Syntetisaattori

Syntetisaattori (puhekielessä myös syntikka tai syna) on musiikin ja äänitehosteiden luomiseen käytettävä ääntä tuottava elektroninen laite. Yleensä syntetisaattoreita ohjataan pianon koskettimistoa muistuttavalta laitteelta, mutta on olemassa myös esimerkiksi kitarasyntetisaattoreita sekä syntetisaattoreita, joita ei ole tarkoitettu käsin soitettavaksi.

Korgin syntetisaattori.

Modulaarinen syntetisaattori

Ensimmäiset elektroniset soittimet rakennettiin 1800-luvun viimeisellä neljänneksellä. Laitteita olivat muun muassa Theremin (1917), Ondes Martenot (1928) ja Trautonium (1930). Nykyaikaisten syntetisaattorien historian tärkeimpiä henkilöitä oli yhdysvaltalainen Robert Moog. Vuonna 1964 ilmestyi ensimmäinen yleisökäyttöön tarkoitettu Moog-syntetisaattori. Laitteen periaatteena oli vähentävä synteesi, jossa oskillaattorin signaali ohjataan suotimen läpi.

Ensimmäiset analogiset syntetisaattorit olivat rakenteeltaan modulaarisia. Niissä jokainen elektroninen yksikkö oli erillinen laitekokonaisuuteen asennettava moduuli. Moduulien etupaneeleissa käytettiin erilaisia liittimiä, joilla ne voitiin yhdistää keskenään kaapeleilla käyttäjän haluamalla tavalla. Koskettimisto oli myös irrallinen. Koskettimilla voitiin soittaa vain yhtä säveltä kerrallaan sillä syntetisoija oli monofoninen.

Modulaarisyntetisaattorin kokoonpanoa voitiin helposti muuttaa tai jo syntetisaattoria tilattaessa se voitiin rakentaa muusikon toiveiden mukaisesti. Modulaarisyntetisaattorin käyttäminen ei kuitenkaan aluksi ollut helppoa. Muusikon oli ymmärrettävä audiosignaalin elektronisen prosessoinnin perusteet, jotta soitin voitiin saada tuottamaan halutunlainen ääni.

Moog-syntetisaattoreita 1970-luvulta.

Modulaarisen syntetisaattorin säätimiä ja kytkentäjohtoja.

Syntetisaattorissa on tavallisesti ainakin seuraavanlaisia moduuleita:

• VCO eli jänniteohjattu oskillaattori, joka toimii äänen alkulähteenä. Oskillaattori tuottaa aaltomuotoja, jotka ovat toteutettavissa elektroniikan peruskytkennöillä, esimerkiksi siniaaltoa, saha-aaltoa (ramppiaaltoa), kolmioaaltoa ja kanttiaaltoa. Nämä aaltomuodot, pois lukien siniaalto, sisältävät paljon yläsävelkerrannaisia perustaajuuteen nähden, mikä mahdollistaa niiden luovan muokkaamisen suotimien avulla. Useammalla oskillaattorilla saadaan sointuääneen enemmän kuoromaista laajuutta. Tämä niin sanottu chorus-efekti saadaan sekoittamalla eri aaltomuotoja keskenään ja virittämällä oskillaattoreiden perustaajuudet hieman toisistaan poiketen. Jänniteohjatun oskillaattorin tuottamaa taajuutta ohjataan siihen ulkopuolelta tuodulla sähköjännitteellä, joka tavallisemmin saadaan koskettimistolta. Oskillaattorin taajuutta voidaan kytkentäkaapeleiden avulla ohjata tarvittaessa myös muusta moduulista.
• VCF eli jänniteohjattu signaalisuodatin. Suodattimia on kolmea eri tyyppiä: alipäästösuodatin (LPF), kaistanpäästösuodatin (BPF) ja ylipäästösuodatin (HPF). Kaistanpäästösuodattimesta on olemassa myös käänteisesti toimiva versio eli kaistanestosuodatin (BRF). Yleisesti syntetisaattoreissa käytetään kolmea aiemmin mainittua suodintyyppiä tai vähintään yhtä alipäästösuodatinta (LPF). Suodattimen rajataajuuksia säädetään moduulin omista säätimistä tai siihen ulkopuolelta, toisesta moduulista tuodulla ohjausjännitteellä. Lisäksi suodattimissa on yleensä myös resonanssikytkennällä varustettu ominaisuus, jolla korostetaan suodattimesta läpiajettavan signaalin voimakkuutta juuri rajataajuuden kohdalla.
• VCA eli jänniteohjattu vahvistin. Tällä moduulilla soinnille voidaan antaa sen lopullinen äänenvoimakkuudellinen muoto. Vahvistimen läpi ajettavan signaalin äänenvoimakkuus ohjautuu siihen tuotavalla sähköjännitteellä, tavallisemmin verhokäyrägeneraattorin (ADSR) tuottamalla ohjausjännitteellä. VCA:lle voidaan tuoda ohjausjännite myös jostain muusta moduulista ja siten muokata sointia amplitudimodulaatiolla.
• ADSR tai jokin muu verhokäyrägeneraattori (vaippageneraattori). Generaattorin yleisin tarkoitus on luoda sointia varten ominainen, tietyin aikavälein muuttuva äänenvoimakkuuden ohjaus. Tavallisemmin sen tuottama muuttuva kontrollijännite ohjataan jänniteohjattuun vahvistimeen. Verhokäyräjännitteillä voidaan toki ohjata mitä tahansa muutakin moduulia, kuten suodatinta tai oskillaattoria. Generaattorin luoma verhokäyräjännite tavallisesti käynnistetään koskettimiston alaspainalluksesta, mutta sen käynnistämistä voidaan ohjata myös muustakin pulssilähteestä.

Näiden lisäksi modulaarisessa syntetisaattorissa on yleensä muitakin moduuleja, esimerkiksi:

• Kohinageneraattori
• Matalataajuusoskillaattori (LFO)
• Rengasmodulaattori
• Signaalin näytteytys (sampleri)
• Signaalin kääntäjä
• Summaus- ja erotusvahvistin
• Viive audiosignaaleille tai ohjausjännitteille
• Särö tai jokin muu aaltomuodon muokkaukseen tarkoitettu moduuli (waveshaper)
• Signaalimiksereitä
• Sekvensseri

Modulaariset syntetisaattorit ovat yleensä hyvin monipuolisia, mutta raskasrakenteisia instrumentteja, joita käytetään etupäässä musiikkistudioissa. Niiden seuraajiksi kehitettiin yksinkertaistettuja syntetisaattoreita, jotka sisälsivät syntetisaattorin tavallisemmat perusmoduulit kiinteästi asennettuina. Moduulit olivat sisäisesti kytketty toisiinsa audiosignaalitien kannalta toimivaan järjestykseen, jolloin liitoskaapeleiden käyttöä ei enää tarvittu. Yleisesti käytetty perusesimerkki oli sijoittaa ohjauspaneeliin moduulit ja sen säätimet vasemmalta oikealla järjestyksessä VCO, VCF, ADSR ja VCA. Lisäksi näissä syntetisaattoreissa oli koskettimisto kiinteästi asennettuna.

Kannettavista syntetisaattoreista valmistettiin myös sekamalleja, joissa moduulit olivat kiinteästi laitteeseen asennettuja ja sisäisesti valmiiksi toisiinsa peruskytkettyjä, mutta niitä voitiin tarvittaessa kytkeä myös ulkopuolisilla liitoskaapeleilla käytön joustavuuden parantamiseksi. Eräs tunnetuin tällainen syntetisaattorimalli on yhdysvaltalaisen ARP-yhtiön valmistama ARP 2600, joka voitiin kannen kanssa sulkea yhdeksi matkalaukuksi kuljetusta varten.

Ohjelmoitavat syntetisaattorit

Ohjelmoitavissa analogisissa syntetisaattoreissa otettiin asteittain mukaan digitaalitekniikka, joka mahdollisti syntetisaattoreiden käytön paremmin live-esiintymisessä. Sen lisäksi digitaalitekniikka toi mukanaan myös polyfonisuuden, eli useamman kuin yhden sävelen soittamisen samanaikaisesti.

Roland TB-303 -bassosyntetisaattori vuodelta 1982.

Suurin hyöty digitaalitekniikan lisäämisestä analogisiin syntetisaattoreihin oli säädinasetusten tallettaminen ja niiden kutsuminen muistista, jolloin erilaisia ohjelmoituja sointuääniä voitiin vaihtaa nopeasti.

Digitaalinen ohjelmoitavuus poisti vähitellen syntetisaattorin käyttöpaneelista pyöritettävät säätimet ja niistä tuli enemmän pelkillä näppäimillä käytettäviä. Nykyään on saatavilla joitakin syntetisaattorimalleja, joissa audiosignaalitie on täysin analoginen ja säätimet kierrettävillä nupeilla toteutettuja vanhaa käyttötapaa suosivia muusikoita varten, mutta säädinasetukset tallentuvat syntetisaattorin sointumuistiin digitaalisesti.

Elektroniikan kehittyessä myös syntetisaattoreissa yleistyi erilliskomponentit korvaavien IC-piirien käyttö. IC-piirit tekivät varsinkin oskillaattoreiden toiminnasta vakaampaa. Aikaisempien erilliskomponenteilla rakennettujen syntetisaattoreiden oskillaattoreita vaivasi niiden sävelkorkeuden muuttuminen, jonka yleisenä syynä oli komponenttien aiheuttamasta lämpenemisestä johtuva ominaisuuksien muuttuminen.

Digitaaliset syntetisaattorit

Nykyaikaisissa syntetisaattoreissa käytetään aaltomuotojen synnyttämiseen analogisten oskillaattorien sijasta usein digitaalisia ääninäytteitä (wavetable-synteesi) tai analogisten syntetisaattoreiden ääntä imitoimaan pyrkiviä funktioita (mallintava synteesi).

Vuonna 1983 esitelty Yamaha DX7 oli ensimmäinen suosittu digitaalinen syntetisaattori.

Digitaalisissa syntetisaattoreissa audiosignaalin prosessointi tapahtuu joko osittain tai täysin digitaalisesti. Osittaisessa prosessoinnissa äänen alkulähde luodaan digitaalisesti, joten varsinaisia analogisia oskillaattoreita soittimessa ei ole, mutta alkuääni muokataan edelleen analogisilla kytkennöillä. Täysin digitaalisissa soittimissa analogiääntä jäljittelevä signaali käsitellään alusta loppuun saakka digitaalisesti.

1980-luvulla kehitettiin digitaalisten syntetisaattoreiden ja muiden digitaalisten musiikki-instrumenttien yhdistämiseksi MIDI-väylä, jolla eri valmistajien soittimia voidaan ohjata keskenään. Ennen MIDI-standardia syntetisaattoreiden ulkopuoliseen ohjaamiseen käytettiin kontrollijänniteliitäntöjä (CV).

Digitaalisista syntetisaattoreista on olemassa myös erikoistapauksia, joissa sointuäänen muokkaamiseen ei käytetä lainkaan perinteisiä audiosignaalin prosessointeja. Näistä tavoista esimerkkinä ovat 1980-luvun popmusiikille tunnusomainen Yamahan käyttämä FM-synteesi, ja Casion kehittämä PD-synteesi (engl. Phase Distortion). Ainakin Kawai on valmistanut additiiviseen synteesiin perustuvia syntetisaattoreita, joissa ääni generoidaan laskemalla yhteen siniaaltoja.

Ensimmäisten digitaalisten syntetisoijien puutteena oli hankala ohjelmointi käyttöliittymien ollessa vaikeaselkoisia. Tämä teki soinnin parametrien muutoksesta soittotilanteessa käytännössä mahdotonta. Tämä johti sinänsä laajojen valmiiden sointivalikoimien käyttöön eikä syntetisoijan varsinaisia ominaisuuksia välttämättä hyödynnetty. Yamahan DX 7:n sähköpianosointi on tästä tunnettu esimerkki. Samasta syystä ohjelmoitaessa äänelle jonkin parametrin muuttamisen myötä tapahtuvaa muutosta on vaikea hahmottaa toisin kuin analogisessa syntetisoijassa, jossa kytkimien asennosta voi kokemuksen perusteella päätellä, miltä ääni kuulostaa ja minkä parametrin muutos tuo halutun tuloksen.

Vastauksena ongelmaan markkinoille tuli niin sanottuja virtuaalianalogisia syntetisoijia. Niissä käyttöliittymä on analogisen syntetisoijan kaltainen vaikka itse sointivärejä tuottava ja muokkaava tekniikka on digitaalista. Tämä mahdollistaa muutokset itse soittotilanteessa ja tekee sointivärin luomisen ja rakenteen ymmärtämisen helpommaksi. Ohjelmistosyntetisaattorit niitä varten valmistettuine koskettimistoineen, joissa on parametrien säätömahdollisuus, ovat varsinkin studiotyöskentelyssä osittain korvanneet nämä.

Ohjelmistosyntetisaattorit

Syntetisaattori tietokone-ohjelmana.

Tietokonesyntetisaattoreissa tai virtuaali-instrumenteissa äänen synteesi voi tapahtua yksinomaan tietokoneessa laskemalla. Tietokoneiden alkuaikoina laskenta tapahtui hitaasti reikäkorteilla ohjaten ja tulos kirjoitettiin magneettinauhalle. Sittemmin prosessoriteho on kasvanut niin, että laskenta ja äänenmuodostus voivat tapahtua heti kun käyttäjä vääntää hiirellä tietokonenäytön virtuaalisia säätönappuloita.

Nykyään monista ohjelmistosyntetisaattoreista on kasvanut kokonaisia virtuaalistudioita eli ohjelmistostudioita, jotka sisältävät jo itsessään kaikki äänen syntetisoimisen, säveltämisen ja signaaliprosessoinnin toiminnot. Tällaisia ohjelmia ovat muun muassa FL Studio, ReBirth RB-338, Reason, Orion (Platinum) ja Jeskola Buzz (Tracker), joilla voi tehdä musiikkikappaleen tietokoneella ilman ulkoisia laitteita. Tietokoneohjelmina on olemassa myös virtuaalisia VSTi-syntetisaattoreita. Ne ovat liitännäisiä joiden käyttämiseen tarvitaan jokin virtuaalistudio.

Syntetisaattoreiden käyttö musiikissa

Katso myös: Elektroninen musiikki

Syntetisaattoreita alettiin käyttää 1960-luvun lopussa populaarimusiikissa enimmäkseen muiden soittimien lisänä studiossa silloin tällöin. Wendy Carlosin levyt, joissa barokkimusiikkia oli sovitettu moog-syntetisaattoreille, toivat syntetisaattorit yleisön laajaan tietoisuuteen. Jo 1960-luvulla ilmestyi muutama popmusiikkia edustanut levy, joissa syntetisaattorit olivat pääosassa. Tunnetuin tällainen kappale oli kaiketi Gershon Kingsleyn ”Popcorn” (1969), joka nousi hitiksi vuonna 1972 Hot Butter -yhtyeen levyttämänä. Syntetisaattoreiden käyttöä rajoitti vielä niiden kallis hinta ja suuri koko sekä paljon vaivannäköä vaatinut äänenmuokkaus.

Jean Michel Jarre soittaa keytar-tyyppistä syntetisaattoria.

1970-luvulla tunnetuimpia syntetisaattoreihin erikoistuneita artisteja olivat ranskalainen Jean-Michel Jarre, klassista musiikkia sovittanut japanilainen Isao Tomita, myöhempään teknomusiikkiin vaikutteita antanut saksalaisyhtye Kraftwerk, ambient-genreä ennakoinut saksalainen Tangerine Dream ja elokuvamusiikkiakin tehnyt kreikkalainen Vangelis. Syntetisaattoreita alettiin käyttää 1970-luvulla yhä säännöllisemmin esimerkiksi osana afroamerikkalaista rytmimusiikkia. Vuonna 1977 ilmestyi käänteentekevä disco-kappale, Donna Summerin ”I Feel Love” (tuottajina ja säveltäjinä Giorgio Moroder ja Pete Bellotte), joka oli laulua lukuun ottamatta kokonaan ”koneilla” tehty. Erillinen laite, kuten vokooderi tai talk box, syntetisoi usein etenkin disco-kappaleiden lauluraidat. Perinteisessä rock-musiikissa syntetisaattori alkoi näihin aikoihin olla usein yksi soitin muiden rinnalla. Yhtyeen kosketinsoittajalla saattoi tuolloin olla syntetisaattori esimerkiksi sähköurkujen tilalla tai sen lisäksi.

1970- ja 1980-luvun vaihteessa populaarimusiikin keskeisimpiin ilmiöihin nousivat synthpop -yhtyeet, joiden musiikki perustui leimallisesti syntetisaattoreihin. Vaikka synapop-yhtyeissäkin käytettiin usein perinteisiä soittimia, alkoi 1980-luvulla ilmestyä pop-levyjä, jotka oli tehty lähes täysin syntetisaattoreilla laulua lukuun ottamatta. 1980-luvun lopussa syntyneet tanssittavat, DJ-vetoiset underground-musiikin genret, kuten tekno ja house, perustuivat koneilla tehtyihin soundeihin. Jokin tietty basso- tai rumpusyntetisaattorin malli saattoi luoda vahvan leimansa yksittäiseen tällaisen musiikin tyylisuuntaan. Syntetisaattorit eivät syrjäyttäneet perinteisiä soittimia, joihin perustunut musiikki säilyi yleisön suosiossa, mutta syntetisaattorien käyttöä laajennettiin. 1990-luvulle tultaessa esimerkiksi tanssipop oli jo täysin koneellistettu.

1970-luvulta alkaen kehitettiin musiikin esitystilannetta varten syntetisaattoreita, joissa on kitaran tavoin olkahihnassa kannettava koskettimisto. Näitä soitetaan lavalla useimmiten yhdellä kädellä. Toiselle kädelle jää kahva, jonka vieressä sijaitsevat vibrato ja glide-säätimet. Nämä niin sanotut keytarit tulivat tunnetuiksi 1980-luvulla. On olemassa myös kitarasyntetisaattoreita, joihin äänen arvot syötetään koskettimiston sijasta sähkökitaran kaltaiselta ohjaimelta tai kitaraan asennetun lisälaitteiston avulla.

Tunnettuja syntetisaattoreiden valmistajia

• ARP (Yhdysvallat)

Yhtiötä ei enää ole olemassa. Tunnetuimmat soitinmallit ARP 2500, ARP 2600 ja ARP Odyssey. Korg omistaa ARP-tuotenimen ja on 2015 tuonut markkinoille alkuperäistä mukailevan Korg ARP Odyssey- mallin

• Casio (Japani)

Tunnetuimmat soitinmallit WK- ja CZ-mallisarjat

• Clavia (Ruotsi)

Tunnetuimmat soitinmallit Nord Lead ja Nord Wave

• Dave Smith Instruments (Yhdysvallat)

Tunnetuin soitinmallisarja Mopho ja Prophet

• Doepfer (Saksa)

Tunnetuimmat soitinmallit A-100-modulaarisyntetisaattorit

• EMS (Englanti)

Tunnetuin soitinmalli EMS VCS 3

• Korg (Japani)

Tunnetuimmat soitinmallit Triton, OASYS ja MS-mallisarja

• Moog (Yhdysvallat)

Tunnetuin soitinmalli Minimoog, josta on myös nykyaikainen versio Moog Voyager

• Oberheim (Yhdysvallat)

Tunnetuimmat soitinmallit Oberheim 8 voice ja erilliset SEM-mallisarjan moduulit

• Roland (Japani)

Tunnetuimmat soitinmallit Fantom, Juno- ja Jupiter-mallisarjat. Rolandin GR - mallisto on merkittävä kitarasyntetisaattoreiden kehityksessä

• Sequential Circuits (Yhdysvallat)

Yhtiötä ei enää ole olemassa. Tunnetuin soitinmalli Prophet-mallisarja

• Yamaha (Japani)

Tunnetuimmat soitinmallit DX- ja Motif-mallisarjat, analoginen CS-sarja

Lähteet

• http://audiostateofmind.com/2012/digital-synthesizers (Arkistoitu – Internet Archive)
• http://www.synthmuseum.com/buchla/buc10001.html

Aiheesta muualla

• Kuvia tai muita tiedostoja aiheesta Syntetisaattorit Wikimedia Commonsissa