SH-201

Post autor: Romekd »

Ola Boga pisze: pt, 18 listopada 2022, 12:53
kolawski pisze: pn, 17 października 2022, 09:50dziś fortepiany i pewnie pozostałe instrumenty klawiszowe są "równomiernie temperowane", nie zawsze tak było, rozwiązań jest wiele). Ale fakt, w wypadku dźwięku a, wydaje się, że jego kolejne oktawy powinny być rzeczywiście podwojeniami poprzedniej częstotliwości (220 -- 440 -- 880....).
Na pierwszy rzut oka tak by się wydawało, ale w rzeczywistości fortepiany stroi się odrobinę "szerzej". Fortepian nastrojony równo od generatora brzmi płasko, źle, jakby był dużo mniejszy. Dopiero po lekkim rozciągnięciu intonacji nabiera pełni brzmienia, tej charakterystycznej potęgi koncertowego fortepianu.
W przypadku Rolanda SH-201 "rozstrojenia" są naprawdę minimalne. Faktycznie powodują, że dźwięk przestaje być "statyczny" gdyż powoli zmienia się faza sygnałów składowych, czyli również "pływa" wartość szczytowa sygnału złożonego. Jednak przesuwanie się fazy jest na tyle wolne, że by je dostrzec trzeba nacisnąć dwa klawisze odpowiadające tym samym dźwiękom w obu oktawach i kilkanaście sekund potrzymać je oba wciśnięte...
Nie zwróciliśmy uwagi podczas testów czy faza zmienia się szybciej dla bardziej oddalonych dźwięków z danej "tonacji" z różnych oktaw.

https://pl.wikipedia.org/wiki/Roland_SH-201

Pozdrawiam
Romek
α β Σ Φ  Ω  μ π °C ± √ ² < ≤ ≥ > ^ Δ − ∞ α β γ ρ . . . .
Ola Boga
625...1249 postów
625...1249 postów
Posty: 698
Rejestracja: ndz, 24 lipca 2022, 15:06

Re: Sygnały muzyczne z syntezatora ROLAND SH-201

Post autor: Ola Boga »

To rzeczywiście bardzo potężny instrument. Nawet po tej prostej prezentacji z youtube widać, że możliwości jakie daje są w zasadzie ograniczone wyobraźnią grającego.

Warto zwrócić uwagę, że jest opisany jako "virtual analog synthesiser" i rzeczywiście jest to instrument, który robi syntezę sygnału, czyli tworzy dźwięki używając na bieżąco generatorów, mieszaczy itp. Oczywiście symuluje te wszystkie rzeczy w domenie cyfrowej, stąd "virtual", bo gdyby był rzeczywiście analogowy, musiałby zajmować pół pokoju i wyglądałby bardziej podobnie do tego:
https://www.youtube.com/watch?v=J2G1C0eOS5s
https://www.youtube.com/watch?v=Bd3y45KeuR0

Natomiast większość popularnych klawiatur, które błędnie nazywamy syntezatorami, to w rzeczywistości samplery, czyli urządzenia odtwarzające wcześniej zapisane dźwięki, czasem z bardzo dużej bazy brzmień.
Co ciekawe samplery również zaczęły swoje istnienie od wersji analogowych, z których najbardziej słynna jest chyba ta:
https://www.youtube.com/watch?v=82qknbizfLU
ODPOWIEDZ