Filter

Uit SynthWiki
Ga naar: navigatie, zoeken
De filtersectie van de Clavia Nord Lead 2x.
Een filter is een frequentie-afhankelijke versterker. Het kan sommige gebieden van het spectrum versterken of verzwakken ten op zichtte van andere gebieden, waardoor de klank van het signaal verandert. Hoewel in goed synthesizer-jargon vaak wordt gesproken over het "weghalen" van frequentie-gebieden, kan een filter frequentie-gebieden eigenlijk slechts onderdrukken, maar dan wel zo sterk dat ze niet meer hoorbaar zijn. Een van de belangrijkste eigenschappen van filters is dat er voor elk filter een inverse bestaat, waarmee je de werking van het filter weer precies ongedaan kunt maken. Dus ook "weggehaalde" frequentie-gebieden kun je in principe altijd weer tevoorschijn halen.

Welk gedeelte van het spectrum wordt weggehaald of onderdrukt, hangt af van het type filter: bijvoorbeeld een lowpass filter haalt hoge frequenties weg, terwijl een highpass filter juist lage frequenties wegsnijdt. Voor veel synthesizers vormt het filter de belangrijkste component om een geluid vorm te geven. Filters vormen een van de basiselementen van subtractieve synthese. Highpass filters worden vaak gebruikt op bijvoorbeeld compressors en preamps om onnodig laag uit het signaal te verwijderen. Op analoge apparatuur worden filters vaak als VCF aangeduidt, wat staat voor Voltage Controlled Filter.

Parameters

Cutoff frequentie

Cutoff.jpg
De cutoff frequentie is de belangrijkste parameter van een filter; het bepaalt vanaf welke frequentie signaal uitgefilterd wordt. In het geval van een lowpass filter wordt geluid met een frequentie onder de cutoff doorgelaten, en boven de cutoff uitgefilterd. Voor veel synthesizers is dit een van de belangrijkste gereedschappen om een geluid vorm te geven. Veel filters hebben de mogelijkheid tot keytrack van de cutoff. Hiermee volgt de cutoff frequentie de toonhoogte van de gespeelde noten. Bij iedere oktaaf omhoog wordt de cutoff frequentie dan verdubbeld. Hierdoor heeft iedere noot hetzelfde karakter. Het veranderen van de filter cutoff is een snelle en efficiënte manier om het karakter van een geluidsignaal aan te passen. Om die reden kan de cutoff in veel synthesizers gemoduleerd worden door bijvoorbeeld een envelope, velocity of LFO. In de meeste filters van andere apparatuur, zoals highpass filters in compressors, mixers en preamps, is de cutoff frequentie niet instelbaar.

Slope

De werking van een filter vanaf de cutoff frequentie is niet resoluut. Frequenties vlak boven (bij een lowpass filter) de cutoff worden slechts gedeeltelijk onderdrukt. Deze eigenschap wordt slope genoemd, en verschilt per fiter. De helling van de slope wordt uitgedrukt in decibel per oktaaf, afgekort dB/o. In de meeste gevallen is de waarde van de slope een meervoud van 6 dB/o. Dit komt voort uit de schakeling die wordt gebruikt in analoge filters. Een enkele schakeling, een pole, heeft een slope van 6 dB/o. Om een steilere slope te krijgen, worden twee poles aan elkaar gekoppeld, met als resultaat een 12 dB/o filter. 2 pole en 4 pole (24 dB/o) filters komen het meeste voor op synthesizers. Hoewel het met de huidige digitale technologie mogelijk is om filters met een andere slope te programmeren, gebruiken de meeste digitale synthesizers en softsynths ook filters met een 12 of 24 dB/o slope.

Resonantie

Resonantie.jpg
Bij veel filters in synthesizers kunnen de frequenties rond de cutoff benadrukt worden. Dit wordt resonantie of Q genoemd. Resonantie wordt vaak gebruikt, om geluiden een duidelijker karakter te geven. Veel filters gaan bij hoge resonantiewaarden in zelfoscillatie. Hierbij produceert het filter een sinus met de cutoff frequentie als toonhoogte. Hierdoor kan een filter als extra geluidsbron dienen naast bijvoorbeeld de oscillators.
Geluidsfragment.jpg Voorbeeld 1 De cutoff van een lowpass filter wordt open en dicht gedraaid. Eerst zonder resonantie, daarna met resonantie en ten slotte met zelfoscillatie.

Filtertypes

Er is een aantal filtertypes dat veel gebruikt wordt in synthesizers. De meest voorkomende is de lowpass filter, waarbij het geluid boven de cutoff wordt weggefilterd. Het tegenovergestelde hiervan is de highpass filter. Een bandpass filter is een combinatie van beide en laat dus maar een smal frequentiegebied door. In veel gevallen is een filter één van deze types, maar soms kan bij een filter gekozen worden tussen lowpass, bandpass en/of highpass. Dit wordt een multimode filter genoemd.

Klankkleur

Hoewel de meeste filters volgens hetzelfde principe werken, is de output van ieder filter niet exact gelijk. Ieder filter ontwerp heeft zijn eigen karakter, met een karakteristieke klank en resonantie-eigenschappen. Hierdoor is een filter mede verantwoordelijk voor het geluidskarakter van een apparaat. Fabrikanten van apparatuur spelen daar op in door hun filters een eigen karakter te geven of door de mogelijkheid van filtertype te wisselen. Dit laatst is mogelijk in bijvoorbeeld de Alesis Ion en Studio Electronics ATC-X, en natuurlijk in modulaire synthesizers. Voorbeelden van filters met een bijzonder karakter zijn de lowpass filters in de Moog Minimoog en Roland TB-303, die naderhand in verschillende andere apparaten (ook van andere fabrikanten) zijn gebruikt.

Geluidsfragment.jpg Voorbeeld 2 In dit voorbeeld is het verschil tussen filters van diverse synthesizers te horen. Achtereenvolgens de 24 dB/o LPF's van de Studio Electronics SE1x, Waldorf Pulse, Dave Smith Instruments Evolver en Clavia Nord Modular.

tijdvariant filter en spraaksynthese

Een van de belangrijkste redenen van het succes van subtractieve synthesizers in de muziek ligt in het feit dat je de eigenschappen van filters voortdurend kunt bijsturen. Daardoor is een klank niet langer statisch, maar wordt tijdvariant. Net zoals je, door je mond in verschillende standen te zetten, steeds weer andere klanken kunt maken, kun je ook de eigenschappen van het filter aansturen met willekeurige signaal-eigenschappen (bijv. het amplitude- of frequentieverloop), of met die van muzikant-performance of van een interne automaat (envelop generator). Bij computer-spraaksynthese wordt gebruik gemaakt van een (discreet) tijdvariant filter. Luister naar Voorbeeld 3: "Maan, zaag, Fien...".

Geluidsfragment.jpg Voorbeeld 3: "Maan, zaag, Fien..." Precies zoals je de vele verschillende klanken die het spraakkanaal produceert hoorbaar kunt maken door tikjes tegen je wang te geven (zie pulsresponsie) terwijl je je mond in steeds weer andere standen zet, kun je ook "tikjes" tegen een discreet filter geven en daarmee de klank ervan hoorbaar maken. Dat is wat je in dit voorbeeld hoort. Het is een synthese van de zin: "Maan, zaag, Fien, vier, hut, juf, ring, Wim, koek, schoen...". Voor de duidelijkheid hebben we de tijd tussen elke twee tikjes steeds korter gemaakt (dit gebeurt eenparig versneld: denk aan het geluid van een wasknijper tegen een spaak terwijl je met je fiets een berg afrijdt). Daarom hoor je eerst afzonderlijke tikjes met elk een iets andere klankkleur; geleidelijk gaan die over in een "ratel" die je op een zeker moment gaat waarnemen als een toon (toonhoogte waarneming begint bij ongeveer 20 Hz). Daarbij vloeien de klanken van de afzonderlijke filters geleidelijk samen tot verstaanbare spraak. Om het geluid een beetje op te poetsen hebben we bovendien een galm-effect toegevoegd. Je hoort duidelijk de tijd-strek- en toonhoogteverandering terwijl er geen Donald-Duck effect (formantverschuiving) optreedt. Dit is tevens een voorbeeld van linear predictive coding.


Zie ook


Filters
Theorie convolutie - discreet filter - filter - frequentiekarakteristiek - linear predictive coding - pulsresponsie
Types allpass - bandpass - comb - filterbank - highpass - lowpass - notch - vocal - Z-plane


Synthese
Type Additief - FM - Granulair - Linear Arithmetic - Phase Distortion - Physical Modelling - Spectrum Dynamics - Subtractief - Resynthesis - Transwave - Wavetable - Vector
Componenten Oscillator - Operator - LFO - Filter - Envelope - Amplifier - Stepsequencer
Golfvormen Sinus - Triangle - Saw - Pulse - saw-triangle - Sample&Hold - Noise
Overig algoritme - Crossmodulatie - Pulse width modulation - Oscillator sync - keytrack - Ringmodulatie - Modulatie


Signaal processors
dynamiek compressor - expander - limiter - noise gate
effecten chorus - delay - digitizer - distortion - flanger - phaser - pitch-shifter - octaver - reverb - tremolo - vibrato
overig crossover - de-esser - enhancer - equalizer - exciter - filter - vocoder