Ana sayfa Donanım Filtreler

Filtreler

0

Synthesizer”ların en temel bileşenlerinden olan filtreleri incelemeye başlayacağız..
 

Hatırlayacağınız üzere, eksiltmeli (subtractive) sentez tekniğinin temeli filtrelere dayanmaktadır. Osilatörlerce üretilen ses sinyallerinin harmonik içerik bakımından kontrol edilebilmesi filtreler yardımıyla mümkün olabilmektedir.

Filtre, sadece synthesizer”larda değil, hemen her türlü müzik uygulamasında karşımıza çıkar. örneğin, ekolayzır ve kompresör temelde filtrelerdir. Ancak, uygulama alanına bağlı olarak filtrelerin karakteristik özellikleri ve kontrol edilebilir parametreleri değişir. Geçmişte sadece analog devre elemanları kullanılarak tasarlanan filtreler günümüzde ağırlıklı olarak DSP devreleri üzerinde çalışan sayısal filtrelere doğru evrim geçirmiştir. Yine de, bir sistem olarak filtrenin fiziksel davranış şekli ve matematiksel ifadesi değişmemiştir.

Filtre ile ilgili tarihsel gelişim sürecinde ön plana çıkan bazı filtre türlerini incelemeden önce filtrenin temelini oluşturan kavramlara bir model dahilinde göz atmak faydalı olacaktır. Aşağıda yer alan Şekil-1″de ideal bir klasik Alçak Geçiren Filtre (Low Pass Filter) karakteristiği görülmektedir.
 

synthesizer
Şekil 1
 
Alçak Geçiren Filtre”nin temel görevi, kendisine beslenen giriş sinyalini istenmeyen yüksek frekanslardan arındırmaktır. Filtreleme işleminin hangi frekanstan itibaren başlayacağı kesme frekansı adı verilen parametre ile belirlenmektedir.

Filtreleme işleminin hissedilmeye başlaması sinyal seviyesinde 3 dB düzeyinde bir düşmeye denk gelmektedir. Tanım gereği, filtre kesme frekansı hemen her filtre türünde 3 dB seviye düşmesini ifade etmektedir. Şekilde görülen ideal filtre karakteristiğinde kesme frekansının solunda kalan yatay çizgi bölgesi filtrelenmeden geçen frekansları, kesme frekansı noktası filtrelemenin başladığı frekansı ve sağda kalan eğimli bölge filtreleme bölgesini ifade etmektedir. Kesme frekansı üzerinde yer alan şişme bölgesi rezonans özelliğine sahip filtrelerde yer alan ve kesme frekansı ile birlikte yakın frekans çevresini güçlendiren rezonans tepesi olarak adlandırılır. Filtrelerde rezonans sıfırdan azami değere kadar ayarlanabilen bir parametredir. Sıfır rezonans, kesme frekansının solunda yer alan yatay bölgenin aynen devam ederek şişme bölgesi oluşturmadan eğimli bölgeye bağlanması ile sonuçlanır ve herhangi bir frekansa vurgu yapılmasında kullanılamaz.

 

Rezonansın sıfırdan farklı bir değere ayarlanması ile birlikte kesme frekansı bölgesinde genlik seviyesi artacağı için, filtrelerde genellikle ani seviye artışını kontrol altında tutabilmek bakımından filtrenin kazancı bir miktar düşürülür. Bu durum, özellikle yüksek rezonans şartlarında bas seslerin genliğinde bir zayıflama şeklinde ortaya çıkar ve “gain compensation” adı verilen bir ayarlama ile tekrar istenen seviyeye yükseltilebilir.
 
filtreler
 
Filtreleme işleminin gerçekleştiği kesme frekansının sağ tarafında eğim derecesi ne kadar yüksek ise filtreleme o derece keskin ve etkili olacaktır. Filtrenin sahip olduğu eğim değeri genellikle db/Oktav veya kutup sayısı cinsinden ifade edilir. örneğin, 24 dB/Oktav eğimli bir Alçak Geçiren filtrede kesme frekansı 500 Hz değerine ayarlandığı takdirde, 2000 Hz frekans bileşeninin uğrayacağı filtre zayıflatması 1000 Hz frekans bileşeninden 24 dB daha fazla olacaktır. Benzer şekilde, 4000 Hz frekans bileşeni 2000 Hz frekans bileşeninden 1 oktav üstte yer aldığı için 2000 Hz”den 24 dB, 1000 Hz”den 48 dB daha alt genlik seviyesine sahip olacaktır. Filtrelerin tasarım parametreleri arasında yer alan eğim değeri, her 6 dB/Oktav için 1 kutup değerine karşılık gelmektedir.

örneğin, 12 dB/Oktav”lık Oberheim filtreleri aynı zamanda 2 kutuplu filtreler olarak bilinirler. Herhangi bir filtre için, sahip olduğu eğim değeri, bazı istisnalar hariç kesme frekansı ve rezonans gibi kullanıcı tarafından ayarlanabilir bir parametre değildir. Bu nedenle, bazı synthesizer”larda farklı eğim değerlerine sahip filtre türleri alternatif seçenekler şeklinde sunulabilmektedir. özellikle 24 dB/Oktav filtreler synthesizer”ların gelişim süreci boyunca en çok kullanılan filtre türü olmuştur. Bunun muhtemel sebebi, 24 dB/Oktav eğim ile hemen her kesme frekansı değerinde istenen seviyede filtreleme yapabilmektir. örneğin, düşük kesme frekanslarında sesin nispeten mat ve karanlık olması istenirse, 12 dB/Oktav filtre ile yüksek frekanslar gereğinden daha güçlü ve parlak kalabilmektedir. özellikle yüksek değerli kesme frekanslarında sesin oldukça parlak olması daha yüksek frekansların 24 dB/Oktav gibi şiddetli bir şekilde filtrelenmesi ihtiyacını doğurur.

 

Aksi takdirde, genlik seviyeleri birbirine yakın çok sayıda yüksek frekans bileşenine sahip ve gereğinden fazla parlak, düz ve estetik bir duyuma sahip olmayan tonlar elde etmek olasıdır. Ancak, yine de uygulamaya bağlı olarak bazen düşük kesme frekansı ile birlikte hissedilir yüksek frekansların varlığı da gerekli olabilir. Bu ihtiyaç, 1970″li yıllarda ağırlıklı olarak 24 dB/Oktav filtreli analog synthesizer”ların yaygın olduğu dönemde, Oberheim firmasının bu synthesizer”ların sesini harici olarak işleyebilen 12 dB/Oktav”lık filtreleri (SEM filtreleri) geliştirmesine önayak olmuştur. örneğin, 24 dB/Oktav filtreli Minimoog synthesizer”ın filtresini tamamen açıp SEM modülünden geçirerek istenen ile aynı kesme frekansında daha parlak tonlar elde etmek mümkün olabilmiştir. Zaman içerisinde, SEM modülleri kendi osilatörlerini içeren 12 db/Oktav özellikli bağımsız synthesizer”lar halini almıştır.

Şekil-1″de görülen Alçak Geçiren Filtre karakteristiği incelendiğinde giriş sinyali içerisinde yer alan her bir frekans bileşeninin çıkışta hangi genlik seviyesine sahip olacağı ifade edilmektedir. Bir başka ifadeyle, filtre davranışı tamamıyla genlik ve frekans bakımından bilgi vermektedir. örneğin, filtrenin zamana karşı davranışına yönelik herhangi bir bilgi bulunmamaktadır. Bunun sebebi, filtre davranışının zamandan bağımsız oluşu ve herhangi bir t anında gerek kesme frekansı ve rezonans değerinin gerekse eğim oranının aynı kalışıdır. Bu durum, özellikle ekolayzır gibi belli frekanslarda çalışan statik filtrelerde faydalıdır, ancak filtrelemenin zamana bağlı olarak değişiklik göstermesi istendiğinde otomasyon türü işlemlere başvurulur.

Benzer bir durum synthesizer”lar için de geçerlidir. Keza, synthesizer”ların temel işlevi doğal ya da sentetik hemen her türlü sesi sentezleyebilmeleridir. Birçok ses frekans spektrumu bakımından zamana bağlı olarak değişiklik gösterir.

Zaman içerisinde spektrumun değişim şekli çeşitli sesleri birbirinden ayıran timbral farklılıkların da temelidir. Bu nedenle, synthesizer”ların sahip oldukları filtrelerin genlik ve frekans boyutları yanında zaman ekseninde de kontrol edilebilmeleri ve böylelikle parlaklığı dinamik olarak değişebilen sesler üretebilmeleri gerekmektedir. Zaman ekseninde kontrol edilebilirlik genellikle filtrelerin kesme frekanslarının zamanın bir fonksiyonu olması ile sağlanır. Bir başka ifadeyle, kesme frekansı sabit bir değer olmak yerine, zamanda modüle edilebilir bir parametre haline getirilerek dinamik bir davranış sergilemesi sağlanır. Kesme frekansını modüle ederek zaman içerisinde değiştirilebilir kılmanın en klasik yöntemi bir zarf sinyalini modülatör olarak kullanmaktır.

 

Kesme frekansını başlangıçta “offset” olarak adlandırılabilecek bir değere ayarlayarak, zamana karşı modülasyona bu değerden başlamak synthesizer”ların kullandığı en temel yöntemdir. Kısaca ADSR olarak bilinen dört aşamalı zarf sinyalinin Alçak Geçiren Filtre karakteristiğini zamana karşı değişken hale getirmesi Şekil-2″de görülmektedir. Kesme frekansı, modülasyon öncesi t0 anında f0 offset değerine ayarlandığı takdirde, zarfın atak zamanı sonucu t1 anında tepe noktasına ulaşması ile birlikte tarama hareketi yaparak f1 değerine ulaşacak ve filtreyi açacaktır. İniş zamanı olan t2 ile birlikte f2 değerine inerek bir miktar kapanacak ve tutma süresi boyunca t3 zamanına kadar f2″ye eşit olan f3″te kalacaktır. t4 zamanında bırakma safhası tamamlanarak zarf döngüsü sonlanacağı için, kesme frekansı f4 tekrar offset değeri olan f0″a eşitlenecektir. Bu yöntem, synthesizer”ların dinamik spektrum elde etmek için kullandığı en yaygın yöntemdir. Spektrumun periyodik olarak değişim göstermesi halinde, kesme frekansının zarf sinyali yerine LFO sinyali ile modüle edilmesi yeterli olacaktır.
 
subtractive
Şekil 2
 
Kesme frekansının synthesizer”larda zamana bağlı bir değişken olabilmesi modülasyon sinyallerine bağlı olmakla birlikte, aynı zamanda basılan tuşa da bağlıdır. Klavye izleme olarak bilinen fonksiyon vasıtasıyla yükselen notalarla birlikte kesme frekansının da belli bir oran dahilinde yükselmesi sayesinde filtreleme işleminin tüm klavye boyunca homojen bir şekilde gerçekleşmesi sağlanır. Bu bakımdan, filtre zamana bağlı olarak değişen tuşlarla birlikte Şekil-2″de görülen zarf hareketini farklı offset frekansları etrafında tekrarlayacaktır. Synthesizer filtresinin zamana bağlı olarak bahsedilen yöntemlerle kontrolü yanında, filtrenin harici sinyalleri işleyebilme özelliği bulunduğu takdirde, harici sinyalin genliğine bağlı olarak modüle edilebilmesi de (envelope follower) dolaylı bir zamansal kontrol olarak kabul edilebilir.

 

En sık kullanılan synthesizer filtre türü Alçak Geçiren Filtre olmakla birlikte, bazen Yüksek Geçiren Filtre (High Pass Filter) ve Bant Geçiren Filtre (Band Pass Filter) seçenekleri de bulunabilmektedir. Temel filtre kontrolleri, Alçak Geçiren Filtreden farklı olmayan Yüksek Geçiren Filtre, kesme frekansı etrafında simetri gösteren bir karakteristiğe sahiptir. Synthesizer”larda yaygın bir kullanım şekli, Yüksek Geçiren Filtreyi Alçak Geçiren Filtre ile aynı anda seri olarak kullanmak ve güçlü alt frekansları temizleyerek daha yumuşak bir Alçak Geçiren Filtre işlemi gerçekleştirmek şeklindedir. özellikle günümüz modern yazılım synthesizer”larında birden fazla filtre türünü aynı anda ve farklı bağlantı şekilleri ile kullanmak çok daha kolay hale gelmiştir. SynthMaster”da benzer şekilde iki adet filtreyi farklı filtre türleri içerisinden seçmek ve seri, paralel ya da split adı verilen bağımsız paralel şekillerde kullanmak mümkündür. Şekil-3″te analog bir filtre modelinin Alçak Geçiren Filtre türü görülmektedir. özellikle donanım synthesizer”larda ancak farklı filtreler seçilerek değiştirilebilen eğim değeri şekilde görüldüğü üzere kesme frekansı gibi herhangi bir değere ayarlanabilmektedir. Bu durumda, standartlaşmış 12, 18 ve 24 dB/Oktav eğim değerlerine bağlı kalmaksızın ihtiyaca göre istenen filtreleme şiddeti seçilebilmektedir. ŞEKİL 3
 
synthesizer filtre
Şekil 3

 

BİR CEVAP BIRAK

Please enter your comment!
Please enter your name here