1960: Granulaire Synthese II

…gaat niet heel ver terug de tijd in. Gabor en Xenakis uit de jaren ‘50 van de vorige eeuw worden gezien als de grondleggers van deze synthese vorm. Het hele idee van granulatie heeft een veel langere geschiedenis. Wij als mensheid hebben eerst een aantal stappen moeten zetten om hiertoe te komen.

Wij gaan jullie zo beknopt mogelijk proberen uit te leggen hoe we tot ons huidige beeld van granulatie zijn gekomen. Daarvoor moeten we een paar eeuwen terug, naar Friesland…

Begin 17e eeuw kwam Antoni van Leeuwenhoek erachter dat je met een lens iets 270 keer kon vergroten. Toen hij een waterdruppel onder deze lens legde, nam hij heel veel microbische wezentjes waar, die hij met blote oog nooit had kunnen zien. (“a drop of pond water was a teeming mass of life suggestive of a crowded city”.) Dit had als gevolg dat men achter iets kwam wat ze nooit verwacht hadden; er zijn nog veel meer (kleinere) dingen op deze aarde aanwezig dan dat wij met ons blote oog kunnen zien. Hiermee ontstond ook de Ad Finitum-theorie. Des te meer je zou kunnen inzoomen op iets, des te meer (nog) kleinere dingen je zou kunnen zien in kleinere objecten. Oneindige recursie dus.

Rond 1900 begon de studie over kwantummechanica. Max Planck kwam erachter dat licht niet continu is, maar een granulaire textuur heeft. Einstein ging verder op deze theorie in en liet zien dat licht bepaalde hoeveelheden energie bevat. Deze stukjes energie werden kwanta genoemd.

Van Leeuwenhoek zorgde er dus voor dat wij een ander wereldbeeld kregen. Er is meer op deze aarde aanwezig dan dat wij kunnen waarnemen met onze zintuigen. Zeker kijkende naar objecten die te klein zijn voor het blote oog. De kwanta van Einstein kan je vergelijken met wat wij ‘grains’ noemen bij granulaire synthese.

In 1925 gaf Norbert Wiener een lezing. Hierbij weerlegde hij de ‘Ad Infinitum’-theorie. Norbert ontkrachtte dit door de vergelijking met geluid te maken. Als een toon met een frequentie van 20 Herz voor minder dan 1/20e van een seconde afspeelt, zal het geen geluid produceren. ‘’ Things can only get so small before they cannot exist’’. Niet bij alles is het dus zo dat als je inzoomt, dat er meer zichtbaar wordt. De heer Wiener (ja, zo heette hij echt) kwam hier tot een belangrijke conclusie die weer door te voeren valt naar granulaire synthese. Namelijk; een grain heeft een minimale lengte. Wordt de grain kleiner dan de minimale lengte, dan valt er niks meer waar te nemen. Dit is natuurlijk wel zo bij een grain die alleen naar voren afspeelt.

In diezelfde periode was Jean Fourier op zoek naar een manier om geluid te definiëren. Hij had een model bedacht waarbij hij elk soort geluidssignaal kon ontleden in sinusgolven. Elk van deze golven had drie factoren, namelijk; frequentie, amplitude en fase in verhouding tot de originele golf. Dit betekende dus ook dat elk soort geluid ‘opnieuw gebouwd’ kon worden door simpelweg sinusgolven op elkaar te stapelen. De enige voorwaarde was dat elk geluid een oneindige lengte moest hebben. Dit impliceert dus dat de toonhoogte constant moest blijven.

In 1947 publiceerde Dennis Gabor een artikel genaamd ‘’Acoustical Quanta and the Theory of Hearing’’. Hierin legt hij uit over de problemen met het model van Fourier. Hij zegt dat berekeningen correct zijn, maar dat je het niet altijd kan toepassen in de fysieke wereld. Een sirene, bijvoorbeeld, kan niet te herbouwen zijn met het model van Fourier. Een geluid moet voor altijd oscilleren op dezelfde toonhoogte om het model van Fourier te kunnen gebruiken, en een sirene doet dat precies niet.

Helaas was Fourier’s model dus niet de blauwdruk voor de eerste granulaire synthesizer. Toch heeft hij wel iets in beweging gebracht. Gabor ging namelijk ook onderzoek doen naar hoe je geluid zo realistisch mogelijk kon nabootsen.

Gabor deed ook onderzoek naar het menselijk gehoor. Hij onderzoekt hoe lang het duurt voordat je twee verschillende frequenties van elkaar kan onderscheiden (threshold of the areas of discrimination). Hij kwam tot de volgende conclusies: 1. Frequenties tussen 500 & 1000 Hz moeten tenminste 10 milliseconden afgespeeld worden voordat wij het horen als een toon in plaats van ruis. 2. Als een toon van de ene frequentie naar een ander veranderd, duurt het twee keer zo lang om de tweede frequentie te bevatten in vergelijking met de eerste frequentie. Hoe lang dit absoluut duurt hangt af van de frequentie. Het menselijk gehoor kan lage frequenties sneller onderscheiden. 3. Als een toon in amplitude was veranderd, dan duurt het 21 milliseconden voordat het menselijk gehoor dit zal onderscheiden.

Na het nodige rekenwerk kwam Gabor op zijn vierde en laatste conclusie. Er zijn twee factoren van invloed bij hoelang het duurt voordat je twee tonen van elkaar kan onderscheiden, namelijk: - De frequentiebreedte van de eerste frequentie - De lengte van de tweede frequentie

Gabor bedacht een systeem waarmee hij geluid zo nauwkeurig mogelijk kon ‘herbouwen’ met grains. Dit systeem werkte door geluid te zien als kwanta. Met de conclusies van zijn onderzoek nog in zijn achterhoofd ging Gabor verder aan de slag. Hij was aan het werk met een machine die de frequentie van audio kon aanpassen.

Dennis had een filmprojector gebruikt als basis hiervoor. Hij speelde een film met waveforms af. De film speelde af op een constante snelheid. De film werd aan de achterkant belicht. Door een gleuf kwamen zo de belichte waveforms aan bij een fotocel die het licht omzette in geluid. Gabor besloot om de gleuf te vervangen met een vat, met daarin meerdere gleuven. Daarnaast besloot hij om een klein raampje te plaatsen voor de film. Bij de zijkanten van het raampje maakte hij een ‘fade’ naar het donker voor een vloeiende attack en release van de geluiden.

Door het vat sneller te laten roteren, kreeg Gabor het originele geluid teruggespeeld op een hogere frequentie. Sommige reproducties van het originele geluid klonken heel realistisch, sommige minder. Dit had onder andere te maken met de snelheid waarop het vat draait en het aantal gleuven in het vat zit. Het aantal gleuven maakte het grootste verschil. Als er te veel gleuven zijn was het geluid van lage kwaliteit en was er veel ruis. Als je weinig gleuven had, kreeg je op sommige plaatsen een heel mooi geluid; maar op andere plaatsen helemaal geen geluid. Het mooiste geluid kreeg je als de volgende gleuf begint als de huidige gleuf pas op de helft zit.

Gabor maakte een gelijkwaardige machine waarin hij een 16mm camera verwekte om het vat op verschillende snelheden te laten roteren. Hij kreeg bij deze machine de beste resultaten als de grains tussen de 20 & 50 ms lang waren.

Zien jullie wat ik zie? De eerste ‘granulaire’ synthesizer was geboren. Ook al was dit niet bewust. De film met waveforms is de sample die we gebruiken, de gleuf is een grain en het raampje je omhullende.

Vanaf de jaren ’50 was Iannis Xenakis bezig met granulaire synthese. Hij was van mening dat alle muziekstukken bestaan uit gigantisch veel grains. Die muziekstukken kon je plaatsen in een driedimensionale context. Op de Y-as frequentie, op de X-as tijd en op de Z-as aantal grains. Hij vergeleek muziekstukken met galactische massa’s. Alle deeltjes/grains bewegen. Maar de snelheid waarop en daardoor ook de tijd die het duurt voordat een massa van plaats A naar B is, hangt compleet af van je huidige positie.

Met deze gedachtegang kwam Xenakis met iets revolutionairs; hij zag geluid als een driedimensionaal object, in plaats van (zoals voorheen standaard aangenomen) tweedimensionaal. Deze gedachtegang gaf Xenakis zelf, als componist zijnde, de mogelijkheid om over composities na te denken op een andere manier dan de gewone ‘chronologische, tweedimensionale’.

In 1958 bracht Xenakis ‘Analogique A Et B’ uit. Dit stuk was een combinatie tussen spel van strijkorkest en tapemachine. Hierbij maakte hij gebruik van granulaire synthese. En tot op de dag van vandaag staat dit bekend als de eerste granulaire compositie, met de eerste granulaire synthese.

Barry Truax is een professor van de School of Communication op de Simon Fraser University. Voorheen werkt hij als professor aan de School of Contemporary Arts, gespecialiseerd in de compositie van soundscapes. In 1986 heeft Truax het stuk “Riverrun” uitgebracht. Dit was het eerste stuk dat ooit gebruik maakte van Real-Time Granular Synthesis, een methode waar er met live-input en delays met korte delay grains een nieuw geluid wordt gegenereerd. Hierbij heeft hij gebruik gemaakt van PODX computersysteem. PODX had een programmeerbaar platform genaamd DMX, waar een Granular Synthesizer (GSX) in gemaakt was. Een jaar later werd er een functie toegevoegd genaamd GSAMX (Granular Sampled Sound). Hiermee kon je granulaire synthese op basis van samples maken. Hiermee heeft Barry Truax in 1987 een nieuw stuk gecomponeerd, Wings of Nike. De stukken van Barry Truax emuleren een auditieve omgeving waar statische en dynamische vormgeving samen in balans komen. Tevens zijn de werken van Truax op compositioneel vlak zeer vernieuwend.

Curtis Roads is de vicevoorzitter van het Media, Arts and Technology Program op The University of California, Santa Barbara. Hij speelt ook een grote rol in de Internation Computer Music Organisation. Van 1977 tot 1987 was Curtis Roads bezig met zijn compositie genaamd “nscor”. In die tijd heeft er erg veel vernieuwing plaatsgevonden op het gebied van granulaire synthese. Het was voor Roads mogelijk hierdoor om zijn stuk uit te breiden. De apparatuur waar hij voornamelijk mee werkte waren onder andere, Project 1 (GM Koenig), SSP (Paul Berg) en Music11 (William Buxton). In zijn bekendste stuk ‘’Clang-Tint 1991-1994’’ maakt hij gebruik van granulaire synthese als een soundscape en een melodieuze tool. Roads was daarnaast een software engineer. Een specifieke tool waar Curtis zijn naam op staat is de CloudGenerator. Dit is een granulaire tool gemaakt om mensen te laten zien hoe je door middel van granulaire synthese een textuur synthesizer kan maken, een synthesizer meer gefocused op klank dan melodie.

Paul Lansky (1944) - Amerikaanse Componist
Douglas L. Jones - Professor Electrical and Computer Engineering
Thomas Parks - Professor Electrical Computer Engineering

Zoals eerder genoemd kunnen we het concept van de techniek terugbrengen naar één grain bestaande uit de content en de envelope . De grain heeft een korte duur en zou op zichzelf staand meestal niet heel veel voorstellen. Zodra men de grain in een granulatie populatie plaatst zullen deze parameters echter veel meer invloed hebben.

De bron van de content kan zowel realtime als non-realtime zijn, waarin bij realtime men er een lopend signaal, en bij non-realtime een sample voor kan gebruiken. De envelope bepaald vervolgens de duratie en de amplitude van de grain. Het toevoegen van een envelope aan een grain noemen we windowing. Dit is een vorm van amplitudemodulatie. Hier een afbeelding die de basis van een grain laat zien

De envelope generator kan alle parameters bevatten die we uit andere synthese kennen: duratie, amplitude, attack, release en decay tijd.

De duratie van de envelope bepaald de gehele lengte van de grain. De vuistregel hierin is, hoe korter de duratie, hoe lastiger het voor het oor is om het nog als losse grains te kunnen waarnemen (zoals Gabor onderzocht heeft). Dit is een interessant gegeven waarmee de componist vrij is om te spelen. Het effect van de duratie wordt helderder zodra er meerdere grains gebruikt worden, en ze elkaar dus moeten afwisselen.

De amplitude (ook wel de piek van de amplitude) kan vastgesteld worden door de hoogte van de envelope te meten. Het bereik is vaak in percentage, waarbij 100% het luidst is. Als er variatie bij deze parameter ontstaat, komt, er automatisch meer leven in het sonisch spectrum.

De attack tijd bepaald hoe snel het beginpunt het punt van de maximale amplitude bereikt. Dit is een een belangrijke speler in de generator. Deze parameter is in staat de overgangen kan versoepelen tussen de grains, en het kan het geheel ronder laten klinken. Echter zullen er ook ruis klikjes zijn bij elke grain overgang zodra er geen attack tijd is, een effect dat niet vaak gewenst is.

De sustain tijd bepaald hoe lang de envelope op de piek van de amplitude is. Bij geen sustain zullen ook hier ruis klikjes ontstaan in het geluid, of het geheel kan “buzzing” gaan klinken.

De decay tijd stelt vast hoe snel het signaal van de amplitude piek terug daalt naar nul. Zowel de attack als de decay tijd hebben een ander effect bij een enkele grain stapeling, dan bij een gevarieerde grain stapeling.

De overkoepelende vorm de envelope kan aannemen kan men in drie categorieën indelen: straight-lined, curved en complex:

Met deze basis zijn er veel mogelijkheden om van de losse grains uitgebreide texturen te bouwen. Parameters als dichtheid (hoeveel overlapping er is tussen de grains), tuning (de afspeelsnelheid van de grains), spread (een geselecteerd punt met een bereik waarin de grains mogen ontstaan op willekeur) helpen bij het specificeren van het geluid.

Binnen de techniek is het belangrijk om in te zien dat je niet alles kunt controleren en het juist krachtig is om bepaalde waarde op willekeur te laten ontstaan.

Een Lijst van apparatuur die regelmatig wordt gebruikt voor Granulaire Synthese

1. Modules
   1. AdMO2 Grainshift - Audio Damage
   2. Clouds - Mutible Instruments
   3. gO - Mungo Enterprises
2. Standalone
   1. GR-1 - Tasty Chips Electronics

Een lijst van software met granulaire mogelijkheden

1. Csound
2. SuperCollider
3. Reaktor
4. Max/MSP
5. Real-Time Cmix
6. AudioMulch
7. PODX (GSX / GSAMX)

Analogique - Xenakis (1959) - https://www.youtube.com/watch?v=n2ZEp1pxAOw
Riverrun - Barry Truax (1986) - https://www.youtube.com/watch?v=u81IGEFt7dM
nscor - Curtis Roads (1986) - https://www.youtube.com/watch?v=sZjpnttuAiE
Gobi - Monolake (1999) - https://www.youtube.com/watch?v=p-mMlPWtVvE
Modell 5 - Kurt Hentschläger and Ulf Langheinrich / Granular Synthesis – (2012) - https://www.youtube.com/watch?v=micWnrTNNjo

https://www.sfu.ca/~truax/gran.html
https://www.hfmdd.de/fileadmin/user_upload/SEM/Downloads/ElectricIndigo-GranularSynthesis.pdf
https://en.wikipedia.org/wiki/Granular_synthesis
https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-00770088/document
https://granularsynthesis.com/guide.php
http://meta.lab-au.com/index.php?tag=granular%20synthesis
http://granularsynthesis.com/pdf/gabor.pdf
https://www.sfu.ca/
https://en.wikipedia.org/wiki/Barry_Truax
https://en.wikipedia.org/wiki/Curtis_Roads

• Boaz Vida
• Guido Beeldstroo
• Daan Schrier