Síntesis de sonido – Introducción

La síntesis de sonido consiste en obtener sonidos a partir de medios no acústicos; variaciones de voltaje en el caso de la síntesis analógica, o por medio de programas de computadora en el caso de la síntesis digital que hace referencia a la analógica.

Wikipedia nos da una interesante, completa y sucinta primera aproximación a uno de los temas más apasionantes de la producción musical digital. Además de crear ritmos y melodías uno de los apartados creativos que más atrae a los productores es la creación de sonidos nuevos y originales.

Pero, ¿que es el sonido? Técnicamente el sonido puede ser descrito como la vibración a través de un medio. Esto significa que el sonido puede viajar por aire, agua o cualquier medio que pueda propagar ondas de energía. Además el sonido puede describirse por medio de varias propiedades clave.

Características del sonido

Frecuencia

Las ondas de propagación del sonido pueden visualizarse por ejemplo al tocar la cuerda de una guitarra. La cuerda se mueve de un lado al otro una y otra vez moviendo las partículas de aire a su alrededor al mismo ritmo o frecuencia. Así, la frecuencia es el número de periodos que se reproducen en un segundo. La frecuencia se mide en hertz (hz), de modo que 1 hz es un único periodo cuya duración es un segundo. La frecuencia también nos habla de la longitud de la onda, si conocemos la velocidad con la que esa onda se propaga en el medio. En el aire el sonido viaja a 343 m/s, por lo tanto una onda de 1 hz mide 343 metros. Una habitación debería tener ese enorme tamaño para acomodar un ciclo de esa frecuencia. Es por ello que las habitaciones pequeñas tiene una respuesta pobres a los sonidos muy bajos.

Tono (pitch)

Mientras que técnicamente el sonido se describe por frecuencias, los humanos lo percibimos con una característica subjetiva que llamamos tono. Un tono alto o agudo implica una frecuencia alta y un tono bajo o grave corresponde con una frecuencia baja. También estamos interesados en la relación entre los sonidos. Por ejemplo, cuándo la relación de frecuencia entre un sonido y otro es del doble, decimos entonces que hay una octava de diferencia.

Amplitud

La amplitud es la característica por la que percibimos el volumen. Al igual que el tono, es una característica subjetiva y lo que para uno puede parecer un volumen alto, a otra persona puede parecerle agradable. También, al igual que el tono, la percepción es logarítmica y no lineal. Dos personas aplaudiendo juntas no suenan el doble de fuerte que una sola. El volumen se mide en decibeles, una escala logarítmica que tiene en cuenta la característica del volumen.  Desde el punto de la síntesis estaremos más interesados en como cambia el volumen con el tiempo.

Duración y envolvente

Con la duración distinguimos sonidos entre largos y cortos. Tomando la duración y el volumen juntos podemos describir la envolvente del sonido, o como el volumen varía con el tiempo.  Lo describimos considerando distintos estados:

  • Ataque (attack), se produce en el momento que inicia el sonido. Algunos sonidos comienzan suavemente y otros, como una percusión, tienen un ataque muy breve.
  • Caída (decay) se produce entre el pico máximo que se alcanza durante el ataque y el volumen definitivo que tendrá el sonido antes de finalizar.
  • Sostenimiento (sustain) es el nivel (lo medimos en nivel y no en tiempo) que se alcanza luego de la caída.
  • Relajación (release) es el tiempo que demora el sonido en desaparecer luego de que la fuente de sonido ha dejado de existir (por ejemplo cuándo se suelta una tecla de un piano).

Armónicos y timbre

Los sonidos que escuchamos, con la excepción de una onda senoidal perfecta, están compuestos por diferentes frecuencias, además de la fundamental o principal, que es la menor y es lo que describimos como el tono de la nota.  Todas las demás frecuencias por encima de la fundamental se conocen como sobretonos, entre los cuales también se encuentran los armónicos. Los armónicos son múltiplos enteros de la fundamental y se encuentran en ondas como diente de sierra, onda cuadrada, onda triangular y en cualquier sonido que nos da un fuerte sentido del tono.

Poniendo juntos la envolvente del sonido y los armónicos obtenemos la huella digital de cada sonido o el timbre. El timbre es lo que describimos cuándo identificamos un sonido como diferente a otro, cuándo hablamos del color del sonido. Es lo que nos permite identificar un tipo de instrumento de otro.

El arte del diseño de sonido está en utilizar todas estas características para dar forma a nuevos e interesantes timbres.

Componentes básicos de la síntesis de sonido

Osciladores

Generan la forma de onda y son la materia prima de la síntesis.

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Los osciladores digitales nos permiten utilizar muestras de sonido como fuente, permitiendo realizar osciladores con cualquier forma de onda.

Filtros

Permiten moldear la carga de armónicos del sonido generado por los osciladores. Algunos filtros eliminan altas frecuencias, otros bajas frecuencias e incluso otros pueden exagerar algunas frecuencias o introducir nuevas.

Envolvente

Los generadores de envolvente modulan un parámetro con el tiempo y comúnmente se utilizan para controlar el volumen de un sonido o la frecuencia de corte de un filtro.

Construir un sintetizador básico con Reaktor 6

Reaktor es una software de Native Instruments que permite diseñar sintetizadores simples o altamente complejos, como el nuevo Form.

Un sintetizador simple incluirá una entrada de pitch y gate, que provendrá de un controlador MIDI. Esta entrada controlará un oscilador, cuya amplitud será controlada a su vez por una envolvente. Además agregaremos un filtro.

Partimos creando un nuevo Ensemble, que es el contenedor básico en Reaktor. Luego crearemos un nuevo instrumento para ordenar las cosas. En Reaktor un instrumento es una abstracción, podemos construir un instrumento en su interior o un filtro.

Hacemos doble click en el instrumento para poder comenzar a construir el sinte. Agregaremos un oscilador básico, por ejemplo un diente de sierra. Para ello utilizamos la tecla ENTER, que abre la ventana de búsqueda y comenzamos a escribir “sawtooth oscillator” y lo seleccionamos.

Vemos que tiene una entrada para pitch, o tono, y otra para la amplitud. Los colores en las entradas tienen su explicación:

  • Las entradas amarillas son entradas de eventos, estas entradas admiten valores que cambian a una velocidad mucho menor que las entradas de audio.
  • Las entradas blancas son entradas de audio y se calculan para cada muestra de sonido.

Para controlar este oscilador desde nuestro teclado MIDI necesitamos la macro “pitch and gate”. Las macros son como colecciones de elementos más básicos que cumplen una función común.

Podemos conectar en este mismo instante la salida de pitch, con la entrada de pitch del oscilador y agregar (botón derecho) una constante para la amplitud, con un valor de 1. Para escuchar algo lo que haremos es crear un puerto de salida (out port) y conectamos a él la salida del oscilador y, a su vez, volviendo al esquema principal, conectamos la salida del instrumento a ambos puertos Out, que reprentan la salida global. Automáticamente comenzaremos a escuchar el oscilador. Las notas cambiaran si tocamos pero nunca cesará el sonido.

Ya tenemos el oscilador, pero no tenemos ningún mecanismo aún para controlar la envolvente. Podemos agregar una envolvente básica utilizando la macro AHDSR.

Tan pronto lo agreguemos debemos acomodar un poco los elementos del panel, yendo a la vista del panel, desbloqueando con el candado y arrastrando los elementos hasta obtener un panel que nos guste. Esto conviene hacerlo cada vez que agregamos un elemento que tenga representación visual en el panel.

Conectamos la salida gate de “Pitch and gate” con la entrada de gate de la envolvente. Y ahora conectamos la salida de “Env” con la entrada de amplitud del oscilador y ya tenemos algo más interesante que responde a nuestro controlador.

Es interesante que no todos los objetos que encontremos y que querremos controlar tendrán una entrada de amplitud como la del oscilador. De modo que un mecanismo de conexión alternativo sería multiplicar la salida del oscilador, al cual le aplicamos como amplitud una constante, por la envolvente. De esta manera cuándo no presionamos ninguna tecla la salida será efectivamente cero, mientras que cuándo presionemos una tecla la envolvente moldeará la salida del oscilador.

Nos queda únicamente colocar el filtro. Si bien podemos poner el filtro a la salida, tiene más sentido colocarlo a la salida del oscilador, de tal forma que siempre esté actuando sobre la misma señal. Utilizaremos el componente “VA Filter”, que un filtro virtual analógico (VA) con una entrada para modular la frecuencia de corte. Acomodamos el panel y realizamos las conexiones.

Con esto ya tenemos un filtro básico para jugar un rato. Por supuesto, podemos agregar polifonía, más filtros, más osciladores, etc.

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