آوای ایرانیان: بنا بر تصویب اعضای شورای سیاست گذاری “آوای ایرانیان” ، سلسله مقالات پژوهشی “سازشناسی” به عنوان یکی از جامع ترین و کامل ترین مباحث در خصوص “سازشناسی” و تاریخچه سارها در چندین قسمت برای استفاده بهینه برای دانشجویان رشته های موسیقایی و همچنین هنرجویان و علاقه مندان به هنر  موسیقی توسط گروه گردآونده آوای ایرانیان منتشر میشود.
شورای سیاست گذاری این مجموعه امیدوار است که این مقالات که با همت گروه گردآوردنده  “آوای ایرانیان” در استان فارس به سرپرستی دکتر جهاندار مهرافشا سایت های معتبر جمع آوری شده مورد استفاده بهینه مخاطبان قرار گیرد.

سینتی سایزر دستگاهی با اجزاء الکترونیک است که می‌تواند صدا را ایجاد، تبدیل و مهار کند. سینتی‌سایزر قادر به پدید آوردن گستره‌ای بسیار متنوع از صداهای موسیقائی و غیرموسیقائی است و مهار کامل زیر و بم، رنگ، شدت و کشش صداها را برای آهنگساز ممکن می‌کند. سینتی‌ سایزرها را اغلب می‌توان با شستی‌هائی ‘نواخت’ که این نیز امتیازی دیگر نسبت به مکانیسم‌های استودیوی صوتی است.

سینتی سایزر یک ساز الکترونیکی می باشد که از یک یا چند جنراتور صدا تشکیل شده است .این جنراتور ها بخش اصلی تولید فرمهای مختلف امواج صوتی برای پردازش و ترکیب در مراحل بعدی جهت تولید صدای مورد نظر هستند . تاریخ ساخت نخستین سینتیسایزر به سال ۱۸۷۶ میلادی توسط Elisha Gray باز میگردد. وی سازنده و مخترع اولین نسل تلفن نیز می باشد(۱۹۲۰میلادی).امروزه سینتیسایزرها به دو شکل آنالوگ و دیجیتال وجود دارند.

سینتی سایزرها از نظر ابعاد و توانائی با یکدیگر متفاوت هستند. برای نمونه، میلتن بیت (Milton Babbitt) در خلق کمپوزیسیون برای سینتی‌سایزر (که در مبحث سدهٔ بیستم به آن می‌پردازیم) سینتی‌سایزری عظیم (و بی‌نظیر) را به‌کار گرفت که در ساخت آن از لامپ خلأ استفاده شده است و سراسر یک دیوار از مرکز موسیقی الکترونیک کلمبیا – پرینستن در نیویورک را اشغال می‌کند. در دهه‌های ۱۹۶۰ و ۱۹۷۰ سینتی‌سایزرهای کوچک‌تر و ارزان‌تر ترانزیستوری ساخته شدند که موگ (Moog) و باچلا (Buchla) نمونه‌های آن هستند؛ چنین سینتی سایزرهائی در استودیوهای موسیقی الکترونیک، دانشگاه‌ها و بنگاه‌های تبلیغاتی نصب شد، در کنسرت‌های زندهٔ راک و موسیقی الکترونیک نواخته شد و برای خلق موسیقی فیلم‌های سینمائی و تلویزیونی به‌کار آمد. امروز سینتی‌سایزرهائی بسیار پیشرفته که از توانائی‌های کامپیوتر نیز بهره می‌گیرند ساخته شده است و چندین تکنولوژی گوناگون در آنها به‌کار گرفته می‌شود.

سینتی سایزرها از تکنولوژی ها و الگوریتمهای مختلفی جهت تولید صدا استفاده می کنند که به این ترتیب به چند دسته تقسیم بندی می شوند:

سنترآنالوگ (Analog Synthesis): سنترآنالوگ (Analog Synthesis) قدیمی‌ترین تکنولوژی به‌کار رفته در سینتی‌سایزرها که تا حدود ۱۹۸۰ بر موسیقی الکترونیک سیطره داشت – آمیزه‌ای از صداهای پیچیده را که به کمک فیلترهای صوتی پرداخت شده است به‌کار می‌گیرد. این تکنولوژی نیز، مانند هر تکنولوژی آنالوگ، مبتنی بر ارائه داده‌ها به‌صورت مقادیر سنجش‌پذیر فیزیکی – در این مورد، مشخصه‌های فیزیکی امواج صوتی – است.

سنتز دیجیتال مدولاسیون فرکانس (اف ام – Digital frequency modulation (FM) synthesis) توسط جان چاونینگ (John Chowning) ابداع شد و امتیاز آن را کمپانی یاماها خریداری کرد و از آن پس در سازهای الکترونیک یاماها به‌کار رفته است. این تکنولوژی نیز مانند دیگر تکنولوژی‌های دیجیتال (رقمی) مبتنی بر ارائه مقادیر فیزیکی – در این مورد، مختصات نقاط منحنی‌های صوتی – به‌صورت عدد است.

subtractive synthesis یا سینتیسایزر با الگوریتم کاهنده بر مبنای فیلترینگ هارمونیکهای غنی فرمهای موج صوتی پایه گذاری شده اند. از این نمونه میتوان به Moog synthesizer اشاره نمود .

additive synthesis یا سینتیسایزر با الگوریتم افزاینده برای ساختن صدا از افزودن هارمونیکهای وابسته به فرم موج اولیه استفاده میکند. از معروفترین این نمونه میتوان به ارگ هاموند Hammond organ اشاره نمود. این سینتیسایزرها پایه اصلی سینتیسایزرهای ویوتیبل محسوب می شوند .

wavetable synthesis بر اساس تولید صدا از تکثیر متناوب یک موج مستقل دایره ای عمل می نمایند.

frequency modulation synthesis از وارد کردن دو دسیگنال کوچک جنراتور برای ساخت یک صدا استفاده می نماید.

phase distortion synthesis یک روش تولید صدا در Casio CZ synthesizers می باشد .

Granular synthesis یک گونه از سینتی سایزر است که پایه آن دستکاری  نمونه های اسلایس خیلی کوچک می باشد.

physical modeling synthesis سینتی سایزری است تشکیل شده از یک گروه معادل و هم الگوریتم بر ایجاد صداهایی معادل سازهای واقعی.

sample-based synthesis . سورس این نوع سینتی سایزر همان صدای ضبط شده از یک ساز واقعی است که به صورت دیجیتال کدگذاری شده با سرعت و فرمهای مختلفی برای ایجاد صداهای گوناگون مورد استفاده واقع می شود.

قرار گرفتن نمونه‌هائی کوچک از صداهای واقعی ضبط‌ شده با روش دیجیتال در مهار شستی‌های سینتیسایزر، نمونه‌سازی (Sampling) را که نیز به‌عنوان یکی از تکنولوژی‌های کاربردی در سینتی‌سایزر درآورده است؛ با آنکه چنین صداهائی را می‌توان هنگام بخش به‌دلخواه دچار تغییر و تبدیل ساخت، اما در نمونه‌سازی، سنتز به معنای حقیقی وجود ندارد. نمونه‌سازی را می‌توان شکلی پیشرفته از پیوند صداها بر نوار استودیوئی دانست: تکنیکی‌ که به آهنگساز امکان می‌دهد تا به ضبط دیجیتال تکه‌های کوچک صوتی (با همان ‘نمونه‌ها’ ) بپردازد و سپس آنها را بپروراند. نمونه‌سازی بخشی جدائی‌ناپذیر از کار سینتی‌سایزرهای نه چندان گران‌قیمت متصل به کامپیوتر و نیز یکی از مهم‌ترین جنبه‌های ساخت موسیقی الکترونیک امروزی است.

یکی از پیشرفت‌های چشمگیر در تکنولوژی سنتز صدا با عنوان رابط دیجیتال سازهای موسیقی (میدی – Musical (instrument diital interface (MIDI). شناخته می‌شود: استانداردی سخت‌افزاری که توسط سازندگان تجهیزات موسیقی الکترونیک برای اتصال وسایل الکترونیک اجراء موسیقی به سینتی سایزر اختیار شده است. میدی امکان آن را فراهم آورده تا مکانیسم نواختن و ایجاد موسیقی به واقع از یکدیگر جدا شوند؛ امروزه شستی‌هائی مشابه شستی‌های پیانو، مهارکننده‌های (Controllers) سازهای بادی چوبی و مهارکننده‌های زهی که هر سه مانند سازهای اصلی به‌کار می‌روند، از وسایلی هستند که برای نواختن موسیقی الکترونیک به سینتی‌سایزر متصل می‌شوند. همچنین با هر کدام از سازهای میدی که به کامپیوتر شخصی (PC) متصل باشند می‌توان سیگنال‌هائی را وارد کامپیوتر کرد یا به آنها از کامپیوتر سیگنال‌هائی فرستاد و استفاده‌کننده می‌تواند به ذخیره و ویرایش موسیقی بپردازد، نت‌هائی را که نگاشته به موسیقی بدل کند یا نت‌هائی را که نواخته است بر نمایشگر دیده یا از چاپگر دریافت کند.

– کامپیوتر: کامپیوتر سومین و متأخیرترین رده از وسایل الکترونیک است که برای پدید آوردن و نیز ضبط موسیقی به‌کار گرفته شد؛ پس از استودیوی صوتی و سینتی‌سایزر بود که کامپیوتر برای خلق، اجراء و ضبط موسیقی تکامل یافت و به‌کار گرفته شد. از آنجاکه امواج نوسانی سازندهٔ صدا را می‌توان به‌صورت مجموعه‌ای از اعداد (مشخصه‌های فیزیکی) نشان داد، کامپیوتر را می‌توان چنان برنامه‌ریزی کرد که مشخصه‌های صوت را از آهنگساز دریافت کند و سپس آنها را به اعداد متناظر با این مشخصه‌ها تبدیل نماید. سرانجام، اعداد از طریق یک مبدل کامپیوتری به صداهائی قابل شنیدن و قابل ضبط بر نوار صوتی بدل می‌شوند.

دهه‌های ۱۹۷۰ و ۱۹۸۰ دههٔ پیشرفت تکنولوژی در ساخت کامپیوترهای کوچک بود، کامپیوترهائی که آهنگساز را قدر می‌ساخت تا موسیقی برنامه‌نویسی شده را در همان لحظه بشنود؛ کامپیوترها از آن پس باز هم پیشرفته‌تر شده‌اند. سنتز موسیقی (به‌طور عمده، ایجاد صداهائی که با هیچ شیوهٔ دیگری قابل دستیابی نیستند)، کمک به آهنگساز در نُت‌نگاری (مطابق قواعد منتخب آهنگساز)، ذخیره‌سازی نمونهٔ سیگنال‌های صوتی و مهار مکانیسم سنتز صدا، برخی از کاربردهای کامپیوتر در موسیقی است.

جداسازی کامل وسایل و روش‌های گوناگون مورد استفاده در موسیقی الکترونیک مدرن از یکدیگر آشکارا نه ممکن است و نه فایده‌ای دارد: تمایز میان تکنولوژی سینتی‌ سایزر و تکنولوژی کامپیوتر تمایزی روشن و مشخص نیست. استودیوهای موسیقی الکترونیک برای دسترسی به صداهائی هر چه متنوع‌تر و نیز مهار بیشتر آهنگساز بر آنها، امروزه گستره‌ای متنوع از دستگاه‌های همبستهٔ الکترونیک مانند دستگاه‌های ضبط، سینتی سایزر، کامپیوتر و دستگاه‌های میکس و فیلترهای صوتی را در خود جا داده‌اند.

تمام این دستگاه‌ها، امکان بهره‌برداری آهنگساز را سراسر طیف صوتی به‌گونه‌ای بی‌سابقه فراهم می‌آورند. با این همه، کیفیت موسیقی خلق شده هنوز نیز به تخیل و نیروی سازمان‌بخش ذهن انسان بستگی دارد.

در تعریفی علمی سینتیسایزر به سیستم الکترونیکی گفته می شود که نوسانات الکترومغناطیسی با فرکانس انتخابی را به صورت دقیق تولید می کند. سینتیسایزر برای تولید نوسان دلخواه از یک نوسانساز (اسیلاتور) دقیق (معمولا کریستالی) و یا یک سیگنال زمانبندی مرجع به عنوان ورودی استفاده می کند و در یک بازه فرکانسی می تواند نوسانهایی با فرکانس مطلوب را بر اساس سیگنال مرجع به صورت دقیق و قفل شده تولید کند.

سینتیسایزرها برای تولید نوسانات تک فرکانس قابل تنظیم (در سیستم های رادیویی) یا مجموعه ای از نوسانات ترکیب شده (سینتی سایزهای چندکاناله در سیستم های صوتی) به کار می روند. این مدارات امروزه در وسایل الکترونیکی زیادی از قبیل انواع گیرنده‌ها و فرستنده های رادیویی، سیستم های رادیویی ماهواره ای و جی پی اس، لوازم موسیقی الکترونیکی و تجهیزات صوتی دیجیتال مانند کارت های صوتی کامپیوترها استفاده می‌شوند.

اصول سینتی سایزرهای PLL

یک حلقه فاز قفل شده کاری را برای فرکانس می‌کند که کنترل گین خودکار (AGC) برای ولتاژ انجام می‌دهد ، حلقه فاز قفل شده فرکانس دو سیگنال را مقایسه می‌کند و یک سیگنال خطا متناسب با تفاضل فرکانس دو ورودی ، می‌سازد. سیگنال خطا برای راه اندازی یک ولتاژ کنترل اسیلاتور (VCO) که یک خروجی فرکانس دارد استفاده می‌شود . خروجی فرکانس VCO از تقسیم کننده فرکانس عبور داده شده و به ورودی سیستم باز می‌گردد که یک حلقه فیدبک منفی می‌سازد . اگر خروجی VCO از فرکانس خود خارج شد سیگنال خطا افزایش خواهد یافت در نتیجه PLL فرکانس را در معکوس آن فرکانس تغییر می‌دهد تا سیگنا خطا را کاهش دهد ، بنابراین خروجی در فرکانس ورودی دیگر قفل می‌شود . این ورودی را مرجع (Reference) می‌نامند و توسط اسیلاتور بسیار باثبات کریستالی تامین می‌گردد .

مسئله اساسی و کلیدی به جهت تولید فرکانس‌های مختلف در سینتی سایزر تقسیم کننده بین ورودی و خروجی فیدبک است ، این تقسیم کننده معمولاً کانترهای دیجیتالی می‌باشد که خروجی سیگنال سینتی سایزر نقش کلاک را برای کانتر ایفا می‌کند .کانتر با قرار دادن مقدار اولیه و کلاک ورودی ، به سمت پایین می‌شمارد ، وقتی کانتر به صفر رسید ، خروجی کانتر تغییر وضعیت داده و مقدار کانتر دوباره بار گذاری می‌شود . این مدار واضح است که توسط فلیپ فلاپ‌ها اجرا می‌شود ، زیرا طبیعت این مدار دیجیتالی است و ارتباط دهی آن با دیگر قطعات دیجیتالی و میکروپروسسورها ، آسان می‌باشد . توسط سینتی سایزر ، فرکانس خروجی ، توسط سیستم دیجیتالی ، کنترل می‌شود .

مثال

برای سیگنال مرجع ۱۰۰KHz و تقسیم کننده بتواند هر مقداری بین ۱ تا ۱۰۰ قرار داده شود . سیگنال خطا توسط مقایسه کننده تولید می‌شود و وقتی خروجی تقسیم کننده ۱۰۰KHz باشد سیگنال خطا صفر خواهد شد . به این منظور VCO باید در فرکانس «۱۰۰KHz× مقدار کانتر» کار کند . بنابراین VCO خروجی ۱۰KHz را برای تقسیم ۱ ، ۲۰۰KHz برای تقسیم ۲ ، ۱ MHz برای تقسیم ۱۰ و به همین ترتیب ، توجه فرمائید که نمام مضرب‌های فرکانس مرجع به دست می‌آید .

در کاربرد این نوع از سینتی سایزر نمی‌توان در پهنای رنج بالایی از فرکانس‌ها کار کرد زیرا مقایسه کننده یک پهنای باند محدودی خواهد داشت که ممکن است به وضعیت قفل اشتباه یا یک ناتوانی قفل در تمامی موارد منجر شود . بعلاوه ساخت VCO با رنج وسیع در فرکانس بالا کار دشواری است ، این دشواری از چندین فاکتور ناشی می‌شود اما ابتدایی ترین مشکل محدودیت رنج خازنی در دیود واراکتور می‌باشد . به هر حال در بیشتر سیستم‌های تحت سینتی سایزر ما نمی‌توانیم رنج وسیعی داشته باشیم اما حدود معینی را در محدوده رنج تعریف شده همانند کانال‌های رادیویی در یک باند مخصوص ، را می‌توانیم داشته باشیم .

پرسی کالر مدول دوبل (Dual – Modulus Prescaler)

در بسیاری از کاربردهای رادیویی به فرکانسی نیاز است که بیشتر از فرکانسی که می‌تواند به ورودی کانتر داده شود ، باشد . برای مغلوب شدن بر این فرکانس ، تمام کانتر ممکن است از عناصر منطقی پر سرعت (ECL) یا عناصر معمول برای پایه ریزی استفاده شود . استفاده از یک مرحله تقسیم با سرعت بالا ، را پرسی کالر (Prescaler) می‌نامند . که سطح فرکانس قابل کنترل را کاهش می‌دهد،بدین معنی که به ازاء هر پله میزان تغییرات کمتری در خروجی ایجاد می‌شود. زمانی که پرسی کالر بخشی از خارج قسمت کلی باشد ، یک پرسی کالر ثابت می‌تواند باعث ایجاد مشکلاتی در طراحی یک سیستم با کانال‌هایی در اختلاف فرکانسی کم ، بوجود آید ، مخصوصاً در مواجهه با کاربردهای رادیویی این امر به وضوح مشکل ساز است ، این مشکل توسط یک پرسی کالر مدول دوبل (Dual – Modulus Prescaler) ، رفع می‌گردد . جهات بیشتر عملی ، نگرانی‌های دیگری همچون ، زمان سوییچ سیستم ار کانالی به کانال دیگر ، زمان قفل شدن ، زمانی که اولین سوییچ انجام شده باشد ، چه مقدار نویز در خروجی موجود می‌باشد ، را به ما اعلام می‌دارد . تمام این مسائل از عملکرد فیلتر حلقه سیستم ، نشات می‌گیرد ، که از فیلتر پایین گذر قرار داده شده بین خروجی مقایسه کننده فرکانس و ورودی VCO ناشی می‌گردد . معمولاً خروجی مقایسه کننده فرکانس در فرم پالس خطاهای کوتاه است ، اما ورودی VCO باید یک ورودی صاف DC بدون نویز باشد .(هر نویزی دراین سیگنال باعث مدولاسیون فرکانس در VCO می‌شود) . فیلترینگ سنگین سرعت پاسخ دهی VCO در تغییرات را کاهش خواهد داد ، باعث انحراف فرکانسی و کاهش سرعت پاسخ دهی می‌شود ، اما فیلترینگ سبک ، نویز و دیگر مسایل با هارمونیک‌ها را ایجاد خواهد کرد . بنابراین طراحی فیلتر در کارایی سیستم نقش مهم و اساسی دارد ، در واقع قسمت اصلی که طراح در هنگام ساخت یک سینتی سایزر فرکانس مواجه می‌شود ، همین فیلتر است .