Prof.Dr.Godfried-Willem RAES

Kursus Experimentele Muziek: Boekdeel 4: Experimentele Instrumentenbouw - Akoestiek

Hogeschool Gent : School of Arts

4005:

De toongenerator als Muziekinstrument

Dat een elektronische schakeling bij machte is om een muzikale toon voort te brengen is iets wat men reeds in de 19e eeuw had ontdekt. Meer nog, zelf vooraleer er van elektronika sprake was, had de elektriciteit reeds menig uitvinder tot muzikale klankopwekking geinspireerd.

Een van de oudste elektrische instrumenten maakte gebruik van alternatoren (dynamos) die immers een stroom opwekken waarvan de frekwentie een funktie is van enerzijds het vast aantal polen waaruit ze zijn opgebouwd en anderzijds van het toerental waarmee ze roteren. Door regeling van de rotatiesnelheid kon dus een in frekwentie veranderende spanning worden opgewekt, die -via een regelbare weerstand (een potentiometer)- bovendien ook nog in amplitude kon worden geregeld. En, zoals we weten is een wisselspanning -mits die naar frekwentie en amplitude binnen een geschikt bereik valt- het elektrische equivalent van een muzikale toon. In de tijd dat op dit principe gesteunde instrumenten werden gebouwd was echter de luidspreker nog niet uitgevonden! De uitvinder, de Amerikaan Tadeusz Cahill, had er dan ook niets beters op gevonden dan de door zijn instrument voortgebrachte muziek via de telefoon -die bestond reeds een hele tijd- tot bij de luisteraars te brengen!

Ook een middel om een opgewekte wisselspanning aan de lucht mede te delen (en te doen klinken...) via een vonkontlading was reeds in de 19e eeuw bekend (fluitende boog)

Cfr.: RAES, G.-W. 'Talking Flames'-projekt.

Pas sedert de uitvinding van de elektromagnetisch aangedreven luidspreker met papieren konus en de doorbraak daarvan ging 'elektronische' klankopwekking tot de reeële mogelijkheden behoren. De 'Groves Dictionnary of Musical Instruments' geeft met betrekking tot de vroege geschiedenis van de elektronische klankopwekking overigens een zeer goede bijdrage van de hand van Hugh Davies. Ook in mijn eigen studie 'Een onzichtbaar muziekinstrument' (1993) is terzake een en ander weer te vinden.

De kern van alle (analoge) elektronische muziekinstrumenten wordt gevormd door een oscillator. In de (Platonische) zoektocht naar het absoluut muzikale die vooral het serialisme van vlak na de tweede wereldoorlog in Duitsland kenmerkte (Goeyvaerts, Stockhausen, Eimert...) lag het dan ook nogal voor de hand dat een beroep werd gedaan op de elektronische generator als bazismuzikaal materiaal, en meer bepaald op de sinusgenerator. Toen werd immers nog gedacht dat hiermee elke denkbare klankkleur additief kon worden opgebouwd. (cfr. additieve syntheze). Werden de oorspronkelijke sinusgeneratoren opgebouwd met de buizentriode oscillator rond een veranderlijk afstembare LC-kring, dan beschikken we vandaag voor dergelijke klus over oplossingen die niet veel meer vergen dan één enkele chip en enkele externe onderdelen.

De Exar XR2206 funktiegenerator -intussen toch reeds zowat 30jaar oud- is nog steeds een 'klassieker' op dit gebied.

Schema:

De elektronische literatuur toont een schier onmetelijk aantal schakelingen waarmee periodieke trillingen kunnen worden opgewekt: de multivibrator, de relaxatieoscillator, de kristaloscillator, de Wien-brug, de Collpittsoscillator, de Hartley-oscillator, enz... Een oscillator is echter nog geenszins ook een sinusgenerator. Immers het merendeel van deze schakelingen zijn opwekkers van blok- of zaagtandvormige wisselspanningen. Deze niet-sinusvormige spanningen zijn ook -wanneer men tenminste een eenvoudige toonhoogteinstelbaarheid wenst- veel eenvoudiger te bouwen en te ontwerpen dan sinussen die vrij horen te zijn van harmonischen.

Ook digitaal kan een sinusgenerator worden gebouwd, meer bepaald door een ringteller te programmeren die waarden voor SIN(x) voor een gehele periode periodiek uitleest en via een I/O poort aan een simpele DAC aanbiedt. De precizie hangt af van het aantal stapjes waaruit we onze ringteller opbouwen (256 stapjes = 8 bit rezolutie), terwijl de frekwentie een funktie is van de periodiciteit waarmee we onze ringteller laten tellen. Amplitude kan eveneens digitaal gekontroleerd worden door elk uitlezing te vermenigvuldigen met de gewenste amplitudekoefficient.

Gebruik als instrument

Los van het gebruik van generatoren in de elektronische studios van de jaren '50 tot '60, werden (sinus)generatoren ook vaak gebruikt bij muzikale uitvoeringen. De afstel- of instelschaal waarmee de oorspronkelijke generatoren waren uitgerust liet de musici echter niet voldoende precizie toe voor de verklanking van de vaak zeer exakt voorgeschreven toonhoogtes. Daarom werd de generator steeds gevolgd door een nauwkeurige frekwentiemeter, waarop de toonhoogte rechtstreeks in Hz kon worden afgelezen.

De sinusgenerator kon worden gebruikt om een 'zuivere' referentie op te leveren voor de instrumentale partijen (bvb.:Alvin Lucier), als ingangssignaal voor een ringmodulator, als geluidsbron voor het opzoeken van akoestische eigenschappen van ruimtes en voorwerpen, (resonanties, staande golven),...

De gebruiksmogelijkheden als instrument werden sterk uitgebreid in de jaren '70 door toepassing van de spanningssturing (Voltage Controll), waarbij een veranderlijke gelijkspanning op een kontroleingang de frekwentie van het opgewekte signaal nauwkeurig kon sturen. De gangbare stuurkarakteristiek was 1V per oktaaf en dit binnen het stuurspanningsbereik 0-10V.

Zowel de in verdere paragraafjes behandelde Theremin als de Ondes Martenot zijn in feite niet veel meer dan een eenvoudige toepassing van de sinusgenerator in de instrumentenbouw.

Filedate: 970928 / last update: 2012-10-15