Síntesis de sonido – Síntesis sustractiva

En pocas palabras la síntesis sustractiva consiste en aplicar uno o varios filtros a una señal rica en armónicos, de ahí lo de “sustractiva”. Estos filtros remueven o atenúan los armónicos y los hay de diferentes tipos.: pasa altos, pasa bajos, pasa bandas, etc.

Muchos sintetizadores comparten el mismo esquema básico, en el cual uno o varios osciladores pasan por una sección de mezcla que permite al músico incorporar y combinar diferentes armónicos. La señal luego alimenta un filtro, en general pasabajos, pero también puede ser una combinación de varios tipos de filtros.  Los moduladores, o LFO, se incorporan para permitir modelar el sonido a través del tiempo. Un ejemplo tipo sería aplicarlo a la frecuencia de corte del filtro haciendo que esta varíe con el tiempo y consiguiendo un sonido dinámico.

Osciladores analógicos

Las formas de onda ricas en armónicos son la diente de sierra, contiene armónicos pares e impares que decaen en volumen a razón de 1/armónico. Los armónicos pares caen en las diferentes octavas de la fundamental, mientras que los impares caen en frecuencias que, en general, no son notas musicales.

La onda cuadrada, también rica en armónicos, contiene solo armónicos impares y también decae en volumen a razón de 1/armónico.

La onda triangular, también contiene solo armónicos impares, sin embargo decae en volumen como 1/sqr(armónico), es decir más rápido que los armónicos de la onda cuadrada.

La onda senoidal únicamente contiene la frecuencia fundamental.

La onda pulso, es un caso más genérico de la onda cuadrada y permite ajustar el siclo de trabajo o ancho del pulso. La onda cuadrada es una onda pulso con un 50% de ciclo de trabajo. El ajuste del ciclo de trabajo modifica la proporción de la onda que permanece en el ciclo positivo a la vez que introduce armónicos pares. Es importante notar que desde el punto de vista del timbre, este será idéntico por ejemplo en 25% o en 75%.

La onda impulso sería una onda pulso con un ciclo de trabajo casi de cero y el resultado teórico son todos los armónicos al mismo volumen.

El oscilador de ruido genera, precisamente, ruido, lo que se ve en frecuencia como una mezcla de todas las frecuencias que varían en amplitud en forma aleatoria.

Filtros

En la síntesis sustractiva los filtros son el componente que altera la composición de armónicos en la señal y usualmente se describen por el tipo de frecuencias a las cuales no afectan. Por ejemplo un filtro pasabajos atenúa altas frecuencias mientras que no altera las bajas frecuencias, tomando como referencia un punto llamado frecuencia de corte. Algunos parámetros que definen los filtros son:

  • La frecuencia de corte se define como el punto en el cual el filtro atenúa la señal en 3dB, marcando el punto en el que el filtro comienza a reducir la amplitud de las frecuencias.
  • La caída describe cuán rápido se produce esta atenuación puede describirse en función de los polos que actúan a esa frecuencia: 1 polo representa una caída de 6dB por octava mientras que un filtro de 4 polos presentará una caída de 24dB por octava.
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  • La resonancia es un impulso de amplitud en el punto de corte lo que puede exagerar la frecuencia de corte y es particularmente notorio cuándo la frecuencia de corte es modulada. La resonancia puede ser tan alta que el filtro puede comenzar a auto oscilar y convertirse efectivamente en un oscilador de onda senoidal.
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Modulación

Las envolventes describen la variación de un parámetro a través del tiempo y comunmente definen 4 estados: ataque, caída, sostenimiento y liberación. Sin embargo pueden crearse muchas formas más utilizando combinaciones de estos estados.

Muchas envolvente incluyen opciones de re-disparo ya que tenemos muchas formas de reiniciar la envolvente cuándo se ejecutan rápidamente las notas. Un re-disparo digital inicia la envolvente de cero cada vez que presionamos la tecla, pero puede aparecer un glitch debido al cambio abrupto desde el punto en el que se encuentra a cero nuevamente. Un re-disparo analógico reinicia la envolvente desde donde la misma se encuentre. Esto puede suavizar la sucesión de notas pero puede eliminar el punch que la envolvente original genera.

Relacionado con la envolvente y la ejecución tenemos el modo de legato, que permite ejecutar una sucesión de notas en modo deslizado, sin que se dispare la envolvente en cada nota que se ejecute, siempre y cuando la primer nota se mantenga presionada.

Otro parámetro vinculado a la ejecución es el denominado keyboard tracking y es usado para alterar los parámetros de la envolvente dependiendo la nota ejecutada. Por ejemplo, puede ser usado para que la envolvente dure más tiempo en notas bajas y sea más breve en notas altas. También puede ser aplicado en otros parámetros, como la frecuencia de corte. Esto nos permite ajustar el filtro dependiendo de la nota tocada y que el efecto de filtrado sea relativamente idéntico en cualquier nota manteniendo el timbre, de otra manera en un filtro pasabajos estático, por ejemplo, llegaríamos a una nota tan alta que la misma fundamental se vería atenuada.

Adicionalmente es común utilizar LFO para modular parámetros. Esto son osciladores subsónicos (por debajo de los 20Hz). Particularmente son llamado LFO bipolares aquellos cuyo rango va de 1 a -1.

Sintetizador monofónico

Por definición un sintetizador monofónico es aquel capaz de emitir una sóla nota a la vez, lo cual le hace imposible reproducir acordes. Tienen sólo un oscilador, un filtro y un modulador. Cuándo se ejecuta la segunda nota automáticamente deja de emitirse la primera. Esto puede utilizarse para lograr efectos de legato: mientras que la primera nota no deje de ejecutarse la envolvente no se re disparará. Ejemplos:

Sintetizador polifónico

Permite tocar múltiples notas a la vez. Usualmente esto se logra en un sintetizador analógico agregando software adicional para cada voz. Esto puede hacer el equipo muy costoso y por eso al principio no reproducían más de dos voces. Los sintetizadores posteriores ya no estarían limitados por el hardware para cada ruta de señal, sino por la potencia de procesamiento para procesar la información. Hoy en día es posible reproducir cientos de voces. Ejemplos:

Conclusión

Como se observa todos estos sintetizadores comparten los mismos elementos:

  • Número de osciladores
  • Envolventes disponibles
  • Filtros

Lo que hace a cada uno único son las opciones que proveen para configurar y dar forma a la modulación.

 

 

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