Varför HX3 är främsta hammondklonen idag

Om ljudet i en Hammondorgel och lite om varför det idag bara finns en verkligt naturtrogen klon

Vad är det som gör att en klassisk hammond låter som den gör med personligheten och livet i ljudet trots den till synes enkla och mekaniskt förutsägbara konstruktionen? Hur kan den vara så svår att avbilda med modern teknik för att skapa en ordentlig klon som låter som originalet?

Låt oss först konstatera att skenet bedrar; originalet är inte så enkelt som man kan tro, speciellt när man börjar tränga ned lite på djupet. Därefter kan vi konstatera att det i tillämpningen av modern teknik emellanåt blir mindre bra. Det är väldigt lätt att bara fortsätta på inslagen väg i trygg och känd miljö. När vägen leder åt fel håll så kommer man – fel.

Idag ser vi dock att det äntligen finns en klon som låter verkligt naturtroget, så det finns faktiskt en lösning!

Här nedan berättar vi lite om den lösningen i relation till andra lösningar. Vi börjar med att titta på vad som skapar ljudet i en originalorgel vilket ger en viss inblick i komplexiteten för dem som inte tänkt närmare på frågan. Sedan gör vi en snabb överflygning av klonerna och övergår sedan till alla de vanliga programvarubaserade klonerna och deras problem i korthet. Det för oss så fram till det unika och ganska självklart rätta i HX3-motorns konstruktion.

 

Vad skapar ljudet i en klassisk hammondorgel?

I princip hittar man tre huvuddelar i orgeln som står för ljudet – tongeneratorn, klaviaturen samt mixning & förstärkning. De samverkar med varandra, kontinuerligt och dynamiskt på ett sätt som inte är alldeles trivialt.

 

Tongeneratorn

oil3

Ett tonhjulspar med drivande kugghjul synliga. Nederst i bild ändarna av pickup:erna

Det givna är naturligtvis tongeneratorn med sina roterande hjul, magnetiska pickup:er av olika utföranden, kuggdrev, friktionskopplingar och lager. Där sitter ett tonhjul för varje ton i orgeln – 91 stycken – och de snurrar ständigt allihop. Delarna och deras mekaniska kopplingar låser hjulen till varandra men ger samtidigt små variationer och ”fel” av olika slag. Även en alldeles ny och perfekt tillverkad generator hade sina små egenheter i form av oregelbundenheter i mekaniken. Allt sådant hjälper naturligtvis till att ge ljudet en viss karaktär. Vidare är drivsystemet i kombination med antalet ”taggar” på varje tonhjul en liten intrikat sak när det gäller tonernas faktiska frekvenser i relation till en korrekt vältempererad skala. Tonerna är inte helt rena enligt skalan, utan är lite spridda omkring sina målfrekvenser. Redan tongeneratorn ger alltså både vissa avvikelser från exakta toner, vanligen hursomhelst upplevda som döda och tråkiga, men denna avvikelse är ändå lite speciell i sitt slag. Olika årgångar av generatorer har också byggts på lite olika sätt och bestyckningen av filter och skicket på de filterkomponenter som är monterade påverkar ljudet genom variationerna i signalläckage och signalnivåer. Även hur ägare valt att ”skruva” för att kanske kompensera för åldrandeprocesser eller försöka skapa sitt eget ”sound” påverkar givetvis den specifika orgelns ljud. En tydlig skillnad är att olika generatorer ger olika mängd signalläckage mellan sina toner.

 

Klaviatur och kontaktsystem

busbararrangemang

De nio kontakterna under varje tangent i hammondklaviaturet

Nästa huvuddel efter generatorn är klaviaturen. I en klassisk hammond har varje tangent nio kontakter under sig, en för varje stämma. I kontaktsystemet finns en viss nivåanpassning för att hantera både att stämmorna skall blandas på ett angenämt sätt via drawbarinställningarna, hur signalnivåerna för olika tonhjul normalt ser ut och hur olika tonhöjd uppfattas av hörseln. Den anpassningen talas ofta om som resistanstrådar och ”tapering”. Det är också här som ”foldback” hanteras, dvs återupprepningen av de yttersta tonerna i de högsta och lägsta registren för att hålla tillräckligt kraftig signalnivå även där. Konstruktionen är avgörande för skärpan i diskanten och botten i basen hos de större hammondorglarna. Kontaktsystemet i manualerna brukar ofta kallas för hjärnan i orgeln, vilket man kan förstå när man tänker på att alla 61 tangenterna i en manual har 9 kontakter var vilket ger 9*61=549 kontaktpunkter med varsin tillhörande resistanstråd – per klaviatur. Vissa orgelmodeller har ännu flera kontakter under tangenterna. Pedalkontakterna är byggda på samma sätt. Även i detta system av kontaktpunkter uppstår vissa avvikelser, t ex den del av läckaget mellan tonerna som inte uppstår i generatorn utan via överhörningar mellan de tunna trådarna. Ytterligare en viktig avvikelse är att de olika kontaktpunkterna under en tangent inte slår till vid exakt samma tidpunkt, vilket ger en viss variation i ljudet vid olika anslag trots att klaviaturet per definition inte är anslagskänsligt. En annan är att de små kontaktstudsarna i själva kontaktögonblicket för varje kontakt ger en kort men ganska intensivt brus som låter som ett kort och lite dovt klick. Dessa två fenomen tillsammans ger det berömda ”keyclick” som många hammondälskare inte kan tänka sig att vara utan. Exakt hur det låter beror av många faktorer som t ex tillverkningsår (materialskillnader), små variationer i montering av delarna, nötning och smuts i kontaktpunkterna och hur egenskaperna hos kontakterna och fjädrarna förändrats beroende på hur mycket de spelats (materialutmattning).

 

Mixning, effekter och förstärkning

Efter klaviaturen hittar man ljudmixning och förstärkning vilket efter det första steget i drawbarenheterna sker dels genom en flerpolig transformator som mixar och anpassar signalerna från klaviaturen inför förstärkningen och sedan genom den rörbaserade förförstärkaren. Störst ljudpåverkan av dessa har förförstärkaren där både årgång (detaljer i konstruktionen) och komponentskick påverkar ljudet starkt.

scanner1

Scannervibratots mekaniska komponent i en klassisk hammond

Förförstärkaren ansvarar också för att skapa percussion-ljuden och hantera signalerna i vibrato/chorus-systemet som i övrigt består av en passiv elektronisk enhet (delayline) och en aktiv mekanisk del (scannervibratot – den runda burken som sitter i ena änden av generatorn). Även där är ljudet beroende av olika konstruktioner vid olika årgångar och av komponenternas ålder och skick. En detalj som många som inte är vana vid originalet inte tänker på är hur även swell-pedalen påverkar ljudet. Den ändrar inte bara ljudstyrkan utan också frekvensåtergivningen; en öppnare swell ger ett skarpare ljud än en mera stängd.

 

Dynamisk samverkan

Dessa tre huvuddelar samverkar inte bara i en enkelriktad följd (generator – klaviatur – mixning & förstärkning) utan även dubbelriktat och dynamiskt inte minst eftersom alla kontaktpunkter inte bara släpper fram en ton utan också i olika omfattning släpper alla övriga i en stämma ”tillbaka” till generatorn och dess pickup:er och filter. En viss återkoppling sker också mellan stämmorna i mixningstransformatorn. Det är en dynamik som inte är lätt att förstå, men den står för en del av de lite speciella ljudfenomen som gör en hammond till en hammond. En viss analogi finns med de ljudpåverkande effekterna av minskat tryck i en luftdriven orgel när många tangenter och stämmor är aktiva samtidigt, även om det som då oftast noteras är sänkt ljudvolym, vilket ju inte gäller för en hammondorgel.

 

Den fjärde faktorn: högtalarsystemet

Beskrivningen ovan är det som ger själva orgelljudet. De flesta har nog uppfattningen att en hammond inte låter som den skall om den inte får sjunga genom ett lesliekabinett. Detaljerna i det lämnar vi utanför beskrivningen här, delvis för att orgeln faktiskt är den helt avgörande grunden och delvis för att leslien faktiskt nytillverkas idag och därför i princip inte behöver klonas annat än av utrymmesskäl. Med det sagt är det naturligtvis av stor vikt för slutresultatet både att lesliet eller leslieklonen är av bra kvalitet.

 

Hur kommer det sig att klonerna låter som de gör?

Inuti en B3000

Innanmätet hos en B3000 byggd med Hammonds tidiga digitalteknik

I klonerna har flera olika tekniker använts över tiden för att med varierande framgång härma ljudprodukten av den elektromekaniska originalkonstruktionen. Man har använt olika varianter på hybridlösningar på skalan från analogt till helt digitalt och skräddarsydda IC, samplingar av verkliga hammondorglar och mjukvaror som söker att efterlikna signaluppbyggnaden i originalet.  Hammond själva var tidigt ute med specialkonstruerade IC (”custom LSI”) för sin B3000 alldeles i samband med att produktionen av mekaniska tonhjulsorglar lades ned i mitten av 70-talet. Inget av detta har blivit bra vid jämförelse med äkta vara. Även om ljuden ibland blivit musikaliskt acceptabla eller till och med vackra har de aldrig blivit ”hammond”.

Varianterna är många och kan vara intressant att fördjupa sig i av både tekniska och musikaliska skäl, men eftersom teknikerna erkänt inte levererar det ljud vi talar om är det inte meningsfullt att göra här. Någonstans på vägen började man istället snegla mera på moderna datorlösningar än elektronik och mjukvaran gjorde därmed sitt intåg.

Gemensamt för majoriteten av de kloner som idag låter på skalan nästan acceptabelt till nästan bra är att de tillämpar en princip som kallas ”fysisk modellering”. I enkla ordalag innebär det att man i sin digitala lösning avbildar den fysik som bygger upp ljudbildningen i originalorgeln för att till sist överföra sin digitala ljudström till en analog signal. En enstaka stor tillverkare har på senare tid aktivt annonserat att man nyttjar sampalde ljud i kombination med digital signalbehandling för att skapa effekter, så samplingshybrider förekommer faktiskt fortfarande i nykonstruktioner, något som kan upplevas förvånande. De flesta tillverkare talar om just den fysiska modelleringen som ett försäljningsargument; det är ju det som alltid låter bra! Eller?

Till bilden hör att som alla modeller inte är likadana. Modellerna för en hammondorgel byggas på olika sätt med varierande autenticitet och med olika kvalitet på ”material” och hantverk. I detta resonemang kan vi utan att gå för långt även inkludera samplingshybrider av kända märken. En teckning på papper, ett foto, en stenskulptur och en knådad lermodell kan alla ses som modeller av det original de avser avbilda. Men de är inte originalet. Konstnärens skicklighet eller oskicklighet i framställningen har vi då inte ens börjat diskutera. En välarbetad modell gjord av en riktigt skicklig konstnär kan ibland vara nästan omöjlig att skilja från originalet, varvid den kallas ”replica” – kopia – eller i vissa fall förfalskning…

Att bygga en fysisk modell av en hammond är trots vad man kan tänka sig inte enkelt. Det gäller att fullt förstå de olika delarna och deras samspel och det gäller att rätt beskriva dem i modellen. Varje orgeldel som avbildas i en modell och dess samspel med andra delar kan beskrivas med olika exakthet och varierande detaljering; är tongeneratorn en enda del eller måste man räkna på varje tonhjul och kugghjulen som driver dem? Kanske klarar man sig inte ens utan att räkna med slirkopplingarna i drivkedjan? Måste svänghjulet med torsionsfjädern på motoraxeln också vara med? Detta är frågor som de flesta tillverkare talar mycket tyst om, när man väl berättat att man arbetar med fysisk modellering – man litar på kundernas okunskap i ämnet.

Modellmakande i detta avseende är inte så enkelt som man skulle kunna tro, speciellt eftersom man i allmänhet fastnat i traditionella tankesätt i sitt modellerande. En gammal sanning är att för den som bara har en hammare, ser alla problem ut som spikar.

 

DSP och fysiska modeller – ”State of the Art”?

Generellt har under rätt många år det mesta av avancerad digital ljudhantering skötts med hjälp av något som kallas signalprocessorer (Digital Signal Processor, DSP, som ganska ofta nämns som något positivt när tillverkare berättar om sina hammondkloner). De är inte så magiska som man lätt leds att tro. En DSP är inget annat än en mikroprocessor som byggts för att bättre hantera data när de används för att beskriva signaler och som fått extra smarta programinstruktioner för att öka effektiviteten i den hanteringen. De är alltså ett av de vanliga standardsätten att effektivt hantera analoga data i digital form. För att klara sin uppgift från fall till fall måste en DSP självfallet programmeras som vilka andra datorer som helst. Detta är hammaren som får en hammond att se ut att vara en spik för många tillverkare.

För att producera ett acceptabelt resultat av en fysisk modellering behöver man både kunna skapa relativt abstrakta och komplexa matematiska modeller av den fysiska originalorgeln, man behöver skapa ett program för att uttrycka modellerna så att de kan användas i signalprocessorn och man behöver noga planera strukturen i det för att så väl som möjligt hålla ordning på alla de parallella förlopp man skall avbilda. Mindre lyckade strukturer skapar konflikter i den färdiga lösningen som skadar resultatet. För alla som ens varit i närheten av någon eller några av dessa aktiviteter är det uppenbart att det inte är enkelt och inte bär på någon garanti för ett lyckat resultat. De som rentav provat i någon mening, nickar med säkerhet igenkännande. Med en mera detaljerad modell för ökad autenticitet följer kraftigt ökande komplexitet i slutprodukten och därmed ökande kostnader för både utvecklingsarbete och hårdvara.

För den som är intresserad finns mycket att fördjupa sig i. En artikel om kalkyler rörande magnetfält finns här.

En annan artikel, om matematiska modeller och mjukvarusimulering av rör och utgångstransformatorer, finns här och även om den har siktet inställt på en speciell simuleringsmjukvara ger den inblick i komplexiteten.

Det förtjänar också att nämnas att inte alla mjukvarubaserade lösningar arbetar med DSP:er, exempelvis arbetar vissa kloner med en mjukvara, VB3, som vanligen implementerats för en inbyggd PC med ett operativsystem på samma sätt som alla PC-maskiner med mjukvarusynthesizers. Skillnaden jämfört med en DSP blir mindre än man skulle kunna tänka sig – se nedan – även bortsett från att det ganska klumpiga operativsystemet måste vara med för funktionen.

Att bygga med mjukvara i signalprocessorer kallas av många i branschen för ”state of the art” i hopp om att kunderna skall uppleva den benämningen synonym med ”det bästa och mest perfekta som går att skapa idag”. I en lite mera krass och nykter verklighet betyder det bara ungefär att ”Såhär gör alla andra, så då gör vi det också. Vi använder moderna signalprocessorer som arbetar så snabbt som budgeten tillåter och vi har skrivit en mjukvara vi fått att fungera och låta acceptabelt för en stor del av marknaden”. Det blir extra uppenbart när man betänker att snart sagt alla tillverkare beskriver sin lösning som varande ”state of the art”, samtidigt som det är lätt att konstatera mycket stora variationer i resultaten mellan olika modellmakare.

I förvånansvärt många fall är resultatet inte vad en musiker rimligen förväntar sig ens av ett billigt instrument. Ändå säljs produkterna som fullvärdiga på marknaden.

 

Problemen med de mjuvarubaserade lösningarna

Man skulle kunna likna samspelet och alla de samtidiga förloppen i en gammal elektromekanisk tonhjulsorgel vid en stad med ett stort antal större och mindre vägar, korsningar, trafikljus och rondeller där varje fordon med sin förare förlyttar sig framåt i ständigt samspel med omgivande fordon. Det påminner på viktiga sätt om skeendet i en hammondorgel; alla axlar och hjul snurrar samtidigt, alla signaler rör sig fram och åter i ledningarna och varje elektronrör följer sina insignaler och lämnar sina utsignaler samtidigt. Allt samverkar dynamiskt exakt samtidigt och helt kontinuerligt.

När sådant skall skapas i en mjukvarulösning, om än i välanpassade processorer, uppstår stora komplexiteter och ofrånkomliga bekymmer som resulterar i kompromisser och förenklingar. Ett viktigt bekymmer är hanteringen av samtidigheten, speciellt i kombination med vikten av detaljering och exakthet.

Tänkt på vår stad igen, men tänk dig nu istället att en enda person skulle sköta om förflyttningen av samtliga fordon! Det skulle bli oerhört ineffektivt och faktiskt helt meningslöst. Även om vi låter tio eller kanske hundra personer ta ansvaret skulle det bli alldeles hopplöst. Problemet med stillastående fordon skulle vara stort och tidsförlusten när förarna skall förflytta sig från ett fordon de just kört en bit framåt till nästa i turordningen att flyttas skulle orsaka skrattretande tidsförluster. Om vi så lät hundra eller kanske till och med tusen supermänniskor köra, som springer så fort att de nästan inte behöver någon tid alls för att flytta sig mellan fordonen eller sätta sig in i varje fordons aktuella situation, skulle vi få stora problem. I själva verket skulle effektiviteten sjunka snabbt så snart vi började minska antalet förare under en förare per fordon. Vi vet alla hur stökigt det kan bli av att bara ett fordon står stilla och blockerar en fil och hur det stör all övrig trafik i omgivningen. Att samspelet blir stört när två fordon inte heller med självklarhet kan samverka direkt vid behov är också helt klart.

Detta är den sorts problem man drabbas av i en programvarulösning där detaljerade samtidiga skeenden skall hanteras med stor precision. Oavsett vilka tekniker man använder i form av utvecklingsverktyg och snabba, moderna processorer och oavsett hur skickliga utvecklare man har är detta en verklighet som skall hanteras; den fullständiga parallelliteten i en orgel måste brytas isär på ett liknande sätt som ovan och de fysiska modellerna måste i olika mening följa den uppdelningen. Detta är inte lätt att göra och definitivt inte lätt att hantera utan att slutresultatet påverkas märkbart. För att nå fram till ett resultat till rimlig kostnad tvingas kompromisser och förenklingar fram. Man kan säga att det finns tydliga skäl till att moderna mjukvarubaserade kloner fortfarande inte klarar av att nå upp till originalets ljudkvalitet. Det är naturligtvis möjligt att man lyckas riktigt bra med även detta ganska krångliga sätt att skapa kloner en gång i framtiden. Vi kan dock vara säkra på att det kommer att ta ytterligare en hel del tid. En riktigt trogen fysisk modell med full samtidighet utan menliga kompromisser kräver så mycket av de matematiska modellerna såväl som tekniken och utvecklarna att vägen till ett fullvärdigt resultat ännu är lång.

 

Vad gör att HX3-motorn sticker ut i allt detta och levererar ett originaltroget ljud?

Så till slutpoängen: Vad är det som skiljer HX3-motorns fysiska modell från allt det ovanstående och varför har den det överlägsna ljud den har?

Svaret är faktiskt mycket enkelt, nästan generande enkelt.

Nyckelfrågan är: Hur skulle man vilja bygga en klon av en hammondorgel för att kunna garantera ett fullvärdigt resultat? Jo, på samma sätt som en hammondorgel, naturligtvis!

Det är nästan för uppenbart, ändå har detta gjorts bara helt nyligen för första gången – i HX3-motorn.

Lösningen att försöka skapa en matematisk modell som skall beskrivas i form av en struktur av stora mängder beräkningar i mjukvara som sedan skall köras som olika program i en dator av något slag (DSP eller ej) är naturligtvis inte i linje med idén. Samma sak gäller för kombinationen av samplingar och mjukvara.

I HX3-motorn är stället är orgelns delar och deras ljudmässiga beteenden verkligen fysiskt avbildade rakt in i den digitala hårdvaran. Finns där ett tonhjul med kuggdrev, så finns det kretsar för det direkt i hårdvaran. När det finns 91 tonhjul, finns där 91 tonhjulskretsar som fysiskt avbildar dreven, tonhjulen och deras pickup:er. Finns där en resistanstråd eller en palladiumkontakt, så finns kretsar även för det – i hårdvaran. Finns det en transformator eller ett rör, så är de också på plats med sina egna hårdvarukretsar.

img_5491

Kretsen där modellen av orgeln ligger i en HX3

En sådan direkt avbildning av varje del och enhet kan hålla förenklingarna av modellen vid ett minimum, ingen hänsyn behöver tas till problem som uppstår pga stort antal och/eller mycket krävande beräkningar och inte minst viktigt; allt som sker parallellt och samtidigt i en äkta orgel sker också verkligen helt samtidigt i modellen i hårdvarukretsarna. Orgeln är en elektronisk elektromekanisk rörorgel. Leslieförstärkaren är en elektronisk rörförstärkare. Deras beteende varken simuleras eller emuleras eller beräknas fram eftersom de faktiskt finns därinne och arbetar på det sätt de är hopbyggda, helt i enlighet med originalet. De är helt enkelt bara mycket mindre, digitalt uttryckta och av annat material än vi är vana vid att se dem.

Det är detta som är anledningen till att vi på fullt allvar kan säga att det blir svårt att komma närmare originalet utan att på nytt tillverka tonhjul, pickup:er, resistanstrådar etc och faktiskt börja bygga mekaniska kopior av originalorglarna!

Finns då verkligen inga vanliga processorer alls i en HX3 och ingen vanlig mjukvara? Är alla funktionerna direktimplementerade i hårdvarukretsarna? Nej, faktiskt inte alldeles helt. Några stödjande funktioner är byggda med hjälp av vanlig mjukvara. Simuleringen av rotationseffekten i ett leslie sker med hjälp av en ”vanlig” signalprocessor liksom rumsekot. Likaså hanteras menysystem, inlagring av uppdateringar och midi-kommunikation m fl liknande funktioner med hjälp av ett par mikroprocessorer och vanlig programvara. Men där är det stopp! Orgel och leslieförstärkare är elektroniska och uppbyggda direkt i hårdvara.

Kort sagt: En elektromekanisk hammondorgel är en elektromekanisk hammondorgel – även när den förpackats i modernt kisel!

HX3 symbolic

Kommentarer inaktiverade.