Qualche esercizio di modellazione virtual analog: Synton Syrinx

Written by Enrico Cosimi on . Posted in Tutorial

Ripeschiamo, dalle antiche pagine di obliate didattiche, questo morbido tutorial sulla ricostruzione di un raro sintetizzatore monofonico, oscuro ai più, ma depositario di parecchie divertenti trovate. Buona lettura!

Il Synton Syrinx è stato un eccellente, quanto poco diffuso, sintetizzatore monofonico sviluppato da Felix Visser, Marc Paping e Bert Vermeulen tra il 1983 ed il 1984; in precedenza, Felix Visser aveva sperimentato le funzionalitè elettroniche del vocoder e, per questo motivo, era rimasto significativamente colpito dalle caratteristiche timbriche ottenibili con sistemi di filtraggio multiplo, in grado cioè di riprodurre il tratto vocalico con le sue diverse formanti.

Di Enrico Cosimi

KONICA MINOLTA DIGITAL CAMERA

Lo strumento, oltre che per la presenza di due touch pad assegnate al bend positivo e negativo, era caratterizzato da una complessa struttura di filtraggio organizzata attorno ad un modulo Low Pass 24 dB/Oct e due moduli Band Pass (definiti Peak Filters) a 12 dB/Oct; il timbro risultante, a fronte di alcune impostazioni molto personali, era caratterizzabile grazie a quattro diverse possibilità di routing per le cinque sorgenti audio (VCO 1, VCO 2, SUB, RING, NOISE) all’interno dei tre filtri controllati in voltaggio.

Di seguito, forniamo un’ipotesi di ricostruzione circuitale dello strumento, organizzata mediante piattaforma Clavia Nord Modular G2 Demo Editor, e quindi autonomamente utilizzabile tanto in ambiente Mac che PC; ricordiamo, se ce ne fosse bisogno, che la struttura finale sarà virtualmente in grado di realizzare tutti i possibili percorsi audio e di modulazione dello strumento originale, ma non necessariamente lo stesso comportamento timbrico. Per ottenere una totale aderenza – funzionale e timbrica – sarebbe necessario condurre le fasi di riprogrammazione con un costante paragone A/B tra strumento originale e struttura clonata, operazione che – per motivi troppo lunghi da spiegare – si è preferito tralasciare. Per questo motivo,  quanto segue deve essere considerato alla stregua di un reverse engineering fatto a distanza di sicurezza, un divertimento da cui – se possibile – trarre esperienze utili per le successive pratiche di programmazione.

Un’ultimo avvertimento: il comportamento a flessometro dei due bend up/down non è riproducibile via software; per semplicità, lo abbiamo sostituito con il più banale pitch bend control.

 

Sorgenti audio

Come accennato in precedenza, Syrinx possiede cinque sorgenti audio indipendenti, cui si può sommare l’eventuale segnale presentato all’External Audio Input previsto nella versione expander – che, in questa sede, tralasceremo; le cinque sorgenti comprendono:

  • VCO 1; genera onde triangolare, rampa, quadra ed impulsiva a simmetria variabile; prevede il comportamento di hard sync sull’onda rampa e quadra, più un soft sync che (privo di conseguenze timbriche) si limita a forzare il restart del ciclo. La simmetria dell’onda impulsiva può essere controllata a distanza mediante LFO 2 multiwave. La frequenza è regolabile in ottava (-1/+2).
  • VCO 2; si differenzia dal primo per la possibilità di regolare, oltre all’ottava, anche un intervallo indipendente di frequenza; la simmetria dell’onda impulsiva è regolabile a distanza mediante LFO 1.
  • SUB1; il segnale di suboscillazione all’ottava inferiore prodotto comparando il segnale del VCO 1.
  • RING; produce somma e sottrazione di tutte le frequenze prodotte da VCO 1 e VCO 2; il circuito lavora a valle della selezione di forma d’onda.
  • NOISE; rumore aperiodico.

Come vedremo in seguito, i cinque segnali confluiscono nel Mixer audio e, da questo, raggiungono la triplice sezione di filtraggio.

 

Immagine 2

Modellazione delle sorgenti sonore: VCO 1, VCO 2, SUB 1

La presenza della PWM e la necessità di poter sincronizzare il VCO 2 alla frequenza del VCO 1 ci obbligano a scegliere gli oscillatori di tipo B (con uno spreco di risorse, anche il VCO 1 viene realizzato con un OSC B… si sarebbe potuto scegliere qualcosa di più economico).

Il VCO 1 deve fornire anche l’onda quadra all’ottava inferiore relativa al circuito SUB; il trattamento è realizzabile, banalmente, con un Clock Divider, regolato su un coefficiente di divisione pari a 2; in questo modo, qualsiasi segnale audio prodotto dal VCO 1 viene ridotto ad onda quadra di frequenza pari a f/2.

Il circuito della Hard Sync prevede la possibilità d’inserimento a discrezione dell’utente; è ottenibile prelevando il segnale audio in uscita al VCO 1 e, tramite un Toggle Switch monocanale, inviandolo alla porta Sync del VCO 2. In questo modo, basta aprire l’interruttore per avere la perfetta sincronizzazione tra i due oscillatori.

 

Immagine 3

I tre segnali così disponibili possono essere collegati ad un Mixer Audio; contrariamente a quanto disponibile nell’hardware di riferimento, utilizzeremo un mixer dotato di selettore indipendente per l’accensione/spegnimento dei singoli canali; in questo modo, sfrutteremo la possibilità di nominare individualmente i singoli canali, per meglio controllare l’identità delle sorgenti sonore. Anche in questo caso, la mancanza di un mixer a tre canali ci obbliga a sprecare un minimo di risorse in più.

Tra poco giustificheremo la separazione in mixaggio tra queste tre sorgenti sonore e le altre due.

 

Immagine 4

Modellazione delle sorgenti sonore: RING, NOISE

Nulla di problematico: per risparmiare spazio e potenza di calcolo, realizzeremo il Ring Modulator utilizzando un normale amplificatore, anzi un Level Multiplier, come da terminologia Clavia. A differenza dei normali amplificatori analogici, il Level Multiplier in questione è soltanto un operatore matematico che moltiplica le due quantità presenti all’ingresso audio e modulator; in questo modo, vengono presi in considerazione anche i valori negativi e, conseguentemente, se tutti e due i segnali lavorano in banda audio, si può ottenere la classica modulazione bilanciata che corrisponde al trattamento di ring modulation. Il Noise Generator classico Clavia fornirà tutto il rumore necessario alla produzione della quinta ed ultima sorgente sonora.

I segnali prodotti dalle due sorgenti sono convogliati in un nuovo Mixer a due canali; anche in questo caso, sfrutteremo l’etichettatura dei singoli canali per meglio identificare le sorgenti sonore.

 

filtersyrinx

Smistamento verso la sezione filtri

Tra i punti di forza più interessanti del vecchio Syrinx, sicuramente le quattro possibilità di smistamento audio hanno un’importanza notevole. In base alle configurazione scelta con il selettore di pannello, è possibile utilizzare una delle quattro possibili modalità di trattamento:

  • Doppia sezione di Peak Filter e Low Pass Filter collegati in serie sulla somma indifferenziata dei cinque segnali audio.
  • Trattamento in parallelo delle cinque sorgenti sonore nelle due sezioni di doppio Peak Filter e Low Pass Filter.
  • Separazione delle sorgenti sonore: Ring Modulator e Noise vengono processati in serie, prima nel doppio Peak Filter e poi nel Low Pass Filter; parallelamente, i due VCO ed il SUB vengono filtrati solo nel Low Pass Filter.
  • Separazione delle sorgenti sonore senza alcun trattamento seriale: Ring Modulator e Noise lavorano con il doppio Peak Filter, VCO 1, 2 e SUB lavorano con il Low Pass Filter.

Le condizioni da soddisfare sono diverse: è necessario poter collegare in serie e/o in parallelo il funzionamento dei filtri (i due Peak Filter lavorano sempre in coppia tra loro, con un trattamento parallelo sulla sorgente sonora. Per di più, è necessario poter separare i due blocchi delle sorgenti sonore: da una parte gli oscillatori ed il sub, dall’altra il modulatore ad anello ed il generatore di rumore; fortunatamente, abbiamo già provveduto ad instanziare una coppia di mixer separati, che tratti le 3 + 2 sorgenti in maniera autonoma.

 

Immagine 6

Matrice di smistamento

La maniera più pratica, ma non l’unica, per realizzare il quadro ad incroci consiste nell’utilizzare un banco di Window Switch messi sotto controllo di uno Switch principale che agirà come vero e proprio commutatore a quattro posizione; ogni volta che il musicista seleziona Mode 1, 2, 3 e 4, lo switch VCF RTNG (abbreviazione per VCF Routing) emetterà un segnale di controllo di valore 0, 4, 8 e 12; questo segnale è inviato ai sei interruttori comandati, che verranno sintonizzati per aprirsi solo quando ricevono l’informazione di controllo corrispondente.

Nell’immagine qui sopra, è visibile la batteria di smistamento del VCO MIX (i due oscillatori più il sub), predisposta per agire inviando lo stesso segnale su quattro possibili destinazioni, rispettivamente prelevate alle uscite dello Switch 1 (si apre per i valori di controllo compresi tra 0 e 3.5), Switch 2 (si apre tra 4 e 7.5), Switch 3 (si apre tra 8 e 11.5), Switch 4 (si apre tra 12 e 16).

Allo stesso modo, in perfetta sincronia, la coppia di Window Switch che riceve il segnale dal RM-NOISE MIX, si aprirà quando riceve valori 0-3.5 (Switch 1) e 8-11.5 (Switch 3); le condizioni di funzionamento dei modi 2 e 4 non comportano modifiche significative per questa coppia di sorgenti audio.

 

Immagine 5

La sezione filtri

Dicevamo in apertura che i tre filtri del Syrinx lavorano in modalità Peak/BandPass (in questo caso, e solo in questo caso, non c’è differenza avvertibile tra i due comportamenti: il trattamento Peaking del Syrinx non prevede infatti l’attenuazione di segnale in modalità Cut e può essere, a tutti gli effetti, assimilato ad un più rassicurante Band Pass) e LowPass. I due Peak sono collegati in parallelo alle sorgenti sonore, in questo modo, possono fornire le due formanti timbriche richieste.

Nella piattaforma Clavia, possiamo realizzare il modulo Low Pass sfruttando il circuito Filter Nord, opportunamente sintonizzato sul comportamento passa basso a quattro poli, ed utilizzeremo due moduli Multi Mode per realizzare i comportamenti passa banda a due poli.

 

La complessità del circuito non risiede tanto nel prevedere il comportamento seriale/parallelo per le due unità di filtraggio, quanto nel riuscire a smistare le sorgenti agli ingressi dei rispettivi filtri. Per questo motivo, è necessario studiare con una certa attenzione lo schema soprastante, tenendo a mente che quando il selettore Mode viene impostato sulle posizioni 1 – 2 – 3 – 4, lascia passare in direzione del VCA il flusso di dati corrispondente in base all’apertura o alla chiusura comandata dei sei (4+2) window switch posizionati all’uscita del mixer VCO+SUB e all’uscita dei due filtri PEAK 1+2.

Di seguito, sviluppiamo le quattro combinazioni:

 

  • MODO 1 (3+2 sorgenti in serie Peak-LowPass).

Switch in uscita al Mix VCO+SUB:

    • Switch 1: aperto; il segnale dei 3 oscillatori raggiunge il punto di somma in ingresso ai due Peak Filter.
    • Switch 2: chiuso.
    • Switch 3: chiuso.
    • Switch 4: chiuso.

Switch in uscita alla somma dei due Peaking Filter:

    • Switch 1: aperto; il segnale sommato dei due Peak Filter raggiunge il punto di somma in ingresso al Low Pass.
    • Switch 3: chiuso.

 

  • MODO 2 (3+2 sorgenti in modo parallelo nel Peak & Low Pass Filter).

Switch in uscita al Mix VCO+Sub:

    • Switch 1: chiuso.
    • Switch 2: aperto; il segnale dei 3 oscillatori raggiunge tutti e due i punti di somma dei filtri. Ricordiamo che il segnale in uscita al mixer RM+NG raggiunge sempre il punto di somma in ingresso al Peak Filter.
    • Switch 3: chiuso.
    • Switch 4: chiuso.

Switch in uscita alla somma dei due Peaking Filter:

    • Switch 1: chiuso.
    • Switch 3: chiuso.

 

  • MODO 3 (Ring e Noise in serie nel Peak e Low Pass Filter. Oscillatori e Sub solo nel Low Pass Filter).

Switch in uscita al Mix VCO+SUB:

    • Switch 1: chiuso.
    • Switch 2: chiuso.
    • Switch 3: aperto; il segnale dei 3 oscillatori raggiunge il punto di somma in ingresso al Low Pass Filter.
    • Switch 4: chiuso.

Switch in uscita alla somma dei due Peaking Filter:

    • Switch 1: chiuso.
    • Switch 3: aperto; il segnale sommato dei due Peak Filter raggiunge il punto di somma in ingresso al Low Pass.
  • MODO 4 (VCO e Sub dentro Low Pass, Noise e Ring dentro Peak).

Switch in uscita al Mix VCO+SUB:

    • Switch 1: chiuso.
    • Switch 2: chiuso.
    • Switch 3: chiuso.
    • Switch 4: aperto, il segnale degli oscillatori raggiunge il filtro Low Pass.

Switch in uscita alla somma dei due Peaking Filter:

    • Switch 1: chiuso.
    • Switch 3: chiuso.

 

Immagine 9

Amplificatore

Prima di raggiungere la porta Audio Out, il segnale filtrato viene articolato mediante amplificatore. Come di consueto, nella piattaforma Clavia useremo il modulo Level Multiplier e, stando al disegno originale del Syrinx, verrà fornito un comando di Initial Gain, che permette di mantenere costantemente aperto l’amplificatore anche in assenza d’articolazione da parte dell’inviluppo dedicato. È necessario installare un punto di somma, per convogliare oltre all’Initial Gain anche il segnale modulante dell’inviluppo dedicato; la regolazione di guadagno viene ottenuta con un generatore di Constant impostato su funzionamento unipolare: quando il suo valore è pari a zero, l’amplificatore rimane chiuso (pronto ad essere aperto dal generatore d’inviluppo), quando il suo valore è diverso da zero, l’amplificatore pur articolato dall’inviluppo non chiuderà mai completamente.

 

Immagine 8

Verifica del percorso audio

A questo punto, il percorso audio dello strumento è completo: dagli oscillatori ai due submix separati, da questi alle matrici d’interruttore, dalle matrici ai punti di somma rispettivamente posti all’ingresso dei filtri Peak e Low Pass; dai filtri all’amplificatore d’uscita. Punto.

panel-left-corr

Per facilitare il riscontro hardware, forniamo due immagini del pannello originale Syrinx; qui sopra la parte sinistra.

panel-right-corr

Qui sopra, la parte destra del pannello.

Diverso, ma per certi versi meno complesso, il discorso relativo ai percorsi di modulazione.

Ne parleremo la prossima volta. 

Stay tuned.

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Comments (1)

  • nicoa

    |

    bellissimo! sapevo che lo usava aphex twin, ma vabbè avrà usato tutto e di più! nn sapevo che aveva dei filtri formanti! che figata!

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