O teclado Yamaha DX7 que não se fabrica mais
(kevinboone.me)- Lançado em 1983, o Yamaha DX7 mostrou que sintetizadores digitais podiam se tornar o som padrão da música pop dos anos 1980, e há quem diga que o preset ‘Electric Piano 1’ apareceu em mais de 60% dos álbuns lançados em 1986
- Seu diferencial não era um filtro analógico, mas a síntese por operadores baseada em modulação de frequência, e a polifonia de 16 vozes com combinações de 6 operadores permitia criar sons eletrônicos incomuns para a época
- Em teoria, a variedade tímbrica era ampla, mas o display de duas linhas, os botões multifuncionais e as mudanças de configuração difíceis de prever fizeram muitos usuários ficarem nos 32 presets internos
- No Reino Unido, o preço de lançamento em 1983 era de £1300, o equivalente a cerca de £5000 em 2024, mas ainda era mais barato que sintetizadores analógicos polifônicos, e o DX7 original vendeu 150 mil unidades
- Com a queda no preço de microprocessadores e memória, a síntese baseada em amostragem se espalhou, e hoje é mais fácil usar amostras de um DX7 real ou emuladores de software
O som do DX7 que marcou o pop dos anos 1980
- O som do Yamaha DX7 se espalhou a ponto de definir a música pop dos anos 1980
- Em princípio, ele podia criar uma gama quase infinita de timbres, mas muitos músicos quase nunca iam além dos 32 presets internos
- Como resultado, o som do DX7 se tornou tão característico que bastam alguns segundos para reconhecê-lo
- O tema do programa de TV Twin Peaks é um exemplo clássico que remete facilmente ao som do DX7
- Era difícil encontrar um álbum de sucesso de meados dos anos 1980 em que não desse para ouvir um DX7, e há quem diga que só o preset ‘Electric Piano 1’ apareceu em mais de 60% dos álbuns lançados em 1986
- O DX7 Mark I original era grande e robusto o bastante para ser jogado na traseira de uma van, e o teclado de membrana era incômodo, mas aguentava bem até cerveja derramada
Um ponto de partida diferente dos sintetizadores analógicos
- Antes do DX7, a maioria dos teclados eletrônicos produzia som de forma analógica
- Osciladores eletrônicos criavam tons na altura correspondente à tecla, e filtros com circuitos de controle de amplitude alteravam as características do som
- Era uma tentativa de imitar eletronicamente palhetas, cordas, tubos, caixa de ressonância e envelope de amplitude de instrumentos reais
- A maior parte dos sintetizadores analógicos dos anos 1970 e do início dos anos 1980 era monofônica, então só conseguia tocar uma nota por vez
- Ao pressionar uma nova tecla, a nota anterior era interrompida
- Como tocar acordes era difícil, na música pop eles eram usados principalmente como instrumentos solistas para melodias
- Sintetizadores analógicos sofisticados como o Minimoog permitiam dobrar a afinação com a roda de expressão ou mudar as características do filtro, tornando-se um som emblemático do rock progressivo dos anos 1970
- Sintetizadores analógicos polifônicos, capazes de tocar várias notas ao mesmo tempo, eram muito caros porque exigiam replicar o mesmo circuito eletrônico várias vezes, às vezes uma vez para cada tecla
Síntese por operadores e algoritmos
- O DX7 funcionava de uma forma completamente diferente dos sintetizadores analógicos dos anos 1970
- Toda a geração de som era digital, e não se tratava de imitar digitalmente o método analógico tradicional de produzir áudio
- Sua base conceitual era a modulação de frequência
- Um gerador de tom senoidal alterava a afinação de outro tom, que por sua vez alterava outro, e assim por diante
- Em baixas frequências, esse tipo de modulação vira um vibrato comum, mas no DX7 os tons que se modulavam mutuamente estavam todos na faixa audível, produzindo efeitos pouco tradicionais
- Os componentes de modulação de frequência do DX7 eram chamados de operadores
- Cada uma das 16 vozes de polifonia tinha 6 operadores, totalizando 96
- Diferentes arranjos em que a saída de um operador entra na entrada de outro eram chamados de algoritmos
- Os algoritmos 31 e 32 faziam com que todos os operadores contribuíssem diretamente para a saída
- Definindo a afinação dos seis operadores como múltiplos diferentes da nota fundamental, era possível criar um som parecido com o de um órgão de drawbars
- Cada operador podia receber um envelope de amplitude diferente, o que dava mais flexibilidade
- Os algoritmos 16–18 tiravam a saída final de um único operador, enquanto os outros cinco interagiam entre si modulando sua afinação
- Graças a essa estrutura, o DX7 podia ir de sons suaves com cara de órgão a sons eletrônicos ásperos e ressonantes que ninguém tinha ouvido antes naquela época
Implementação digital e desempenho de vendas
- A geração sonora do DX7 era, na prática, completamente matemática
- Um microcontrolador personalizado fazia os cálculos digitalmente e enviava o resultado a um conversor digital-analógico (DAC)
- A taxa total de amostragem era de cerca de 60 kHz, o suficiente para lidar com frequências acima do limite da audição humana
- A presença mais forte de componentes de alta frequência pode ter ajudado a criar o som ‘brilliant’ característico do DX7
- A tecnologia de operadores da Yamaha depois se espalhou para além do DX7, especialmente em placas de som para PC
- Descobriu-se que, se os operadores começassem com ondas quadradas em vez de senoidais, seria possível criar sons interessantes com menos operadores
- A Yamaha vendeu os chips de som OPL2 de 2 operadores e OPL3 de 4 operadores
- O OPL3 fazia parte da muito popular placa de som SoundBlaster 16
- Em 1984, a Yamaha lançou a estação de trabalho completa de composição musical CX5M, com módulo de síntese por operadores
- O DX7 original vendeu 150 mil unidades
- Para um instrumento de teclado, era um número enorme, cerca de 10 vezes o volume do Minimoog, considerado um modelo de sucesso
- No Reino Unido, era vendido por £1300 em 1983, o que equivale a cerca de £5000 em valores de 2024
- Era caro, mas ainda muito mais barato que um sintetizador analógico polifônico
Limites de usabilidade e declínio rápido
- O DX7 foi um grande sucesso, mas também deixou algumas limitações estranhas
- Seu som era considerado ‘brilliant’, mas no registro mais agudo, à extrema direita do teclado, esse brilho diminuía, e a oitava mais alta podia soar um pouco apagada
- Um possível motivo citado é o projeto do DAC, mas, considerando o cuidado da Yamaha com o design geral, é possível que ele tenha sido ajustado assim para contornar outras limitações da cadeia de processamento
- O DX7 usava apenas um DAC de 12 bits
- Em 1983 já existiam DACs de 16 bits, usados no formato de áudio de CD, então a limitação talvez estivesse mais nos cálculos internos do que na escolha do DAC em si
- Ainda assim, a causa exata não é conhecida com certeza
- O problema maior era a dificuldade de programação
- A interface do usuário se limitava a um display de duas linhas, e todos os botões tinham pelo menos quatro funções
- Era quase impossível descobrir como configurar os operadores para obter um som específico
- Mudanças muito pequenas nos parâmetros podiam ter efeitos drásticos na saída
- Sintetizadores analógicos não reproduziam bem sons de instrumentos reais, mas ao menos era possível prever em alguma medida o efeito de cada ajuste
- Muitos usuários tratavam o DX7 mexendo quase aleatoriamente nos parâmetros e salvando as combinações que soavam boas
- Era possível dar nomes às configurações de timbre, mas inserir nomes pelo incômodo teclado de membrana era difícil
- As configurações podiam ser salvas em cartuchos de memória, permitindo usar seus próprios sons em outro DX7 ou no DX7 de um estúdio de gravação
- Também havia troca de cartuchos de DX7 entre tecladistas
- Depois, a Yamaha continuou expandindo a linha DX7
- O Mark IID tinha teclado dividido, permitindo atribuir sons diferentes a áreas diferentes do teclado
- O Mark IID usava DAC de 16 bits
- Não está claro se a precisão dos cálculos internos também aumentou, ou se a Yamaha concluiu que o DAC do modelo anterior era insuficiente
- Modelos posteriores traziam controles mecânicos de verdade no lugar do teclado de membrana do Mark I, e alguns até tinham unidade de disquete
- Mesmo assim, os modelos seguintes não chegaram perto do sucesso do Mark I, e a família DX7 entrou rapidamente em declínio
- A queda no preço de microprocessadores e memória acabou empurrando para fora do mercado instrumentos parecidos com o DX7
- A síntese FM da Yamaha era difícil de entender, mas relativamente fácil de implementar com a tecnologia digital do início dos anos 1980
- Com o avanço da tecnologia, tornou-se possível sintetizar sons por meio de amostras de instrumentos reais
- A amostragem é uma abordagem cansativa de força bruta, mas relativamente simples quando há poder computacional e memória suficientes
- Hoje, a maior parte da produção musical digital é baseada em amostragem
- Em teclados de palco modernos, se você quiser o som de DX7, é mais fácil usar amostras de um DX7 real do que recriar seus cálculos
- Em trabalho de estúdio, é possível usar emuladores de software do DX7 para estações de trabalho de áudio populares
- Esses emuladores também permitem criar novos sons no estilo DX7, algo que apenas amostras não conseguem fazer
1 comentários
Comentários do Hacker News
Olhando em retrospecto, é estranho avaliar a linha do DX7 como um desvio esquisito no desenvolvimento da música e dizer algo como “síntese por operadores não faz sentido lógico”. O texto fala como se a síntese FM tivesse desaparecido
O DX7 em si acabou sendo aposentado e sintetizadores como o M1 ganharam popularidade, mas a Yamaha continuou lançando vários sintetizadores FM topo de linha depois disso, e a síntese FM ainda hoje é amplamente usada de diversas formas: plugins, emulações do DX7, hardware dedicado como Korg Opsix e Elektron Digitone, o FM-X do Montage/MODX ou motores FM da Hydrasynth/Nord. Também há opções boutique como ReFace DX e Volca FM, e DX7 vintage ainda costuma ser relativamente caro no mercado de usados
O verdadeiro motivo de as pessoas terem abandonado o DX7 era sua interface limitada, mas de algum jeito a culpa acabou recaindo sobre o FM. Sintetizadores subtrativos com um knob para cada função são intuitivos, mas, se você tivesse que controlá-los com três botões e uma linha de texto abreviada, isso também não seria nada divertido
Ele transforma a antiga navegação por menus e o apertar de botões de incremento/decremento em uma experiência muito mais recompensadora e interativa. Uso o Opsix ao vivo na banda e uso como controlador um Yamaha KX76 antigo, que é como o irmão mais velho dos controladores dedicados do DX7; é como ter o melhor dos dois mundos. A sensação das teclas dos teclados daquela época é excelente
Quando você toca uma tecla de piano mais rápido, dedilha uma corda com mais força ou sopra com mais intensidade em um saxofone, o som não fica apenas mais alto: a estrutura harmônica e o timbre também mudam. A síntese analógica tinha dificuldade para produzir esse tipo de resposta, e o DX7 incorporava essa responsividade na própria ideia central da síntese FM
O DX7 era um instrumento que só dava para entender de verdade ao tocar. Sem depender de modulation wheel, joystick ou knobs, era possível mudar o timbre apenas pela forma como se tocavam as teclas, e essa tocabilidade é o que tornava o FM convincente. A síntese aritmética linear da Roland, a síntese vetorial e o multisampling do M1 acabaram explorando essa mesma área, mas vieram depois do DX7
A singularidade da síntese FM está no fato de que a resposta tímbrica à dinâmica é altamente não linear. Usada mal, ela fica imprevisível; mas, quando você encontra bons pontos no espaço de parâmetros, consegue sons próprios, como algo que é sino e ao mesmo tempo orquestra de cordas, ou guitarra com a alma de um saxofone
O DX7 oferecia parâmetros para controlar a sensibilidade à velocidade dos operadores de maneira diferente conforme a posição no teclado, permitindo dar personalidades diferentes às notas graves e agudas. O fenômeno de “redução do brilho” mencionado pelo autor provavelmente também é resultado de não compreender bem o sound design em FM. Se você não programar essas curvas, as notas agudas facilmente soam estridentes
É difícil pensar na síntese FM do DX7 separada do teclado físico que vinha com ele. Para criar bons presets FM, era preciso ajustá-los à resposta do teclado, incluindo curvas de velocidade; nesse sentido, apesar de ser um synth digital, ele era um instrumento muito analógico
O fato de o DX7 quase não ter knobs ou sliders também se devia ao fato de que suas 60 teclas, na prática, funcionavam como knobs e sliders. Por isso, o ePiano do DX7 apareceu em 60% dos discos novos não porque simplesmente imitava um Rhodes, mas porque permitia ao músico manipular o timbre do instrumento com os dedos enquanto tocava
O motivo de ainda hoje continuarem surgindo novos instrumentos FM, como Liven XFM, Korg Opsix, Arturia Minifreak e Reface DX, é que, embora seja fácil imitar instrumentos reais apenas com sampling, isso por si só não basta. Para criar novos sons diferenciados, é preciso mais
Vejo o sucesso do DX7 como resultado da combinação entre o pacote físico do teclado, os algoritmos e os presets ajustados para essa combinação. Um novo instrumento FM também pode fazer sucesso se acertar bem esses elementos e não economizar nos alto-falantes embutidos e nos presets. O especial do FM não se transmite apenas por demos de som; aparece na sensação de tocar diretamente
FM é um desses blocos fundamentais, então não desapareceu: espalhou-se por quase todo lugar. No começo dos anos 2000, também estava presente nos chips de toques de celular da maioria dos telefones. Recentemente comprei no AliExpress um carrilhão de campainha RF de 3 dólares, e todos os sons selecionáveis tinham aquela sensação característica de FM; achei interessante que, mesmo hoje, para criar timbres complexos, a síntese FM ainda possa ser um método mais barato do que formas de onda sampleadas
Também é interessante o processo pelo qual a síntese FM saltou de uma pesquisa acadêmica obscura em Stanford para um produto de sucesso que influenciou a cultura pop mundial, mas o texto praticamente não abordou essa parte. https://usa.yamaha.com/products/contents/music_production/sy...
A história de que o som fica “abafado” nas oitavas mais altas não se deve tanto a uma limitação do DAC, mas ao fato de que o aliasing do algoritmo de modulação de fase fica mais intenso na região aguda
A modulação gera harmônicos altos na saída e, quando esses harmônicos passam da frequência de Nyquist, ou seja, metade da frequência de amostragem, eles se dobram de volta para a faixa audível e criam um ruído muito digital e desagradável
Os projetistas do DX inseriram keyboard scaling nos operadores para evitar isso. A ideia é reduzir a quantidade de modulação aplicada quanto mais alta a tecla tocada, baixando os aliases a ponto de não serem audíveis. Mas, se aplicado com força demais, a complexidade harmônica do timbre diminui de forma perceptível, e por isso o som passa a ser percebido como abafado
Uma das principais patentes do DX7 trata da adição de um filtro de média no caminho de feedback. Fazer a média da amostra atual com a amostra imediatamente anterior ajuda a reduzir aliasing de alta frequência, e a saída principal também tem um filtro passa-baixas de 16 kHz
Também há um material que aborda em profundidade o funcionamento do FM com feedback: https://ristoid.net/modular/fm_variants.html
Com hardware moderno, imagino que seja possível rodar o algoritmo em uma taxa de processamento mais alta para reduzir o aliasing nas notas agudas e evitar a necessidade de keyboard scaling, preservando o timbre das notas altas
Se você tem curiosidade sobre os detalhes técnicos do DX7, deixei organizado um trabalho de engenharia reversa do DX7 e de outros sintetizadores FM da Yamaha: https://ajxs.me/blog/tag/DX7.html
Ken Shirriff também fez uma excelente análise do chip de som do DX7: https://www.righto.com/2021/11/reverse-engineering-yamaha-dx...
O documentário sobre o DX7 da MadFame também é muito bom: https://www.youtube.com/watch?v=sXt_NXjc7oY
Há muitas emulações de software do DX7 bastante realistas, como o Dexed, e também implementações que merecem reconhecimento em termos de precisão: https://github.com/chiaccona/VDX7
A tabela de consulta também era inteligente: em vez de armazenar tudo, guardava apenas metade, e armazenava valores de log2() no lugar dos valores originais, permitindo usar adição em vez de multiplicação nos cálculos dos operadores
O compositor de trilhas sonoras e programador de sintetizadores de vários artistas, incluindo Michael Jackson, Anthony Marinelli, produziu recentemente uma série documental sobre síntese FM e seu inventor John Chowning, e o DX7 aparece várias vezes junto com o Synclavier, que usava o mesmo método de síntese, mas surgiu antes
Chowning e o DX7: https://youtu.be/Mu8lHX-xuSg
FM e aplicações modernas: https://youtu.be/Pl7BY4C9Cg4, https://youtu.be/Uoiqy5mkUKE
Synclavier: https://youtu.be/G5T7NBLSY0c
Se quiser ouvir por conta própria, basta instalar o Dexed: https://asb2m10.github.io/dexed/
Depois baixe e extraia https://hsjp.eu/downloads/Dexed/Dexed_cart_1.0.zip, carregue o cartucho “Original Yamaha/DX7 ROM/ROM1A” no Dexed e toque Whitney Houston com “E PIANO 1”. Se carregar “BASS 1” e tocar a introdução de Danger Zone, também dá para ouvir como a velocidade das notas afeta o ataque
Os engenheiros da Yamaha conseguiram fazer muita coisa com pouquíssimos recursos. Pelo que me lembro, tomando como referência o OPL2 usado na placa original AdLib para PC, todos os sons vinham de uma tabela de consulta de inteiros de 10 bits que representava 1/4 de um ciclo de onda senoidal
Depois de deslocamentos de bits e somas/subtrações, saía um fluxo de dados meio parecido com ponto flutuante de 13 bits, e o DAC transformava isso em inúmeras trilhas sonoras e efeitos de jogos. Além da estrutura de feedback FM, o fato de as etapas do envelope serem abruptas e ásperas também ajudava a formar o caráter do som. Sem média nem interpolação sofisticada, a rusticidade das operações inteiras rápidas aparecia do jeito que era
Os sintetizadores FM de 4 operadores que a Yamaha fez depois do OPP/YM2164 do DX100 têm um som lo-fi característico por causa do tamanho da tabela log-seno. Os chips de 4 operadores usavam 256 amostras para 1/4 de uma onda log-seno, enquanto o DX7 usava 1024. Quanto maior o tamanho da tabela senoidal, muito mais suave fica o timbre
Material relacionado: https://www.righto.com/2021/11/reverse-engineering-yamaha-dx...
A afirmação de que “esses instrumentos eram em geral objeto de interesse acadêmico, e não me lembro de bandas que os usassem no palco” está bem errada. Prophet 5, Oberheim 4/8 voice, Roland Jupiter 8, MemoryMoog e, especialmente, Yamaha CS80 vieram todos antes do DX7 e foram amplamente usados em palcos e estúdios
Só que eram caríssimos, longe demais do alcance de pessoas comuns. Também havia sintetizadores de cordas totalmente polifônicos, mas eram mais próximos da tecnologia de órgãos vintage, com um sintetizador muito simples sob cada nota
Quando o DX7 apareceu, Roland e Korg já estavam lançando instrumentos semianalógicos que combinavam osciladores controlados digitalmente com o restante dos circuitos analógicos. O que fazia o DX7 se destacar era o teclado responder à velocidade e oferecer nada menos que polifonia de 16 vozes. Mesmo tocando ePiano com acordes de jazz elaborados e o pedal de sustain pressionado, ele respondia aos dedos e as notas não eram cortadas de forma tão gritante
O máximo dos polysynths puramente analógicos era 8 vozes, e os modelos mais baratos ficavam por volta de 4 a 6 vozes. Ou seja, acordes de jazz complexos com sustain eram difíceis. O som do DX7 era mais fino e acústico, e atravessava bem a mixagem. Os grandes polysynths analógicos eram mais encorpados, mas combinavam melhor com pads de cordas e metais, efeitos especiais e leads, sendo menos versáteis
Depois, a Yamaha tentou levar a síntese a outro nível com modelagem física, modelando com mais precisão cordas, leads, sopros e corpos ressonantes; lançou alguns instrumentos interessantes, porém muito caros, e acabou desistindo. Para imitar sons reais, o sampling era melhor, e também era difícil dizer que os sons sintetizados por modelagem física fossem muito mais interessantes que FM
Hoje há poder de processamento suficiente para tornar práticas técnicas de síntese que antes eram impossíveis, então já está na hora de outra revolução, mas culturalmente não parece haver muito interesse em experimentação. Sons eletrônicos, mesmo incluindo modular, permanecem em alguns nichos pequenos, e a pressão para explorar além disso é fraca
A verdadeira novidade do DX7 não estava apenas na velocidade e na polifonia de 16 vozes, mas no fato de conseguir produzir sons impossíveis com a síntese subtrativa analógica comum. Na prática, graças à FM, que era mais próxima de modulação de fase, o ataque de um patch podia se comportar como uma forma de onda completamente diferente do release, e a interação entre operadores fazia o timbre mudar bastante ao longo do tempo. Esse realismo que nenhum sintetizador analógico conseguia produzir era justamente a novidade
https://www.youtube.com/watch?v=1ApmgnKkqaI
Em Stop Making Sense, do Talking Heads, um Sequential Prophet 5 aparece em vários momentos, e o Van Halen é famoso por ter usado Oberheim. Se um disco da primeira metade dos anos 80 tinha sintetizador, quase sempre eram instrumentos desse tipo
Tenho um, e com ele é fácil produzir sons como se você estivesse tocando instrumentos acústicos expressivos, que podem ou não existir de verdade. É completamente diferente de qualquer FM que eu já tenha ouvido e mais expressivo que samples. Muitos músicos profissionais também o elogiaram bastante, então é difícil dizer que a experimentação morreu completamente
E não existe só o Osmose. O popular plugin de piano Pianoteq é modelagem física pura e soa excelente. Alguns teclados workstation também usam modelagem física
https://www.expressivee.com/2-osmose
https://www.soundonsound.com/reviews/modartt-pianoteq-8
Era uma textura popular entre artistas indie da internet por volta de 2014–2020, no chamado mundo do bedroom pop. Nós éramos mais próximos de um pós-punk barulhento e caótico, mas algumas músicas também tinham um clima de bedroom pop: https://nadirbliss.bandcamp.com/album/sharp-distance-2
A frase “quando se tornou possível samplear instrumentos reais, o método de criar sons parecidos com matemática logo ficou obsoleto” está certa até certo ponto, mas o equipamento seguinte que me fez deixar o DX7 encostado em casa foi o Ensoniq EPS-16+
https://www.vintagesynth.com/ensoniq/eps-16
O artigo menciona placas de som de PC, mas chips sintetizadores dessa família também eram bastante comuns em videogames em geral por volta de 1985 a 1995
Foram usados no Master System, Genesis, Neo Geo, Capcom CPS1/CPS2, Sega System 16, Midway Y-Unit/T-Unit e Namco System 1/2, além de inúmeras placas individuais da Data East, Konami e Taito, difíceis até de contar
Ao criar os efeitos sonoros e a música do jogo Wilderplace, fiz quase todos os sons com o WebDX7. Como o DX7 não tem ruído puro nem filtro, a única exceção foi uma parte do ruído branco modelado para som de chuva; todo o sequenciamento e a síntese acontecem em tempo real dentro do jogo
Trabalhar com o DX7 era absurdamente divertido, como mexer com argila. Os patches do DX7, quando sobrepostos, têm uma sensação clara e ao mesmo tempo quente, e não se acumulam de forma opaca como instrumentos baseados em samples. Em compensação, há a dificuldade de um resíduo digital que vai se acumulando, mas acho que isso também faz parte de sua beleza áspera e orgânica
Ainda assim, eu gostaria de experimentar um sintetizador FM estéreo, baseado em GPU, com alto alcance dinâmico e grafo de operadores totalmente configurável