Yamaha DX-7: riparliamo di FM e non solo – seconda parte

Written by Enrico Cosimi on . Posted in Gear, Tutorial, Vintage

Grazie al fortuito incontro con una Yamaha DX7 Mk1, casualmente capitata sotto le nostre grinfie, abbiamo l’occasione che aspettavamo per rispolverare la vecchia timbrica FM e verificare, con orecchie targate 2012, se il suono dello strumento in modulazione di frequenza linea fosse veramente – a quasi trent’anni di distanza – così spaventosamente rivoluzionario come sembrava all’epoca.

 

Di Enrico Cosimi

Questa è anche l’occasione per rimettere le mani su un’instant vintage che, prima o poi, finirà per valere una barca di quattrini. Un’occasione ghiotta, insomma…

La sintesi in FM

La sintesi in FM lineare genera notevoli quantità di armoniche collaterali – sidebands, in inglese… – prodotte in base al rapporto di frequenza instaurato tra un oscillatore modulante e uno portante. Facciamo un passo alla volta: definiamo portante un oscillatore il cui segnale audio sia collegato all’uscita audio del circuito; parallelamente, definiamo modulante un oscillatore il cui segnale venga utilizzato per controllare, modulare, in frequenza l’oscillatore portante di cui sopra.

Se la modulazione avviene in banda sub audio, cioè se l’oscillatore modulante è lento come un LFO, si ottiene un vibrato di profilo corrispondente alla forma d’onda utilizzata, di ampiezza corrispondente al valore d’indice di modulazione applicato (cioè alla quantità di segnale modulante fatto passare) e di frequenza pari alla frequenza dell’oscillatore modulante stesso.

Ma se l’oscillatore modulante abbandona la banda sub audio per entrare in audio (cioè per vibrare, diciamo, sopra i 10 Hz…), nel segnale audio dell’oscillatore portante avviene un fatto curioso: si genereranno coppie di armoniche di frequenza rispettivamente corrispondente a C+M e C-M, dove C è la frequenza dell’oscillatore Carrier/Portante e M è la frequenza dell’oscillatore Modulator/Modulante.

In questo modo, se i due oscillatori portante e modulante hanno frequenze pari a 100 e 50 Hz (e producono due semplici sinusoidi, cioè due forme d’onda prive di armoniche…), il rapporto di FM lineare produrra, all’uscita dell’oscillatore portante, tre frequenze indipendenti, corrispondenti a: 100 Hz (la frequenza sinusoide originariamente prodotta dalla portante), 150 Hz (la frequenza ottenuta sommando 100+50) e 50 Hz (la frequenza ottenuta sottraendo 100-50). Tre armoniche al prezzo di due! Se poi si esagera, cioè si incrementa l’indice di modulazione, nel segnale in uscita nasceranno nuove coppie di segnali, le cui frequenze risulteranno essere C+2M, C-2M, C+3M, C-3M, C+4M, C-4M e così via per tutti i numeri interi e fintanto che si può incrementare l’indice di modulazione.

Se i due oscillatori producono forme d’onda più complesse della semplice sinusoide, cioè producono simultaneamente diverse armoniche, le somme e le sottrazioni andranno realizzate per ciascuna coppia di armoniche presenti in C e M… l’inferno è dietro l’angolo!

 

E’ necessario fare due considerazioni di ordine assai pratico:

  • la spiegazione appena riportata è, per forza di cose, mortalmente semplificata; una maggior correttezza scientifica è riscontrabile in una qualsiasi delle centinaia di migliaia di pagine web che si occupano matematicamente della FM lineare;
  • il rapporto tra indice di modulazione e quantità/ampiezza delle armoniche collaterali non è lineare, cioè non tende all’incremento indifferenziato: è invece regolato in una sua ciclicità assai particolare, dalla funzione di Bessel dell’ennesimo ordine; i lettori più sensibili al fascino numerico troveranno ampie pagnotte da sgranocchiare in giro per il web.

 

Tre problemi e tre soluzioni

Il suono FM ottenuto dal rapporto Modulante/Portante è virtualmente assai potente e permette di generare, con poca spesa numerica, quantità significative di armoniche; però, come in tutti gli strumenti musicali che devono essere dinamici, espressivi, controllabili e dotati di risultati ripetibili, è necessario poter controllare l’emissione, prevedendone la gestione.

I punti critici del sistema sono:

  • il rapporto di frequenza tra portante e modulante e, in misura minore…
  • il tipo di forma d’onda generato da portante e modulante;
  • l’andamento statico e/o dinamico del segnale audio portante (cioè dell’articolazione di nota) e modulante (cioè del contenuto armonico): il sistema deve permettere al musicista di poter variare nel tempo la quantità di segnale emessa;
  • la necessità di variare lungo l’estensione di tastiera l’emissione sonora di portante e modulante, in modo da differenziare volume (controllo sul portante) e contenuto armonico (controllo sul modulante) in base all’estensione in cui si suona. Ricordate il keyboard tracking di analogica memoria?

A tutto questo, Chowning prima e Yamaha dopo si applicarono seriamente, giungendo a un’eleganza formale che – nella DX-7 Mk I e ancora più nella Mk II – rimane per certi versi insuperata. Andiamo per ordine.

L’operatore

La FM lineare – nella versione commerciale più semplice – è concentrata attorno alle funzionalità del singolo operatore, cioè dell’oscillatore sinusoide che deve garantire accesso alle regolazioni d’intonazione e ampiezza tanto statiche quanto dinamiche. Per la regolazione statica, il discorso è assai semplice: si tratta di definire due parametri di Pitch e Output Level regolabili una tantum dal musicista; il comportamento dinamico prevede invece la disponibilità di inviluppi e oscillatori a bassa frequenza (o, se preferite, di sorgenti di controllo transienti e cicliche opportunamente regolabili); applicare un oscillatore a bassa frequenza sull’intonazione dell’operatore è semplice, sicuramente più semplice che moltiplicare il livello d’uscita del medesimo operatore per il controllo di un inviluppo o di un lfo. In questi ultimi due casi, è necessario avere un amplificatore con cui processare audio per controllo.

Ecco quindi che il nostro operatore diventa una scatola al cui interno devono esserci:

  • un generatore sinusoide controllabile in frequenza e in ampiezza
  • un ingresso per applicare controlli esterni alla frequenza sinusoide generata
  • un amplificatore con cui moltiplicare il segnale sinusoide per il controllo emesso da…
  • un generatore d’inviluppo con cui modulare il livello d’uscita dell’operatore.

L’operatore così realizzato è pronto a svolgere compiti di portante, cioè ad andare in audio definendo intonazione e articolazione del segnale definitivo, o modulante, cioè a impartire la FM lineare vera e propria sul portante, alterandone in maniera dinamicamente variabile nel tempo, il contenuto armonico finale.

Chi definisce il ruolo degli operatori? Chi sceglie se l’operatore è un portante o un modulante? L’algoritmo…

Algoritmi

Un algoritmo è un equilibrio di componenti diversi organizzati tra loro. Nel caso della Yamaha DX-7 MkI, l’algoritmo contiene sei operatori identici tra loro, che cambiano funzione in base alla posizione/ruolo occupati nell’algoritmo stesso.

Appare ovvio come, fornendo un certo numero di algoritmi accuratamente differenziati tra loro, si riuscirà a spremere il massimo dai sei operatori simultaneamente disponibili: nella macchina MkI, ci sono trentadue algoritmi pronti all’uso.

La loro varietà è calibrata per offrire comportamenti di tipo additivo (tutti e sei gli operatori sono collegati in audio e agiscono come semplici portanti), a modulante multiplo (due o più modulanti influiscono sullo stesso portante), a due o tre strutture parallele (due o tre portanti ricevono i controlli da parte degli altri operatori residui), ad albero (tutti gli operatori, tranne uno che lavora come portante, intervengono in modulazione sulla stessa destinazione).

Ciascun algoritmo è adatto ad un certo tipo di timbrica; con un poco di pratica, si arriva abbastanza velocemente al risultato desiderato.

Keyboard Scaling

Che succede se, lungo le cinque ottave d’estensione, si rende necessario variare il livello d’uscita del singolo operatore portante (variazione sul livello d’emissione) o portante (variazione nel contenuto armonico)? Semplice: bisogna ricorrere al Keyboard Scaling. La funzione KS permette di scalare il livello in uscita ai sei operatori, in maniera individuale, definendo un breakpoint – cioè una precisa nota MIDI – che servirà da cerniera attraverso due possibili curve (lineare, logaritmica, esponenziale) espresse con diversi gradi di intensità.

Se – per dire, il breakpoint corrisponde al do centrale e le due curve sono una lineare positiva a +99 per la parte sinistra e una lineare negativa a -99 per la parte destra della tastiera, il livello dell’operatore interessato decrescerà progressivamente mano mano che ci si avventura nelle tessiture più acute della tastiera. A questo punto, se quell’operatore è un portante, si abbasserà il volume della nota, se invece è un modulante, il timbro diventerà progressivamente più cupo mano mano che si sale.

Ancora una volta, con un poco di pazienza, si ottiene (quasi) tutto.

La FM oggi

Dopo un decennio di predominio assoluto, l’azione combinata dei campionatori e delle macchine in sintesi ibrida LA, HI, AWM,n eccera, segnò la fine – all’inizio degli Anni 90, del suono FM; dopo 170.000 esemplari venduti per la sola DX-7 MkI, il suono FM andava in soffitta per ritornare, com molta  parsimonia sotto forma di software FM-7 e FM-8 prodotti da Native Instruments o attraverso Ableton Operator.

Il resto è storia.

Potrete quindi immaginare la curiosità nostalgica con cui ci siamo riavvicinati alla Yamaha DX-7 MkI protagonista di questo video: riascoltare quei suoni e sottoporsi ancora una volta alla tortura di quel tipo di editing è stato come un vero e proprio balzo nel tempo. Inutile far notare quanto possano apparire oggi da incubo le procedure necessarie per ottenere il minimo accenno di risposta da parte dello strumento: tornare nuovamente sul vecchio display 16 caratteri su 2 righe potrebbe essere considerato da molti musicisti contemporanei un raffinato strumento di tortura…

Buona visione.

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Comments (40)

  • scander

    |

    Questo sito è già una miniera! :-O

    Reply

    • Enrico Cosimi

      |

      beh, cerchiamo di fare del nostro meglio!!! :-)
      grazie del feedback; se hai suggerimenti, sono i benvenuti…

      Reply

      • scander

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        E’ davvero una cosa minima e che certo non cambi la vita, ma (ri)scrivere ogni volta nick e indirizzo email per lasciare un commento non è comodissimo. E’ vero che così si dà anche al visitatore occasionale la possibilità di interagire senza noiose procedure di registrazione, ma magari si potrebbero tenere in piedi entrambe le cose: utente registrato con login e commento libero con inserimento spot di alias ed email. Comunque, ripeto, sarebbe solo la ciliegina, per tutto il resto continuate così, per quello che ho visto c’è un mare di roba e tutta di alto livello qualitativo.

        Reply

  • Enrico Cosimi

    |

    c’è tutta una (lunga) procedura antispam che, purtroppo, deve essere rispettata perchè parte integrante del template;
    non puoi avere idea della quantità di attacchi spam e non che girano per la rete!!! roba da non credere, la quantità di gente che ha così tanto tempo da perdere 😉

    Reply

  • Gennaro Giugliano

    |

    La dx7 mk1 non solo non è morta,ma vive ancorta oggi beatamente nonostante il marasma di macchine virtual analog o analog.Grandissimo synth. )

    Reply

  • mirko

    |

    Buon pomeriggio a tutti,
    vorrei chiedervi una cosa:
    mi sono invaghito di una Yamaha DX21 che vorrei acquistare per 200 euro.
    Che ne pensate di quella macchina?
    C’e’ qualcosa di importante controllare prima di procedere all’acquisto?
    Dalla ricerche che ho fatto vede che non ci sono stati altri modelli di quel synth, ad esempio come con il DX7 (vedi DX7 IID e DX7 IIFD)
    me lo confermate?

    Con infinita gratitudine

    Reply

    • Enrico Cosimi

      |

      beh, non dico proprio per la stessa cifra, ma magari per soli 50 euro in più puoi prendere la DX-7 MkI o MkII…
      perché accettare un modello minore, quando puoi avere “the real thing”?

      Reply

  • mirko

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    Ha ragione,ma se ascolto le demo su youtube mi piacciono tantissimo quelle del DX21 , un pò meno quelle del DX7.
    Da profano ho la sensazione la DX21 sia una macchina incentrata più sulle timbriche di basso e lead abbastanza aggressive e calde, mentre il DX7 mi sembra più un synth che spazia su diverse sonorità.
    Dico una sciocchezza?

    Saluti

    Reply

  • mirko

    |

    Quindi, se ho capito bene, dal punto di vista tecnico/operativo, quello che ottengo con il DX21 lo posso ottenere con il DX21?

    Grazie

    Reply

  • Enrico Cosimi

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    chorus a parte, che nella DX-7 non c’è, se prendi una DX-7 Mark II hai la stessa architettura doppia bitimbrica e, in più, hai SEI operatori contro i quattro del DX21…

    comunque, la risposta è: Si, con la DX21 puoi ottenere quello che ottieni con la DX21 😀 😀 😀

    Reply

  • mirko

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    Che sciocco sono.

    E del DX100 cosa ne pensa?

    Grazie per le risposte

    Reply

    • Enrico Cosimi

      |

      se non è per precisi limiti economici, perché prendere una macchina limitata quando si può avere il modello più potente (DX7 MkII o TX802)?

      Reply

  • mirko

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    Buongiorno a tutti,
    una domanda: ho un Yamaha DX100 e vorrei ripristinare i preset di fabbrica perché la persona che lo aveva prima ha sovrascritto certe patch.
    C’e’ un modo per fare questa operazione?

    Grazie mille

    Reply

  • Enrico Cosimi

    |

    l’unica cosa che mi viene in mente è di mettersi a cercare con google il file “DX100 factory preset” o factory settings e poi ricaricarlo…

    Reply

  • mirko

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    Io Le voglio bene.
    Grazie mille.
    Saluti

    Reply

  • mirko

    |

    Buongiorno,
    reset riuscito perfettamente e preset come nuovi. La ringrazio ancora.
    Una curiosità però: il DX100 ha un suono molto sporco pieno di scricchiolii e aria dagli 8 KHZ in su per capirci.
    Questo dipende dagli oscillatori?
    Se sì, sa forse se è possibile sostituirli con altri meno rumorosi?
    Altrimenti si possono cambiare altri componenti per correggere quei rumori nel suono?

    Grazie

    Reply

    • Attilio De Simone

      |

      Non so quanto tu abbia pagato questa DX100, ma se l’hai pagata sopra i 170 € e devi spendere altri soldi per sostituzioni (non credo comunque che il difetto che tu hai segnalato, se di difetto si tratta, sia dovuto agli oscillatori, inoltre cosa significa un suono “pieno d’aria”? potresti allegare un file audio così si comprende meglio la questione?), allora rivendila e prenditi una DX7 con la differenza (ho visto DX7 mk2 perfettamente funzionanti con prezzi compresi tra i 180 e i 240 €). Con poco di più ti porti a casa lo strumento principe della FM.

      Reply

  • mirko

    |

    Buongiorno,
    grazie per l’aiuto. L’ho pagato 90 euro. Tutte le patch (specie su ottave basse C2 – C1) suonano degradate, come se fossero a bassi bit di risoluzione piene di noise. Ma credo sia una caratteristica intrinseca del DX100 poiché tutti i video sui youtube che ho visto hanno quel tipo di suono.
    Sarebbe bello trovare qualche esperto che potesse sostituire i componenti che causano questa situazione per ottenere un suono più moderno e scevro di sporcizie.
    Domani comunque allegherò un file audio.

    Saluti

    Reply

    • Attilio De Simone

      |

      Se dici che il suono è intrinseco nello strumento e non derivante da un difetto (o presunto tale), non puoi fare nulla, salvo cambiare strumento optando per un’architettura sonora diversa. Prova ad allegare un file audio per far comprendere meglio il tipo di suono che risulta alle tue orecchie non gradito, in questo modo almeno capisci se c’è un difetto o se quel tipo di suono è tipico della sintesi FM. Comunque a naso direi che è proprio il suono dello strumento a non piacerti.

      Reply

    • Attilio De Simone

      |

      Ciao Mirko, a me sembra un suono che non presenta anomalie dal punto di vista sonoro. Questo è uno dei tipici suoni che si possono tirare fuori con la sintesi FM. Gli oscillatori funzionano come devono funzionare. Non devi cambiare nulla. O queste sonorità ti piacciono o non ti piacciono, c’è poco da fare.

      Reply

  • mirko

    |

    Grazie per l’aiuto. Una domanda: ma anche il DX7 ha un suono “sporco” di questo genere?
    Il fatto è che la sintesi FM mi piace molto a livello di armoniche prodotte e di varietà timbrica ma mi aspettavo da una macchina un pò di più pulizia.
    Trovo, ad esempio, che il plugin della Native l’FM8 abbia un suono molto pulito ma imparagonabile alla stessa famiglia hardware DX… poiché estremamente piccolo, con poca dinamica e plasticoso.
    Di contro l’hardware ha un gran calore ma è anche un pò sporco.
    Comunque ringrazio ancora, sempre gentilissimi, disponibili e preparati.

    Reply

    • MIRKUZ

      |

      CIAO! PER CASO VENDI IL DX 100???

      Reply

      • mirko

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        Ciao,
        no grazie. Alla fine mi ci sono affezionato.

        Saluti

        Reply

  • Enrico Cosimi

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    la dx7 seconda serie usa convertitori a 16 bit che sono più dettagliati e offrono meno “rumore” all’interno della nota; la dx7 prima serie lavora a 12 bit e – oggettivamente – in determinate situazioni di modulazione può presentare un bzzzz soffioso “sotto” alla nota…

    :-)

    Reply

  • Peter

    |

    Salve Enrico e salve a tutti. Grazie mille per i suoi contributi in rete sempre preziosi.. Passo al dunque..
    Da solo un annetto e poco più sono sbarcato nella sintesi..e mi ci trovo bene. Dopo una breve parentesi con Alesis Ion e Waldorf Blofeld ho iniziato a programmare un pò di suoni con un modello B del Virus Access a mio avviso insuperabile sotto molti punti di vista (lascio un ascolto..non si sa mai a qualcuno possa far piacere al al link: https://www.youtube.com/watch?v=GaPj2sk74yQ). Ora ho colto l’occasione ed ho preso un DX7iifd per una cifra a mio avviso irrisoria considerando i prezzi gonfiati che si trovano in rete (200 eurini all inclusive con manuale e custodia rigida, che fa sempre piacere). Unica pecca dopo un breve test, e spero sia cosa comune, ho notato l’uscita audio estremamente bassa del synth ( a prescindere dai diversi livelli di volume dei singoli suoni: è molto bassa!). Essendo poi costretto a tenere diciamo a 3/4 lo slide del livello volume poiché se tirato su al massimo porta un certo rumore, risulta essere allora davvero basso. Ovvio, a tutto c’è rimedio..ma volevo comunque chiedere se suddetto livello output scarso sia caratteristica del synth. Per ora ho provato solo le patches della memoria interna.. Spero che seppur datato il suo post, sia ugualmente attivo)) grazie 1000

    Peter

    Reply

    • Enrico Cosimi

      |

      di solito, la dx7 ha un livello paragonabile a quello di altre macchine; tra l’altro, è veramente seccante salvare le patches con un volume più basso, quindi scarterei l’ipotesi che sia una cosa voluta.

      per sicurezza, io terrei al massimo il volume in uscita – prova a pulire lo slider con uno spray contact cleaner e, già che ci sei, spruzzalo anche nelle prese audio di uscita (magari, sono solo ossidati i contatti)

      poi, prova a alzare il guadagno in ingresso sul mixer

      Reply

  • peter

    |

    Che tempestività!..:)

    ok..allora proverò a pulire slider e uscite audio, e speriamo bene..

    Per essere più precisi il volume inizia a sentirsi ad 1/3 dello slider (prima no) e a 2/3 inizia il rumore…con un livello che se viro diretto in scheda e provo a registrare è improponibile..)) Quindi è udibile solo nel secondo terzo..vabè

    Ad ogni modo è davvero una bella macchina che non delude neppure con il più semplice dei suoni..

    synth caldo e tagliente.

    Grazie ancora intanto..

    Reply

  • Enrico Cosimi

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    magari, si risolve tutto sostituendo lo slider…

    Reply

  • peter

    |

    Salve Enrico..

    può anche darsi in effetti..
    in effetti penso si comporti stranamente.

    Non avendo mai provato un Dx7 prima d’ora..non saprei dire..però è strano.

    Essendo un vero novizio della programmazione FM reputo insolito un’altro aspetto, che forse non è. Andando a salvare una voice modificata da me, seguo la procedura rientrando dalla modalità Edit alla modalità Play; prima di eseguire Store+Internal memory+ N.voce, nel momento in cui premo il tasto Single che mi porta appunto in modalità Play, il suono si altera. Non ritorna quello di partenza ( la voice da cui ero partito a modulare), bensì resta si quello da me editato… ma riaccende tutti gli operatori che io avevo volontariamente messo su OFF .

    Ma dovendo ancora approfondire, penso sia insito nella programmazione..penso!?!%$£!=?

    Aggiorno sull’esito dello slider.. :)

    Reply

  • Roccuzzo

    |

    Domanda un po’ sciocca è un po’ timida.
    Sto cercando un dx7 prima serie.
    Ci sono delle magagne tipiche da controllare al momento della prova?
    Grazie in anticipo a chi mi vorrà aiutare

    Reply

  • Enrico Cosimi

    |

    banalmente…
    tutti i tasti delle cinque ottave devono suonare,
    tutti i tact switches devono “fare qualcosa” quando li premi;
    sia il volume che il data entry devono cambiare morbidamente quando li muovi;
    l’uscita audio non deve scrocchiare;
    gli ingressi di controllo devono funzionare
    le 32 memorie di bordo devono contere suoni “compiuti” e non valori casuali;

    oltre alla tastiera, dovrebbero darti:
    manuale cartaceo
    leggio
    due cartridge ROM con 64 + 64 timbri factory

    Reply

    • Roccuzzo

      |

      grazie mille!

      Reply

  • dolce salvatore

    |

    ciao enrico o una dx7 2d o un problema sulla mia dx quando sciaccio il tasto della cartuccia in dotazione per caricare i dati mi esce la scritta format error pensavo fosse la cartuccia e ne o comprata un altra ma succede la stessa cosa potresti aiutarmi tu perfovore grazie

    Reply

    • Enrico Cosimi

      |

      ciao Salvatore, non ricordo se le cartucce RAM richiedano formattazione prima di essere usate (è passato veramente tanto tempo e, al loro posto, usavo i dischetti…)
      sono cartucce originali Yamaha?

      (potrebbe essere anche un banale problema di sporcizia nei contatti dello slot, che non fa leggere “bene” la cartuccia rendendola irriconoscibile alla macchina)

      Reply

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