Bugman world

2-4. 필터-1 

 필터(filter)는 우리가 평소에 쓰는 말 그대로 무엇인가를 걸러내고 원하는 것만 통과시키는 장치입니다. 신디사이저에서는 원하는 주파수 대역만 남기고 나머지는 버리는 장치로 이해하면 됩니다. 초기에 발생시킨 소리가 필터를 거치면서 개성을 갖고 음악적으로 변형되며, 사운드의 핵심을 만들어주는 중요한 부분입니다. 아날로그 계열의 신디사이저에서는 VCF라고 표시되기도 하며 이는 Voltage Controlled Filter의 약자로 아날로그 악기는 전압으로 필터를 컨트롤 하고 있었기 때문에 이렇게 표시하였습니다.

 (1) 필터의 종류
 필터는 원하는 주파수를 기준으로 그 이상, 이하 혹은 그 대역만 남기고 나머지는 없에는 역할을 하며 이에따라 몇가지로 분류합니다. 여기에서 그 없에는 정도에 따라서 다시 몇 가지 종류로 나누어 집니다.

 1) Low Pass filter
 신디사이저의 필터부에 LP라고 표시되어 있는 필터입니다. 기준주파수를 중심으로 낮은 부분만 남기고 높은 부분은 잘라버립니다.

2-3. 오실레이터-2

할 수 있습니다.

사인파의 시메트리 변화에 따른 파형의 변화.

펄스파형의 시메트리가 변화할 경우 배음의 변화.

3) 오실레이터의 음정을 결정.
 인터벌은 오실레이터의 음정을 변화 시킵니다. 1수치당 반음의 간격으로 음정이 높아지거나 낮아집니다. +12는 한 옥타브 위, -12는 한 옥타브 아래의 음정으로 변화합니다.

(4) osc1 이 osc2에 미치는 FM(frequency modulation)의 양을 결정
 FM노브는 오실레이터1이 오실레이터2의 음정을 모듈레이트하는 양을 결정합니다. 오실레이터2가 캐리어, 오실레이터1이 모듈레이터가 됩니다. 오실레이터2에 있는 파형이 가질 수 없는 여분의 파샬을 더할 수 있으며, 오실레이터 1과 2의 음정이 옥타브 관계가 아닐경우 음정에도 영향을 미칩니다.

 FM에 따른 파형의 변화. 오실레이터2의 음정이 오실레이터 1의 주기에 따라서 변화합니다. 파라미터의 수치가 커지면 변화하는 음정의 폭이 커집니다. 위 그림은 오실레이터 2의 음만 들리도록 한 경우로 오실레이터 1, 2의 음이 동시에 들리도록 세팅하면 변화의 양상은 더 복잡해 집니다.

(5) osc2의 미세튜닝.
 디튠 노브는 오실레이터2의 미세튜닝을 결정합니다. 같은 인터벌을 갖고 미세튜닝이 달라지면 맥놀이 효과로 인해서 시간에 따라 음이 흔들리는 것과 같은 효과를 줄 수 있습니다.

(6) sync.
 싱크버튼은 오실레이터 2의 주기를 오실레이터1의 주기와 싱크(synchronize)시킵니다. 오실레이터 1의 파형이 한 주기를 마칠때마다 오실레이터 2의 파형은 다시 시작됩니다. 결과적으로 음정은 오실레이터 1과 같아지며, 두 오실레이터의 음정간격이 옥타브 관계인 경우는 별 영향이 없지만 옥타브 관계가 아닐 경우 오실레이터 1의 배음이 아닌 파셜이 음에 더해집니다.

 오실레이터 싱크의 개념도. osc2가 osc1에 싱크되면 osc1의 한 주기마다 osc2는 다시 시작됩니다.

* LFO의 싱크버튼은 LFO의 주기를 시퀀서의 템포와 동기 시키겠는가 라는 기능으로 사용되는 것이 많기 때문에 LFO의 싱크기능과는 다릅니다.

2-2. 오실레이터.

 오실레이터는 가공하기 전 초기소리를 만들어내는 부분입니다. 감산합성 방식에서는 배음이 풍부한 초기소리를 만들고 이 소리를 필터로 걸러내어 원하는 부분만 남기고 잘라버리는 방식으로 소리를 만들어내게 되는데, 이 '배음이 풍푸한 초기소리'를 만들어내는 것이 오실레이터의 역할 입니다. 신디사이저에 따라서는 VCO라고 표현되는 경우도 있는데, 이것은 Voltage Controlled Oscillator의 약자로, 아날로그 신디사이저의 경우 오실레이터의 콘트롤이 전압에 의해서 이루어졌기 때문에 이렇게 표시하기도 했습니다.

(1) osc1, 2의 파형을 결정.
 오실레이터가 발진시킬 기본 파형을 결정합니다.SF synth에서는 osc1은 pulse, triangle, sine, noise를 osc2는 pulse, sawtooth, triangle, sine 파형을 발진시킬 수 있습니다.

1) sine파.
가장 기본이 되는 파형으로 기음만 존재하고 배음이 없는 순수한 형태의 파형.

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2) soundforum synth의 기본구조.

7) 피지컬 모델링(Physical modeling) 방식

 피지컬 모델링 방식은 여타 신세시스 방법과 접근방식에서 차이를 갖고 있다. 피지컬 모델링은 기존에 존재하고 있던 악기가 소리를 내는 방식을 물리적으로 연구하고 이것을 수식화하여 이 수식에 의하여 소리를 만든다. 어쿠스틱 악기의 음색은 전적으로 악기의 물리적 형태에 의하여 결정된다. 물리적 형태가 소리에 미치는 영향을 연구하여 이를 수식화 하면 계산에 의해서 기존 어쿠스틱 악기의 소리를 시뮬레이션 하는 것이 가능하다. 이런 원리를 이용한 것이 피지컬 모델링 방식이다.

 사람의 목소리를 생각해본다면, 우선 최초의 진동을 만들어 내는 성대가 있고 그 진동은 성대의 형태와 크기, 성대를 통과하는 공기의 부피, 속도 등에 의하여 결정된다. 성대를 통해서 만들어진 소리는 입을 통과하면서 혀, 치아, 입 내부 근육이 만들어내는 형태, 코 등에 의하여 변조된다. 그리고 이 변조된 소리는 다시 성대에 영향을 미쳐서 성대에서 최초에 만들어지는 소리의 음색에 영향을 준다. 소리가 입을 통해 밖으로 나올때 까지 이런식의 피드백이 계속해서 이루어져서 궁극적으로 사람의 목소리를 만들어 내게되며, 이런 피드백에 의한 소리의 발생과 변조는 대부분의 악기에서 모두 이루어진다. 피지컬 모델링은 성대를 통과하는 공기의 양이 변한다면? 혹은 입이 커진다면? 등 소리가 일어나는 과정에서 발생하는 소리의 변화를 수식화 하여 이를 통하여 음색을 만들고 변조시키는 과정을 갖게 된다. 이를 통해서 더 실제악기에 가까운 음색의 변화를 표현할 수 있게 된다. 음색을 에디팅하는 유저가 신세시스 고유의 언어를 이해하지 못하고 있더라도 어쿠스틱 악기를 묘사하는 언어에 의해서 에디팅에 접근하는 것이 가능하기 때문에 원하는 음색을 얻기 위해서 접근하는 인터페이스의 측면에셔 좀더 어쿠스틱 악기에 가까운 작업을 수행할 수 있다.

 피지컬 모델링 방식은 DSP (Digital Signal Processing) 을 이용하여 소리를 낼때 발생하는 수많은 파라미터들을 동시에 계산해야하기 때문에 1990년대 중반에 와서야 실용화 되었으며, 초기에는 모노포닉 (monophonic) 악기만 있었다. 샘플리플레이 방식의 신디사이저에 비하여 동시발음수나 실용적인 측면에서 떨어지기 때문에 많이 대중화 되지는 못했으나, 컴퓨터 연산능력의 증대에 따라 발전가능성이 많은 미래의 신세시스 방법이라고 할 수 있다.

6) 샘플러 (Sampler)

 샘플러 방식은 샘플리플레이 방식의 확장된 형식으로 디지털로 녹음된 파일을 로딩하여 플레이 하는 장치를 오실레이터로 사용하는 방식이다. 오실레이터에 붙박이로 정해진 소리가 들어있지 않기 때문에 원하는 소리를 그때그때 오실레이터로 불러서 사용하는 것이 가능하다는 것이 가장 큰 특징이다. 사용자가 직접 작성한 데이터를 로딩하는 것도 가능하며 샘플러를 위해 녹음된 디지털 파일을 전문적으로 발매하는 회사도 있다.

 샘플 리플레이 방식은 소리가 미리 저장된 ROM 방식의 메모리를 장착하지만 샘플러는 RAM을 사용하여 읽고 쓰는 것이 가능하며 기기의 전원을 끄면 데이터는 날아가고 다시 로딩할 수 있는 상태가 된다.

 같은 메모리를 갖고 있는 샘플리플레이 방식에 비해서 모든 용량을 특정한 악기의 데이터에 할당하는 것이 가능하기 때문에 큰 크기의 데이타도 오실레이터로 사용할 수 있고 이전 어느 방식의 신디사이저 보다 어쿠스틱 악기의 소리에 가까운 소리를 내는 것이 가능하며, 사용자가 직접 채집한 데이터를 사용할 수 있다는 점이 가장 큰 장점이다. 또한 각 메이커의 샘플러 별로 사용할 수 있는 음원 모음집이 발매되고 있어서 이를 통하여 무한대에 가까운 라이브러리를 구축하는 것이 가능하다. 현재는 예전 아날로그의 악기부터 오케스트라, 각 지역의 민속악기 등 수 많은 음원들이 제품으로 발매되어 사용되고 있으며, 직접 녹음된 음성이나 효과음을 퍼커션이나 악기로 사용하는 등 각 장르의 음악제작 부분에서 활발히 이용되고 있다.
 
 또한 근래에 보편화된 컴퓨터를 이용한 소프트웨어 샘플러는 종래에 사용하던 디스켓이나 씨디롬의 용량의 한계를 뛰어넘어 하드디스크에서 데이터를 직접 스트리밍하여 사용하는 방식을 개발하여 예전에는 보기 힘들었던 기가바이트 단위의 데이터를 오실레이터로 이용하는 것이 가능해졌다.

 근래에는 메이저 회사의 플래그쉽 신디사이저들 대부분이 옵션을 통해서 샘플러 기능을 추가하여 자사의 신디사이징 엔진을 이용한 샘플러를 구현할 수 있도록 하고 있고 샘플러의 기능만을 담은 신제품의 출시는 드물어졌고 편리한 파일관리와 고용량 샘플을 다룰 수 있다는 점 때문에 컴퓨터 기반의 소프트웨어 샘플러가 폭넓게 사용되고 있다. 한편 뮤지션 중에 특정한 하드웨어 샘플러의 특이한 질감을 위해서 사용하는 경우는 종종있으며 시퀀서와 샘플러를 결합한 Akai의 MPC시리즈 등은 꾸준히 사용되고 신제품도 발매되고 있다.

E-mu

Emulator III

5) FM방식

 FM방식은 Frequency Modulation의 약자로 한 오실레이터가 다른 오실레이터의 음정을 모듈레이션 할때 발생하는 사이드밴드를 이용한 신세시스 방법이다. 이때 두 오실레이터의 음정(주파수)배율에 따라서 사이드밴드의 성분이 변하는데 이를 통해서 음색을 변화시킨다.

 위의 그림이 간단한 FM신디사이저의 다이어그램이다. 모듈레이션을 받는 쪽의 오실레이터를 캐리어라고 하고 모듈레이션의 소스가 되는 오실레이터를 모듈레이터라고 부른다. 모듈레이터는 캐리어의 음정(주파수)을 모듈레이트하며 믹서의 세팅에 따라서 캐리어와 모듈레이터 각각의 소리 모두가 오디오 아웃으로 출력될 수 있다.

 FM 신디사이저의 특징은 모듈레이터와 캐리어의 주파수 관계에 따라 발생하는 사이드 밴드의 성분인데 캐리어의 주파수를 C, 모듈레이터의 주파수를 M이라고 하면 이때 발생하는 사이드 밴드S는 ...M-3C, M-2C, M-C, M, M+C, M+2C, M+3C...등 M+-nC 의 성분을 갖게 된다. 이 공식에 의하면 FM 신세시스에 의하여 발생하는 사이드밴드는 통상의 오실레이터가 발생시키는 정수배의 배음이외의 복잡한 성분의 주파수를 가질 수 있으며 이런 사이드밴드의 주파수 성분에 의해서 금속성의 소리같은 복잡한 배음구조를 갖고 있는 소리를 만들 수 있다. 배음의 성분은 M/C 의 비율에 의해서 배음의 양은 모듈레이션 양(모듈레이터의 음량)에 의해 결정된다.

 FM신디사이저는 1983년 YAMAHA에서 발매된 DX7이라는 신디사이저에 의해 본격적으로 실용화 되었다. 6개의 디지털 사인웨이브 오실레이터를 장비하고 이를 직렬, 병렬로 연결한 다양한 알고리즘을 제공했으며 유니크한 사운드와 저렴한 가격으로 난해한 에디팅에도 불구하고 전세계적으로 많은 인기를 끌었다. FM방식은 현재에도 Native Instrument에서 발매된 FM7, FM8 등의 vstI로 폭넓게 사용되고 있다.

Yamaha DX-7

3) Wavetable 방식 

  감산합성 방식의 아날로그 신디사이저에서 사용하는 오실레이터는 특성상 정수배나 홀수배의 배음을 갖고 있는 파형밖에 생성할 수 없었다. 그래서 금속성의 소리처럼 좀더 복잡한 사이드밴드를 갖고 있는 소리를 합성할 수 없다는 태생적인 한계를 갖고 있었다. 이러한 한계를 극복하기 위해서 디지털 기술의 여명기에 잠시 등장했던 방식이 웨이브테이블 방식의 신세시스로 전자회로에 의해 파형을 발생시키는 오실레이터부를 디지털로 메모리에 녹음된 파형을 재생하는 방식으로 대체한 것이다. 디지털과 아날로그의 하이브리드 형태로 오실레이터를 제외한 필터나 앰프부는 여전히 아날로그 방식의 회로를 이용하고 있었다, 이후 메모리의 용량과 프로세서의 파워가 커지면서 PCM방식 신디사이저로 발전하게되는 현대 신디사이저의 모체가 된 신세시스 방식이다.

 상용화 될 당시의 디지틀 기술의 한계로 저장할 수 있는 용량은 극히 작았기 때문에 현재의 신디사이저와 같이 실제 악기의 소리를 샘플링하여 사용할 수는 없었고 복잡한 파형의 1패턴, 2주기 이상의 파형, 기존의 간단한 파형이 배열되어 있는 형태등 아날로그 신디사이저의 감산합성 방식으로 합성하는 것이 불가능한 미묘한 사운드나 금속성의 사운드를 만들어 내는데 강점을 갖고 있었다.

PPG Wave 2

2) 감산합성(Subtractive) 방식

 감산합성 방식은 신세시스에서 가장 빈번하게 이용되는 방식이다. 이전 포스트에서 설명하였지만 자연계의 소리는 사인파의 합으로 해석될 수 있다. 그리고 자연적으로 발생하는 소리는 기음과 배음에 의해서 고유의 음색을 갖게된다. 그렇다면 수학적으로 처음부터 풍부한 배음성분을 갖고 있는 소리를 발생 시킨후에 여기서 필터로 일정한 배음성분을 제거한다면 원하는 소리를 만들수 있지 않겠는가라는 아이디어가 감산합성 방식이 출발이 된다.  거의 모든 아날로그 방식의 신디사이저가 감산합성 방식을 갖고있으며, 최근의 모든 신다사이저까지 포함되어 있는 필터라는 섹션이 기본적으로 감산합성의 아이디어를 구현하고 있다고 볼 수 있다.