CASE STUDY: ARP ODYSSEY. Prima parte

Nei lontani Anni 70, il bifonico ARP Odyssey era l’alternativa obbligata per quanti consideravano il suono Moog troppo “maschile e preponderante”: con una sorta di coazione a ripetere, il tastierista dell’epoca doveva trascinarsi sul palco organo Hammond, Minimoog D, ARP Odyssey, ARP Omni, Fender Rhodes e Clavinet. Immancabili, quindi, gli antagonismi tra i due monofonici di bandiera. Per questo motivo, ma anche come antidoto al caldo soffocante, ci divertiremo – è un termine minaccioso – a rimodellare il comportamento dell’ARP Odyssey all’interno di un classico linguaggio di programmazione object oriented. Come al solito, tutto quello che è messo in pratica all’interno di una struttura di programmazione può essere esportato con relativa semplicità.

Di Enrico Cosimi

La struttura dell’Odyssey è semplice, ma resa flessibile dalla gran quantità di controlli a doppia funzione che, letteralmente, gremiscono il pannello frontale; in questo modo, un singolo potenziometro può dosare l’amount di due sorgenti di modulazione, lasciando la scelta al musicista.

Se a questo si aggiunge l’immediata visibilità che slider e selettori portano in dote anche per il musicista più distratto (o ubriaco…) ecco che l’Odyssey dimostra – ancora oggi – una vitalità sorprendente anche nelle condizioni d’utilizzo più affollate. Non è questa la sede per affrontare le problematiche intrinseche dello strumento: qualità costruttiva discutibile e scelte spesso impostate sul massimo risparmio strutturale hanno reso complesso il mantenimento dell’apparecchio nei sui quasi trentacinque anni di vita. Ciò nonostante, è un classico della sintesi analogica. 

Struttura di voce: le sorgenti sonore

Le sorgenti principali sono composte da: due oscillatori ad ampia escursione – purtroppo, affidata ad inaffidabili slider lineari   – con generazione simultanea di onda dente di sega e impulsiva a simmetria variabile; a questi, si aggiunge un Noise Generator White/Pink, un Ring Modulator (realizzato con un circuito XOR sulle onde quadre dei due oscillatori) e l’eventuale segnale audio esterno ruotabile nel filtro.

La sezione di filtraggio vera e propria è composta da un modulo low pass risonante 24 dB/Oct nelle serie successive alla whiteface (che, invece, adotta un più caratteristico 12 dB/Oct low pass), cui segue un high pass non risonante, non dinamico, a 12 dB/Oct assimilabile – di fatto – ad un macro controllo di tono, utile per sfinare il segnale sulle basse.

Dal filtro, il segnale passa nel VCA che, caratteristica peculiare, è dotato di un Initial Gain regolabile, con il quale facilitare le operazioni di filtraggio, ma attraverso il quale ci si può anche cacciare in qualche guaio, specie se lo si dimentica in posizione diversa da zero.

 

Le modulazioni ed i controlli

E qui le cose si fanno interessanti: oltre al classico LFO con onda sine e quadra, sono disponibili due inviluppi ADSR e AR liberamente ruotabili su filtro low pass e amplificatore; in aggiunta, un Sample & Hold può essere utilizzato per processare i segnali di controllo del LFO o i segnali audio provenienti da uno dei due oscillatori ed utilizzarli per influenzare punti sensibili del circuito di sintesi.

La tastiera a tre ottave, ovviamente non sensibile alla dinamica, ha comportamento bifonico; in pratica, la rete resistiva implementata al di sotto delle note viene letta simultaneamente partendo da sinistra (low note priority) e da destra (high note priority): innescando la condizione bifonica (ovvero, premendo due note simutlaneamente), l’oscillatore 1 è assegnato alla nota bassa e l’oscillatore 2 è assegnato a quella alta.

Come è facile immaginare, essendoci un unico buss di Gate/Trigger, l’articolazione dei bicordi non è agevolissima, specie se si vuole lavorare con relativa indipendenza tra le due voci (insomma: Odyssey non è un sistema polifonico a proba di bomba). L’intonazione generale dello strumento può essere trasposta +/- 2 ottave attraverso un grosso selettore a tre scatti e può essere inflessa attraverso un grosso pitch knob (con escursione +/- 1 ottava) che, per fortuna, ha una zona centrale di relativa insensibilità.

Infine, sul percorso di articolazione/innesco degli inviluppi, è implementato un sofisticato sistema di repeat/autorepeat incondizionato (a velocità definita dal modulo LFO) o condizionato alla condizione di AND con il Gate di tastiera: in questo modo, produrre synth bass che ripetono la stessa nota è un gioco da ragazzi. Lievemente più complesso, è invece il modo per sincronizzare le ripetizioni di nota ad un eventuale clock esterno… in effetti, il modulo LFO non prevede un controllo a distanza e non rimane che ri-articolare la nota attraverso CV e Gate input, sempre che l’Odyssey in questione sia di quelli sufficientemente moderni da prevedere le sei classiche mini connessioni CV, Gate, Trigger in e out. Altrimenti, you are out of luck.

 

A questo punto, non rimane che concentrarci sulla rimodellazione; per iniziare, ci lanceremo nelle operazioni di programmazione utilizzando l’instant classic Clavia Nord Modular G2 Demo Editor che, fino ad un certo punto, permetterà tutte le operazioni necessarie. L’installer per Mac e per PC è scaricabile qui.

 

Requisiti  VCO 1

Questi i requisiti che devono essere soddisfatti e che cercheremo di riprodurre in Nord Modular G2:

• generazione simultanea di onda dente di sega e impulsiva a simmetria variabile; in Clavia, è un problema, visto che nessun oscillatore possiede uscite simultanee per due forme d’onda; saremo costretti a ricorrere a qualche trucchetto…
• comportamento ad ampia escursione di frequenze, tanto in banda audio quanto, attraverso selettore Audio/Low Freq, in banda sub audio per lavorare come LFO supplementare;
• due buss di modulazione sulla frequenza (in regime esponenziale), con quattro sorgenti selezionabili due a due: LFO sine/LFO Square e Sample&Hold/ADSR;
• un buss di modulazione sulla simmetria PW, con regolazione manuale di partenza e doppia sorgente selezionabile LFO sine/ADSR;
• predisposizione per il comportamento bifonico in sensibilizzazione low note priority attraverso il blocco di Portamento e l’azione del Pitch Bend.

Fortunatamente, una volta realizzato il core del VCO 1, ci troveremo già avvantaggiati nella costruzione del VCO 2 che, per molti versi, è identico al primo.

Andiamo per ordine.

 

Modellazione del VCO 1 – Generazione delle forme d’onda

La prima regola, lavorando con un linguaggio di programmazione che pesa esclusivamente sulla CPU del PC, è relativa al risparmio delle risorse; per questo motivo, potremo permetterci di generare la dente di sega “di base” sfruttando il più sgangherato e limitato oscillatore tra quelli disponibili in Clavia, ovvero il modello OSC D1, che imposteremo sulla generazione dell’onda dente di sega richiesta.

L’onda dente di sega è bella e fatta: come passare da questa all’impulsiva? Semplice, utilizzando una comparazione per una soglia variabile. Cosa fa un comparatore? Si limita a paragonare due quantità A e B e, in base al risultato della comparazione, emetterà un segnale logico di tipo A>B=1 o A<B=0; facciamo un semplice esempio: se A è la nostra dente di sega e B è una soglia pari a metà livello disponibile, in uscita al comparatore – per ogni ciclo di dente di sega, avremo due semiperiodi alternativamente pari a 1 e a 0. Dal momento che l’operazione è gestita a velocità audio, in uscita al comparatore si avrà la veloce alternanza (ad esempio, 440 volte al secondo) di 1 e 0 che, in perfetta simmetria, produrranno una simpatica onda quadra.

Variando il valore della soglia/segnale B di comparazione, si interverrà – nella comparazione con la dente si sega – sulla simmetria tra valore 1 e valore 0, ovvero tra stadi di energia e assenza di energia all’interno dell’onda impulsiva così realizzata.

 

Inutile dire che, il sul pannello comandi dello strumento, il controllo con cui si altera il valore della soglia di comparazione “B” sarà identificato dalle scritte “Duty Cycle”, o “Simmetry”, o “Pulse Width”. Non è meraviglioso?

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A questo punto, dopo aver installato (piacevole arcaismo per istallato  – come usa in talune redazioni meneghine…) il comparatore (lo trovate nel menu Level) e dopo aver collegato all’ingresso A la dente di sega originale, all’ingresso B un generatore di costante (sempre all’interno del menu Level), abbiamo pronto il nostro “cuore di oscillatore” in grado di generare simultaneamente rampa e quadra. Ma, ovviamente non abbiamo ancora finito.

 

Modellazione VCO 1 – Controllo della simmetria

Nello strumento originale, sono previsti due controlli simultanei sulla simmetria dell’onda impulsiva: il primo è esclusivamente attivo da pannello ed è la classica regolazione di Width, cioè – come abbiamo visto – la generazione di costante contro cui è comparata la dente di sega originale; il secondo controllo è invece un amount variabile  sulla sorgente di modulazione esterna scelta tra LFO Sine e ADSR.

Sarà necessario realizzare il circuito utilizzando un regolatore di livello ad escursione lineare (avendo a che fare con segnali di controllo…) con cui dosare il segnale proveniente da un selettore a due ingressi; ci serve un mixer a 1 canale e un selettore a due ingressi. Li troviamo nel menu Mixer e nel menu Switch.

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Alla fine della progettazione, la struttura dovrebbe somigliare a quella riportata in figura qui sopra. Si nota come, per ovviare alla presenza di un singolo ingresso B sul comparatore, si è reso necessario utilizzare l’ingresso Chain (non attenuato nel mixer, per poter collegare simultaneamente la generazione di costante e l’amount variabile per la sorgente di controllo selezionabile. A puro titolo precauzionale, sarà meglio prevedere un punto di somma generico per le modulazioni in FM, in modo da trovarsi con sufficiente spazio di manovra per collegare tastiera, pitch bend e tutto il resto del carrozzone all’oscillatore. A questo fine, useremo un blando mixer 4:1 privo di attenuatori… un sommatore semplice, appunto. Lo chiameremo SUM FM.

 

Modellazione VCO 1 – Controllo dell’intonazione

Il buss di FM esponenziale prevede due amount indipendenti, uno per ciascuna coppia di possibili sorgenti; gli accoppiamenti sono semplici da prevedere: LFO Sine e LFO Square si alternano (tramite switch) su un amount, Sample & Hold e ADSR si alternano (tramite switch( sull’altro amount.

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Ci servono solo un mixer a due canali (lavoreranno come amount 1 e 2) e una coppia di switch a doppio ingresso. Sempre per risparmiare risorse, in un secondo momento potremo sostituire l’accoppiata “sommatore semplice più mixer a due ingressi” in un unico mixer a quattro ingressi… Inutile dire che, per ora, ci limiteremo ad appoggiare i circuiti senza procedere alla creazione delle sorgenti di modulazione vere e proprie.

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Non è finita: è necessario provvedere al possibile funzionamento Low Frequency per il VCO 1; la maniera più semplice per realizzarlo consiste nell’instanziare (vedi sopra per la nota polemico-lessicale) un generatore di costante dotato d’interruttore on/off: faremo emettere al generatore un valore negativo con cui “far scendere” sensibilmente l’intonazione (ogni 12 numeri, l’intonazione cala di un’ottava, quindi i valori interessanti potranno essere -12, -24- -36, -48, eccetera) e, tramite interruttore integrato nel generatore stesso, potremo richiamare on demand la trasposizione verso il basso. Anche questo generatore di costante, essendo attinente al controllo d’intonazione dell’oscillatore, sarà collegato al sommatore semplice SUM FM.

Bene, adesso il primo oscillatore è proprio terminato e, a parte la gestione dei due segnali Saw – Pulse in uscita (ce ne occuperemo a proposito del Mixer Audio in ingresso al filtro…), siamo pronti per affrontare il secondo VCO; come anticipato, parecchie cose saranno simili.

 

Requisiti VCO 2

Rispetto al VCO 1, il secondo oscillatore ha in più:

• possibilità di lavorare come schiavo in regime di Hard Sync (in soldoni, saremo costretti ad usare un oscillatore lievemente più costoso del modello base utilizzato per generare la Saw Wave nel VCO 1… sigh);
• una dotazione di sorgenti di controllo FM lievemente diversa da quella precedente.

Per il resto, l’intero sistema implementato nel VCO 1 può essere tranquillamente trapiantato nel VCO 2. Per carità di patria, e per aggirare uno dei limiti del Clavia Nord Modular G2 Demo Editor, faremo a meno della predisposizione per il controllo FM attraverso foot pedal esterno. A qualcosa è pur necessario rinunciare…

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Modellazione VCO 2 

L’illustrazione qui sopra riproduce i due VCO affiancati con la duplicazione dei circuiti in comune e l’inserimento dei circuiti originali, richiesti dal VCO 2.

Cosa è stato inserire ex novo? Partiamo dall’alto:

• un interruttore toggle SYNC, che riceve il segnale Saw Wave dal VCO 1 (il master) e lo collega, quando aperto, all’ingresso Sync presente nell’oscillatore “core” del VCO 2;
• un diverso tipo di oscillatore “core” per generare la Saw Wave del VCO 2; il tipo in questione è il modello OSC C, dotato di tabella con le diverse forme d’onda – economico escamotage Clavia per risparmiare sulla selezione facendo pagare una breve interruzione del flusso audio;
• un diverso labeling sullo switch che gestisce le due sorgenti di modulazione confluenti nel buss FM Amt A; in questo caso, abbiamo LFO Sine e S & H Mix (ulteriori particolari in seguito).

Per ascoltare il tutto, abbiamo duplicato il bieco switch che permette di ascoltare Saw o Pulse dal VCO 2, collegando il VCO 1 all’uscita left e il VCO 2 all’uscita right; ci sarà tempo per perfezionare la cosa in seguito.

 

Il Noise Generator

Nello strumento originale, l’unico controllo di pannello, a parte il volume audio nel Filter Mixer, è relativo alla scelta del colore bianco o rosa; Clavia non prevede una scelta così drastica, in favore di un progressivo controllo di Color, con il quale si possono passare in rassegna tutte le variazioni progressive comprese tra White Noise, Pink Noise e Low Frequency Noise.

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Per non sprecare inutilmente potenza di calcolo (il filtro low pass @ -3dB/Oct necessario per creare il Pink Noise è particolarmente seccante da implementare), costringeremo il musicista a servirsi del controllo progressivo di “coloritura noise”, abbandonando l’interruttore White/Pink del progetto originale. Una licenza poetica, insomma…

Cosa è cambiato nel “temporaneo circuito” d’uscita della patch? I segnali provenienti dal VCO 1 (Saw o Pulse), dal VCO 2 (Saw o Pulse), dal Noise e (tra poco) dal Ring Mod sono stati collegati a tre selettori di tipo due ingressi su un’uscita e poi, da questi, collegati ad un mixer audio che dopo collegheremo all’ingresso del filtro.

 

Ring Modulation

Nell’ARP Odyssey, senza troppe cortesie, il circuito di modulazione ad anello è realizzato collegando ai due ingressi di un circuito logico XOR le onde quadre prodotte da VCO 1 e 2. Fin qui, non ci sarebbe nulla di preoccupante, se non fosse che, per estrarre le onde quadre e non le impulsive a simmetria variabile, diventa necessario prevedere un’ulteriore coppia di comparatori (questa volta, di tipo con soglia programmabile incorporata…) con cui generare la perfetta onda quadra al 50%.

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Se prendessimo il segnale in uscita agli attuali comparatori, rischieremmo di trovare in ingresso al modulo XOR (a proposito: si trova, col nome Gate, nel menu Logic…) due onde impulsive di simmetria differente dal canonico rapporto 50%.

Sono raffinatezze che si pagano, in termini di peso sulla CPU. Sigh.

A questo punto, siamo pronti per implementare la struttura di filtraggio.

 

Requisiti del doppio filtro Odyssey

Facendo riferimento ad un modello Odyssey Gold/Black, o peggio, ad un Orange/Black, dovremo fare i conti con:

• una prima sezione low pass filter risonante, dinamica (cioè controllabile da sorgenti di modulazione), di tipo 24 dB/Oct;
• una seconda sezione high pass filter non risonante, statica (cioè non sottoponibile a modulazione di alcun tipo).

Come al solito, la cosa più complicata, è scegliere i moduli di filtro (dal menu Filter) più economici, ma rispettosi dei requisiti richiesti.

 

Modellazione della sezione filtri

E’ una complicazione più teorica che reale: basta prendere un Classic Filter Low Pass e un banale High Pass (che sceglieremo per la sua economicità e che, dopo aver selezionato il comportamento a 12 dB/Oct, lasceremo privo di modulazioni) per poi avere l’accuratezza di collegarli in serie.

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L’uscita dell’Audio Mixer entra nel Low Pass; l’uscita del Low Pass entra nel modulo High Pass; poi, provvederemo a collegare l’uscita di quest’ultimo al VCA e – finalmente – all’uscita vera e propria dello strumento.

 

Modellazione del triplice bus di Cutoff Frequency Modulation

Il low pass filter dell’ARP Odyssey è dotato di un sofisticato sistema a tre bus di FM sulla frequenza di taglio, ciascuno dei quali dotato della consueta doppia sorgente di modulazione selezionabile.

Le coppie preconfigurate comprendono:

• Keyboard Control Voltage / Sample & Hold Mixer nel percorso FM Bus A (tralasciamo l’ingresso per il control pedal);
• Sample & Hold / LFO Sine nel percorso FM Bus B;
• ADSR / AR nel percorso FM Bus C.

Come già sperimentato per gli FM bus degli oscillatori, anche in questo caso basterà instanziare tre interruttori a doppia sorgente collegati ad un mixer in comportamento lineare, la cui uscita verrà applicata all’ingresso di Cutoff FM (Pitch nel linguaggio Clavia) del filtro Low Pass.

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Modellazione dell’amplificatore

L’unica caratteristica diversa dallo standard “basso” è la presenza, nell’ARP Odyssey, della regolazione di Initial Gain, anzi di VCA Gain, nel rispetto della terminologia ARP. In pratica, è necessario collegare un generatore di costante (l’ennesimo…) all’ingresso di modulazione AM del modulo amplficatore; nella terminologia Clavia, l’amplificatore è il Level Multiplier presente nel menu Level.

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Per non intasare l’ingresso di modulazione, dovendo collegare anche un inviluppo oltre al generatore di costante/Initial Gain, sarà necessario realizzare un altro punto di somma “semplice”, che chiameremo SUM AM. Onde evitare le inversioni di fase dovute alla moltiplicazione dell’audio per una costante di segno negativo (è una sgradevole peculiarità del moltiplicatore usato da Clavia per realizzare il VCA…), limiteremo l’escursione del generatore di costante al solo regime unipolare compreso tra 0 e 1, ovvero tra 0 e 64.

Con l’inserimento del VCA, termina il percorso audio del sintetizzatore composto da tre sorgenti sonore (VCO1, VCO2, Noise) più Ring Modulator, che confluiscono nel doppio filtro seriale e, da questo, nell’ amplificatore d’uscita.

La prossima volta affronteremo le sorgenti di modulazione ed i controller. Stay tuned.

Post Scriptum: cosa significano quegli oscuri messaggi “patch XYZ”? Eh, eh, eh… ogni cosa a suo tempo.