Succesverhaal: Korg
Dure instrumenten sluiten aspirant-muzikanten uit, dus begon Korg zijn synths veel toegankelijker te maken.
De iconische instrumentenbouwer Korg begon zijn bestaan in Japan in de jaren zestig en bracht eerst drummachines op de markt, daarna de eerste synthesizer in Japan en de eerste naaldstemmer ter wereld. Het merk kreeg internationale bekendheid met de opkomst van elektronische muziek in de jaren 1970 en 1980. De vraag naar steeds meer geavanceerde synthesizers − en ook meer betaalbare modellen − zorgde ervoor dat Korg zijn productlijnen uitbreidde naar zowel de hobbyisten thuis als de professionele artiesten. Korg wilde inspelen op de opwindende mogelijkheden van elektronische muziekproductie, die zich razendsnel ontwikkelde naast de exponentiële groei van home- en kantoorcomputers, en was al vroeg geïnteresseerd in op DSP gebaseerde synthesizers.
In de jaren '90 betekende dit het gebruik van op maat gemaakte DSP's (Digital Signal Processors), samen met standaardcomponenten van Motorola en Texas Instruments. In 2005 begon Korg Linux te gebruiken op Intel-processors als de 'DSP' voor zijn high-end keyboards, te beginnen met de op de Pentium gebaseerde OASYS, gevolgd door de op de Atom gebaseerde Kronos. Recentelijk heeft Korg een nieuwe lijn van meer toegankelijke digitale synthesizers gelanceerd, waaronder de wavestate, modwave en opsix, die gebruik maken van de verwerkingscapaciteiten van de Raspberry Pi Compute Module 3 en die een relatief betaalbare prijs van 799 dollar hebben…
In een Interview in november 2021, wordt gesproken met Korg R&D in Californië, het team dat de wavestate en modwave heeft ontwikkeld, General Manager Andy Leary, en Manager Product Development Dan Phillips.
De uitdaging
Moderne synthesizers hebben veel pk's nodig om audio van professionele kwaliteit, met veel functies en een hoge polyfonie (het aantal stemmen dat tegelijk kan worden afgespeeld) te leveren. Klassieke Korg instrumenten gebruikten meerdere speciaal ontworpen ASIC's (Application Specific Integrated Circuits) voor deze taak. De flexibiliteit van deze op ASIC's gebaseerde systemen was noodzakelijkerwijs beperkt, omdat de basisfunctionaliteit in het hardwareontwerp was ingebakken. Een bepaalde set ASIC's bood bijvoorbeeld één synthese-algoritme (zoals sample playback) met een vast aantal stemmen. Deze speciaal gebouwde systemen waren ook niet goedkoop; het M1-keyboard uit 1988 stond genoteerd voor 2749 dollar, wat overeenkomt met ongeveer 6800 dollar in 2022.
Om los te komen van de beperkingen van ASIC-ontwerpen, begon het in Californië gevestigde R&D-team van Korg te werken aan een op DSP gebaseerde synthese. Het idee was dat de hardware zou worden veralgemeend, waarbij het grootste deel van de functies afhankelijk zou zijn van software in plaats van hard-wired elektronische schakelingen. Een dergelijk systeem zou in staat zijn om veel verschillende soorten synthese-algoritmen uit te voeren, zoals fysiek gemodelleerde akoestische instrumenten, virtuele analoge synths, sample playback, toonwielorgels, enzovoort.
Korg R&D begon met het ontwerpen van een aangepaste DSP die gebouwd was voor gebruik in arrays, waarbij een cluster van DSP's met elkaar communiceerden. Na de productie van een prototype gebaseerd op deze hardware, schakelde het bedrijf over op het gebruik van een array van Motorola DSP's voor hun OASYS PCI, een op PCI gebaseerd synthese- en effectensysteem voor Macs en Windows-computers dat in 1999 op de markt kwam. In tegenstelling tot standaard op ASIC gebaseerde instrumenten, werd OASYS PCI geleverd met meer dan 40 synthese-algoritmen en meer dan 130 effect-algoritmen. Gedurende de levensduur van het product hebben externe ontwikkelaars het platform steeds verder uitgebreid met nog veel meer algoritmen.
Hoe flexibel OASYS PCI ook was, het had verschillende technische en commerciële beperkingen. Met vijf high-end DSP's in een op maat gemaakt ontwerp, waren de materiaalkosten nog steeds hoog. Elke DSP moest zijn eigen geheugen hebben, wat de kosten verhoogde en problemen opleverde bij het toewijzen van processen aan de array. Gebruikers moesten handmatig opgeven hoeveel stemmen elk synthese-algoritme zou afspelen. Volgens hetzelfde model als zijn ASIC-voorgangers werden de audioprocessen gescheiden van de besturingsprocessen; de eerstgenoemde draaiden op de DSP's en de laatstgenoemde (op enkele uitzonderingen na) op de host-CPU. Dit vereiste een zorgvuldige afhandeling van de synchronisatie van de audio- en besturingsprocessen en verbruikte ook bandbreedte over de PCI-bus. Tot slot, hoewel de rekenkracht hoog was voor een DSP-platform, had het een lagere polyfonie dan de op ASIC gebaseerde systemen.
So flexibel OASYS PCI auch war, es hatte verschiedene technische und kommerzielle Einschränkungen. Mit fünf High-End-DSPs in einem kundenspezifischen Design waren die Materialkosten immer noch hoch. Jeder DSP benötigte einen eigenen Speicher, was die Kosten in die Höhe trieb und Probleme bei der Zuweisung von Prozessen über das Array hinaus mit sich brachte. Die Benutzer mussten manuell festlegen, wie viele Stimmen jeder Synthese-Algorithmus abspielen sollte. Nach dem gleichen Modell wie bei den ASIC-Vorgängern wurden die Audioprozesse von den Steuerprozessen getrennt. Erstere liefen auf den DSPs, letztere (mit einigen Ausnahmen) auf der Host-CPU. Das erforderte eine sorgfältige Handhabung für die Synchronisierung der Audio- sowie Steuerprozesse und verbrauchte außerdem Bandbreite über den PCI-Bus. Schließlich war die reine Rechenleistung für eine DSP-Plattform hoch, aber die Polyfonie war geringer als bei ASIC-basierten Systemen.
Om deze factoren te verbeteren, werd het volgende product van Korg R&D ontworpen rond Linux draaiend op een Intel Pentium processor. De OASYS, uitgebracht in 2005, was een 'workstation'-keyboard, wat betekent dat het synthese, effecten, sampling, live performance functies, en audio- en MIDI-opname combineerde; de interface omvatte zowel een scharnierend touchscreen als banken met schuifregelaars en knoppen. De Pentium leverde alle functionaliteit, inclusief de gebruikersinterface, het besturingssysteem en de audioverwerking. Voor dit laatste werd hij behandeld als een monolithische DSP, waardoor de problemen van de DSP-array met interchipcommunicatie en meerdere geheugenbanken werden geëlimineerd. Besturings- en audioprocessen werden ook geharmoniseerd en gesynchroniseerd, waardoor het probleem van bandbreedtebeperkingen werd geëlimineerd. In tegenstelling tot zijn voorganger kon het systeem dynamisch verwerkingsvermogen toewijzen aan verschillende synthese-algoritmen en in real time reageren op de gespeelde noten. De combinatie van een relatief snelle CPU, een realtime kernel en compacte assemblycode betekende dat de polyfonie aanzienlijk groter was dan die van zijn ASIC-tegenhangers, ondanks het feit dat de synthesealgoritmen van hogere kwaliteit waren.
Ontworpen als high-end instrument voor professionele gebruikers, was de OASYS groot, zwaar en duur, met een prijs van $8000 voor het piano-actie model met 88-toetsen. "De Oasys was nogal een schok voor veel van onze gebruikers omdat hij meer dan het dubbele kostte ten opzichte van onze vorige machine," merkt Andy Leary op. Maar "hij maakte een aantal ongelooflijke geluiden die andere instrumenten gewoon niet konden doen. Het was echt een topmodel, en een soort baanbrekend instrument."
De Kronos, die in 2011 op de markt kwam, bouwde voort op de technologie van de OASYS, maar met een meer standaardprijsniveau. Een overstap naar de Intel Atom quadcoreprocessor hielp om de kosten te drukken, en verschillende softwarematige verbeteringen vergrootten de aantrekkingskracht. Het was duidelijk dat ze de juiste snaar hadden geraakt, de Kronos bleef tien jaar lang een groot succes, met een paar aanpassingen in de loop van de tijd. Hij werd in 2021 opgevolgd door de Nautilus, gebaseerd op dezelfde technologie.
Terwijl de Kronos stadionconcerten en opnamestudio's domineerde, was Korg R&D druk bezig met de volgende versie van zijn syntheseplatform. Deze keer was het doel om de prijs te verlagen zonder afbreuk te doen aan de functies en de natuurgetrouwheid. Als Intel was doorgegaan op de weg van krachtigere processors die steeds goedkoper werden, was dat misschien een haalbare kaart geweest, maar de Pentiumproducent was erg gericht op computers en laptops. Daarom koos Korg uiteindelijk voor het OMAP-platform van Texas Instruments, dat een ARM-CPU combineert met een DSP, voor hun Grandstage en Vox Continental producten van 2017. Ondanks dat de CPU en DSP op dezelfde die zaten, had het nog steeds een aantal van dezelfde problemen als de oudere OASYS PCI. "Het was nog steeds niet één chip die al het werk deed. We hadden te maken met een soort interconnectieprobleem tussen het DSP-gedeelte en de hoofd-CPU die de gebruikersinterface aanstuurde," legt Andy uit.
De oplossing
Voor hun volgende product was het doel van Korg R&D om producten toegankelijk te maken voor alle muzikanten, door een prijsniveau van minder dan $1000 te bereiken. Uiteindelijk realiseerden ze zich dat oplossingen ontworpen voor computers "gewoon een beetje te veel kosten". Ze stapten over op de Raspberry Pi "en kregen in feite alles wat we nodig hadden, voor een stuk minder. Het is kleiner, goedkoper, sneller, lichter, beter, al die dingen. Het was een duidelijke optie voor ons," aldus Dan Phillips. Een ander aantrekkelijk aspect was dat met de Compute Module alles klaar was om te beginnen. Korg kon zich concentreren op de op maat gemaakte aspecten van hun product, zoals de professionele audio-hardware, het fysieke keyboard en de uitgebreide fysieke bedieningsinterfaces, en dan gewoon een enkel onderdeel inpluggen om de CPU, RAM en opslag te leveren. "Dat deel van het werk is al klaar. Het is net als elk ander onderdeel; we hoeven geen lay-out voor het board te maken, het te bouwen en te testen."
Waarom Raspberry Pi?
Korg ging ook overstag door de inzet van de Raspberry Pi Foundation voor een roadmap op lange termijn voor de productie en ondersteuning van haar producten − een belangrijk punt voor Korg, dat af en toe gedwongen was geweest om abrupte veranderingen door te voeren als gevolg van het stoppen van de productie van DSP's, geheugen en andere componenten.
">"Het was logisch om in zee te gaan met een bedrijf dat iets in enorme volumes produceert en dat zich ertoe verbond om zowel de productie te continueren als de technologie naar de volgende generatie te brengen. Die geruststelling is precies wat een bedrijf nodig heeft," legt Dan uit.
Het hielp ook dat Korg niet veel hoefde te doen om er voordeel uit te halen. In feite kochten ze verschillende Compute Module 3-units, probeerden ze uit en realiseerden zich "hé, hier kunnen we wat mee doen," aldus Andy.
De resultaten
Begin 2020 kondigde Korg R&D de wavestate aan, een opvolger van zijn 30 jaar oude Wavestation en het eerste instrument dat gebruik maakt van de Raspberry Pi Compute Module 3. De originele Wavestation had een legendarische status, dus het nieuws van een gloednieuw model was nogal wat en de verwachtingen waren aanzienlijk.
Het Wavestation gebruikte 'Wave Sequencing' om samples te crossfaden en ze zo te combineren tot nieuwe geluiden. De wavestate bouwt hierop voort met 'Wave Sequencing 2.0', dat uitgebreide realtime controle introduceert, geavanceerde patrooncreatie en -manipulatie geïnspireerd op 20e-eeuwse algoritmische compositie, en gecontroleerde randomisatie. Het systeem heeft ook een aanzienlijk hogere audiokwaliteit en een veel krachtigere synthesearchitectuur dan het origineel, terwijl het de dubbele polyfonie biedt.
Het R&D-team van Korg is gevestigd in Californië en werkt al vele jaren samen, met name aan de OASYS en de Kronos, voordat ze zich gingen toeleggen op de wavestate en zijn eerste opvolger, de modwave wavetable synthesizer.
Het team gebruikt software om hun instrumenten te prototypen voordat ze hardware-ontwerpen implementeren. Met het basissoftwareplatform al functioneel, duurde de ontwikkeling van de wavestate met de Compute Module 3 een vrij bescheiden jaar, van het begin tot de lancering eind 2020. De constructie omvat twee printplaten. De hoofdprint bevat alle elementen van de gebruikersinterface, inclusief display, toetsen, knoppen, wielen en andere synth-specifieke bedieningselementen, samen met MCU-microprocessoren om ze te ondersteunen en met de CM3 te communiceren. De andere print bevat subsystemen voor audio, MIDI, het toetsenbord en de voeding, plus de socket voor de CM3.
Andy beschrijft de opzet als "Heel eenvoudig. Twee printplaten. De filosofie die wij volgen is dat, wanneer wij nieuwe producten maken, wij dezelfde hoofdprint kunnen houden die de processor, audio, enzovoort bevat. De frontpaneelprint zorgt voor differentiatie; deze kan naar wens worden aangepast, en precies worden afgestemd op de behoeften van een specifiek instrument."
Dan vertelt ons dat "niet iedereen begrijpt dat de Raspberry Pi in feite het geluid maakt − veel mensen gaan ervan uit dat dat niet zo is." Anderen gaan ervan uit dat omdat het de beroemde goedkope Raspberry Pi gebruikt, de wavestate goedkoper zou moeten zijn dan zijn relatief bescheiden 799 dollar − maar eigenlijk is het omgekeerde waar. "De CM3 is kosteneffectiever dan onze vorige Pentium- en Atom-componenten, maar hij is nog steeds aanzienlijk duurder dan onze traditionele DSP's of ASIC-oplossingen. We gebruiken de CM3 omdat hij zeer krachtig is, wat het mogelijk maakt om diepe, meeslepende instrumenten te maken."
Ondanks wat gemopper en geklaag, is de wavestate zeer goed ontvangen. "Het is echt een succesvol product voor ons geweest en heeft veel aandacht gekregen. Mensen zijn erg enthousiast over hoeveel het product kan voor zijn prijs. Op de een of andere manier lijkt het erop dat het een geweldig product was om aan het begin van een pandemie te lanceren."
Gevraagd om te kwantificeren hoe succesvol de overstap naar de Raspberry Pi is geweest, meldt het tweetal dat de verkoop hun verwachtingen verre heeft overtroffen. "Korg is een particulier bedrijf en publiceert geen verkoopcijfers," herinnert Dan ons. "Maar we kunnen met zekerheid zeggen dat deze producten zeer goed zijn ontvangen door de markt!"
Vertaling: Jan Mulder