jueves, 2 de junio de 2011

Tipos de síntesis

Se distinguen por los métodos utilizados para la creación de sonidos.

Sintetizador Analógico
Síntesis de AM
Síntesis de FM
Síntesis Aditiva
Síntesis Sustractiva
Distorsión de Fase
Wave Shaping
Wave Sequencing
Síntesis de Vector
Modulación en Anillo
Síntesis por modelado físico
Sintetizadores modulares (Virtuales)
Sintetizadores virtuales


SINTESIS SUSTRACTIVA: trabaja a partir de ondas complejas generadas por osciladores y generadores de ruido que son procesados por filtros (generalmente resonantes) que "restan armónicos". Algunos de los sintetizadores (analógicos, digitales o híbridos) que emplean este tipo de síntesis son los Moog; ARP; Oberheim; Prophet; EMS; Roland; los Korg PS, MS, Polysix, Poly 61, Mono/Poly, Poly 800, DW; Kawai K4, K11, 100F; Spectral Audio Protone; Doepfer A100; Waldorf Q y Pulse; Yamaha CS, SY85, etc.
Muchos sintetizadores utilizan otros métodos de síntesis, además de la sustractiva, para la obtención de timbres complejos: síntesis aditiva (como el Kawai K3, K5, K5000; Fairlight; Synclavier), síntesis por FM (como los Yamaha SY77, SY99 y TG77), síntesis waveshape/vector (como el Prophet VS; Waldorf Wave, Microwave; Korg Wavestation, 01W). Además han aparecido emuladores de sintetizadores analógicos sustractivos que operan por la técnica de "modelado físico", como ser el Clavia Nord Lead, Yamaha AN1x, Roland JP8000, Korg Z1, etc.
SINTESIS SUSTRACTIVA
Dado que los primeros sintetizadores que se popularizaron utilizaron este tipo de síntesis, gran parte de los parámetros y módulos no específicos de la síntesis sustractiva (como ser LFO, envolventes, scalings, etc.) van a ser especificados dentro de este método, a pesar de encontrarse en otros.
El parámetro de análisis para la síntesis sustractiva será generalmente un sintetizador controlado por voltaje y en algunos casos se explicarán las variantes en un sintetizador digital.
ESQUEMA BASICO DE UN SINTETIZADOR SUSTRACTIVO
Los módulos en un sintetizador sustractivo pueden cumplir una o varias funciones, en general agrupadas en generación de sonido, procesamiento y control. Según la forma en que los módulos estén conectados, la función de éstos puede variar.
La configuración más tradicional incluye:
Señales de audio: osciladores y generador de ruido conectados a un mezclador cuya salida pasa por un filtro y la salida del filtro por un amplificador. Los osciladores, filtros y amplificadores son controlados por voltaje (VCO, VCF y VCA).
Señales de control: provienen generalmente de teclados, secuenciadores, generadores de envolvente y osciladores de baja frecuencia (LFO). Estos módulos controlan con sus voltajes a los VCO, VCF y VCA.
Señales de disparo: las proveen generalmente teclados, secuenciadores, botones o switches y activan a los generadores de envolvente.
Dependiendo de la cantidad de módulos que estén disponibles en el instrumento y si pudieran ser conectados libremente o no, se determinará la complejidad del sintetizador. A grandes rasgos, los sintetizadores sustractivos analógicos se dividen en modulares, semimodulares o de configuración fija. La cantidad de osciladores, amplificadores, filtros y envolventes disponibles marcan también la diferencia entre los distintos instrumentos.
Algunos ejemplos son: Minimoog (configuración fija, tres osciladores, ruido, VCF pasabajos, VCA, dos envolventes y mezclador), ARP 2600 (configuración fija y semimodular, tres osciladores, ruido, VCF pasabajos, VCA, dos envolventes, modulador en anillo, LFO, sample & hold, procesadores de voltaje, reverberancia y mezclador), Micromoog (configuración fija, un oscilador, un suboscilador, ruido, LFO, dos envolventes, VCA, sample & hold, mezcladores, LP VCF), Moog 15 (modular, tres osciladores, un driver, ruido, LP VCF, banco de filtros fijos, dos envolventes, dos VCA, control de voltaje, mezclador), Moog 55 (modular, siete osciladores, dos drivers, ruido, un LP VCF, un HP VCF, cuatro envolventes, cinco VCA, secuenciador, tres mezcladores, un banco de filtros fijos, reverberancia, controladores de voltaje, etc.).



ALGUNAS VARIANTES DE LA SINTESIS SUSTRACTIVA (WAVETABLE, LINEAR ARITMETIC):
Para obtener sonoridades mas amplias dentro de un esquema ya conocido, como resultaba ser en los años '80 la síntesis sustractiva, muchas marcas optaron por dotar a los osciladores de sus sintetizadores de sonidos de otras formas de onda, además de las tradicionales (ondas cuadrada, diente de sierra, triangular y senoidal).
La primer opción a los VCO típicos fueron los sintetizadores RMI, a mediados de los años '70: ofrecían sintetizadores con osciladores digitales que presentaban ondas cíclicas ("loops" que eran muestras digitalizadas de ondas acústicas (ej: RMI Keyboard ComputerI). Esta técnica fue retomada y perfeccionada a comienzos de los años '80 por el sintetizador PPG Wave que presentaba osciladores con muchas ondas cíclicas ordenadas en distintas “tablas de ondas” ("wavetable" que eran procesadas un filtro, siguiendo el camino tradicional de la síntesis sustractiva. Los primeros instrumentos en acercar la "wavetable" a precios accesibles fueron los Korg DW6000 (con 8 formas de onda) y DW8000 (con 16 formas de onda). Luego aparecieron el Kawai K3 (con 32 formas de onda, una de las cuales podía componerse como una precaria síntesis aditiva) y el Ensoniq ESQ1.
En la segunda mitad de los años '80 el "sampling" (grabación digital de sonidos) había alcanzado un amplio desarrollo y parte de esa tecnología se aplicó para la construcción de sintetizadores. El Roland D50 presentó la "síntesis linear aritmética", en la que se podían combinar sonidos "sampleados" con toda su evolución tímbrica (y no ya un ciclo sampleado y repetido) con sonidos creados por síntesis sustractiva convencional de ondas cuadradas y diente de sierra. No tardaron en llegar instrumentos que permitían también la síntesis sustractiva de sonidos sampleados. La ventaja de estos sistemas de sampleo archivado en ROM y síntesis es que se podían mezclar sonidos "reales" con sonidos sintéticos (por ej. mezclando el sampleo del ataque de una flauta [soplido] con el sostenimiento basado en una onda triangular con un filtro resonante). Toda la línea D, JD y JV (de Roland) utiliza variantes derivada de la síntesis linear aritmética del D50. El Kawai K1 traía sampleos pero no traía filtros, en cambio el K4, K11 y K5000 combinan ambas posibilidades.
Los instrumentos que traen formas de onda sampleadas suelen dividir estas ondas por grupos: sonidos cortos: sin sostenimiento (ataques de piano, violín, flautas, baterías), sonidos cíclicos continuos: como los que se proveían en los wavetable, sonidos loopeados: un sampleo evolutivo con loop (coros, cuerdas), ondas tradicionales: reproducción digital de ondas cuadrada, diente de sierra, triangular, senoidal y ruido.
Muchos sintetizadores como los Korg de la línea M, T, 0 y Wavestation presentan filtros no resonantes al igual que los Ensoniq SQ, VFX y TS, no pudiendo ser considerados sintetizadores sustractivos muy poderosos en ese sentido. A partir del Korg Trinity, esta marca vuelve a ofrecer filtros resonantes en instrumentos con ondas sampleadas.
Otros ejemplos de mezcla de sampleos y filtros (algunos resonantes y otros no) son el Yamaha SY85, los Peavey DPM, Alesis Quadrasynth y QS y los E-MU Morpheus y Ultraproteus, Orbit, Carnaval y Planet Phatt.

SINTESIS ADITIVA: los sonidos complejos se crean a partir de sus componentes más puras: las ondas senoidales. Todo sintetizador que permita controlar la amplitud de un grupo relativamente grande de ondas senoidales puede considerarse aditivo. El primer instrumento musical electrónico fue el "dinamofón" (data de fin del siglo XIX) y trabajaba sumando las amplitudes de 12 ondas senoidales que eran eléctricamente generadas por dinamos. Para la década del '30 comienza la fabricación de los órganos Hammond, en los que se controlan las amplitudes de 9 ondas senoidales que no están todas dispuestas en la relación de frecuencias de la escala de armónicos.
En la década de los '50, en los laboratorios de música electroacústica, se trabajaba con generadores de ondas senoidales para producir, mediante adición de sonidos grabados, diferentes timbres electrónicos.
El primer sintetizador comercial que emplea este tipo de síntesis es el RMI Harmonic Synthesizer, que tenia 2 osciladores con 16 armónicos cada uno, cuyas amplitudes eran controladas por 16 controles deslizables por oscilador. Luego de creado el espectro, este pasaba por filtros y envolventes típicos de un sintetizador sustractivo. La generación de estas ondas era digital ya que esto permitía la estabilidad de la frecuencia de las ondas.
En algunos sistemas analógicos modulares (como los Moog, Aries, E-MU) era posible sumar una importante cantidad de ondas senoidales, incluso sintonizarlas en fase, pero el carácter analógico de estos sistemas no garantizaba un 100% de estabilidad en la frecuencia de los osciladores. Dado que para crear un timbre armónico se necesita una exacta relación de múltiplos enteros entre los armónicos y la fundamental, cualquier pequeña desviación en la frecuencia de algunos de los componentes transforma al espectro en inarmónico.
A fines de los '70 se presentan dos grandes sistemas digitales: el NED Synclavier y el CMI Fairlight, que presentan sistemas aditivos integrados a otras capacidades propias de un nuevo tipo de instrumento digital, como ser secuenciadores polifónicos con posibilidades de edición, visualización de datos en monitor, sampling y resíntesis (en Fairlight) y FM (en Synclavier). Luego el Synclavier incorporó sampleo y grabación digital en disco rígido.
A mediados de los '80 comienzan a aparecer los primeros sintetizadores digitales económicamente accesibles con rudimentarios sistemas aditivos como los del Kawai K3 o el sampler Korg DSS1. También aparecen programas para computadora como el Soft Synth. Sobre la idea del Soft Synth se basa la idea de síntesis aditiva de los samplers Emax SE y Emax II.
Los sistemas del K3, del DSS1 y del Emax no funcionaban en tiempo real; una vez especificados los parámetros se le daba la orden al instrumento para que los calcule y luego se escuchaba el resultado. El Soft Synth tampoco trabajaba en tiempo real, pero los cálculos eran mucho más veloces. A fin de los '80 aparece el primer sintetizador por síntesis aditiva poderoso y popular: el Kawai K5, con dos osciladores de 64 armónicos cada uno y cuatro envolventes asignables para los diferentes parciales o grupos de parciales. Este instrumento trabaja en tiempo real y presenta una interfase gráfica que permite visualizar en amplitud y frecuencia el espectro programado. Además cuenta con filtros digitales para aplicar síntesis sustractiva al espectro creado.
Su continuación es el Kawai K5000, que perfecciona la sección aditiva con envolventes individuales para cada armónico, además de adaptarse a los requerimientos de la década del '90 con agregados de ondas PCM, filtros resonantes de 12 y 24db por octava, filtros de 128 bandas, morphing y multiefectos.

SÍNTESIS POR MODULACIÓN DE AMPLITUD (AM): Nos encontramos ante un sistema algo más complejo. El caso más simple es utilizando una señal portadora de una determinada frecuencia y modular su amplitud mediante otra señal de frecuencia, por lo general, múltiplo de la primera (a esta nueva señal se le denomina moduladora). De esta forma se consiguen timbres muy variados usando formas de onda, a priori, muy simples.

SÍNTESIS POR MODULACIÓN EN ANILLO (RM): Se trata realmente de una modulación en amplitud, pero lo que en realidad se hace es multiplicar la portadora por la moduladora, generándose sonidos más curiosos que los generados con la AM (se podrían calificar de más chirriantes).


SINTESIS FM: la síntesis por modulación de frecuencia trabaja a partir de un concepto muy sencillo y debe su éxito a la posibilidad de generar un espectro de gran complejidad con solo 2 generadores. En la FM, básicamente, un oscilador (modulador) modula la frecuencia del otro (portador, carrier) estando ambos involucrados dentro del espectro de frecuencias audibles (o superiores), por lo que no se alcanzan a percibir las variaciones de altura sino que se escucha un importante cambio en el timbre de la señal modulada. Esto permite, por ejemplo, que con un generador de ondas senoidales (portador) modulado por otro (modulador) se obtengan timbres excepcionalmente ricos en parciales. El principio de la FM sería como el del vibrato, pero a una velocidad superior a los 20 Hz..
La FM se utiliza en diversas áreas como en las transmisiones radiales y era aplicada en sintetizadores analógicos dada su sencilla implementación. Teniendo en cuenta la importante incidencia de las variaciones de la frecuencia sobre el espectro resultante, no fue hasta la llegada de los osciladores digitales que se implementó como método excluyente de síntesis.
FM analógica: la encontramos en cualquier sintetizador analógico modular o semimodular (Moog I, II, III, 12,15, 35, 55; ARP 2500 y 2600; EMS VCS3, AKS y Synthi 100; Aries; Serge; Buchla; E-MU; Roland System 100 y 700, etc.), así como en sistemas mas cerrados (Minimoog, Micromoog, Multimoog; ARP Odyssey; Kawai 100F; Prophet 5, 600, T8, Pro one, etc.).
Uno de los sistemas de FM analógica mas logrados y confiables es el de los Oberheim Matrix 6, 12, 1000 y Xpander.
En todos los ejemplos de síntesis por FM simple en instrumentos analógicos la implementación es de modulación entre dos o mas osciladores o entre osciladores sobre filtros resonantes oscilando.
FM algorítmica: en este sistema implementado por Yamaha en la línea DX se utilizan 6 operadores distribuidos en 32 algoritmos o 4 operadores en 8 algoritmos. Cada operador es un conjunto formado por un oscilador (en principio de onda senoidal) y un amplificador controlado por una envolvente. Un algoritmo es un sistema de calculo combinatorio matemático utilizado, en este caso, con el fin de crear diferentes combinaciones de operadores. Según el algoritmo los operadores pueden ser moduladores o portadores, permitiendo con esto una gran cantidad de posibilidades de programación por algoritmo.
Las diferencias entre los distintos instrumentos de FM algorítmica están dadas por la cantidad de operadores y algoritmos disponibles y las formas de onda que disponen los operadores.
Ejemplos:
- 6 operadores onda senoidal, 32 algoritmos: DX1, 5, 7, TX7, 8, 16 y 802.
- 6 operadores, 45 algoritmos, 16 formas de onda y modulación a partir de una onda sampleada: SY99, 77, TG77.
- 4 operadores, 8 algoritmos, 8 formas de onda: DX11, TX81Z.
- 4 operadores onda senoidal, 8 algoritmos: DX21, 27 y 100.

DISTORSION DE FASE (phase distortion): implementada originalmente por Casio en la línea CZ, compitió con Yamaha en el rubro síntesis digital en la primera mitad de los '80. Estaba configurado en bloques que intentaban recordar la estructura de un sintetizador sustractivo, pero los Casio no contenían filtros.
DCO (oscilador controlado digitalmente): determina la frecuencia.
DCW (onda controlada digitalmente): se elige una de ocho posibles ondas de valor “mínimo” y otra de valor “máximo” y el timbre es controlado dinámicamente por una envolvente que las va transformando de una a otra onda de las elegidas aplicándoles distorsión de fase (variación del ángulo de lectura) para realizar las transformaciones.
DCA (amplificador controlado digitalmente):
En la línea CZ tanto el DCO, el DCW y el DCA tenían envolventes propias de ocho pasos.
Una versión mas compleja de este método se encuentra en la línea Casio VZ.

WAVE SHAPING: utilizada principalmente en el Korg 01W, este método parte de una onda cuya forma es modelada por otra y la profundidad de este modelado es controlada por una envolvente. El Korg 01W dispone de un banco con cientos de ondas sampleadas y una tabla de ondas digitales especiales para el "wave shaping".

WAVE SEQUENCING: este sistema se implemento de manera muy acabada en el Korg Wavestation y consiste en una idea muy simple: se eligen una cantidad de formas de onda (de las cientos que trae el instrumento) y a cada una se le asigna un tiempo de duración, una afinación y un nivel de volumen. Se establece un orden de las ondas y al tocar una tecla el sintetizador las lee en secuencia.
Lo que enriquece este método es la posibilidad de hacer "crossfade" entre los diferentes pasos del wave sequencing y sincronizar cada paso con un reloj MIDI.

SINTESIS DE VECTOR: presentada primariamente en el Prophet VS, esta presente también en los Yamaha SY22, SY35, TG33 y en el Korg Wavestation. Se utiliza una especie de joystick cuya posición controla parámetros como frecuencia o amplitud y los movimientos realizados sobre este vector quedan registrados y se reproducen automáticamente al tocar una tecla. Esto permite, por ejemplo, la posibilidad de mezclar la amplitud relativa de cuatro osciladores con diferentes formas de onda según los movimientos realizados manualmente sobre el vector.

SÍNTESIS POR MODELADO FÍSICO: Se trata de una técnica de síntesis muy poderosa ya que genera unos timbres muy buenos. Está destinada para la emulación de instrumentos existentes y se basa en las propiedades físicas de cada instrumento (por ejemplo, para emular el sonido de una guitarra implementa todas las ecuaciones implicadas en la vibración de la cuerda y en las propiedades acústicas de la caja). Es un método de síntesis que requiere el uso de microprocesadores específicos ya que realiza mucho cálculo en tiempo real. La ventaja es que los sonidos generados son muy realistas (se podría decir que la síntesis por modelado físico es al sonido lo que el pov-Ray lo es a la imagen).


Sintetizador Modular por Software:

Hoy en día todo es emulado vía software y los sintetizadores modulares no podrían ser la excepción. Hoy en día existen los instrumentos virtuales que te ofrecen todas y cada una de las prestaciones de los sintetizadores modulares hardware, e increíblemente, mucho más...

Por ejemplo tienes la opción de que tu sintetizador modular sea polifónico, algo que requeriría de muchísimos módulos y cables en el mundo real.

Dado que los módulos son virtuales, puedes tener tantos módulos como quieras en lugar de tener que comprarlos. En todo esto la única limitante es el poder que tu computadora ofrezca.

Además tienes la oportunidad de guardar presets de tus sonidos, y usar los miles que se encuentran gratis en internet.

Una de las propuestas mas interesantes es el Clavia Nord Modular G2, un híbrido hardware/software. Los sonidos son generados por el DSP en un teclado hardware que puedes usar como cualquier otro sinte digital. Pero puedes conectar el teclado a una computadora y usar un software para editar los módulos y conexiones que forman los sonidos. Puedes descargar un demo de este editor software que en vez de correr en un teclado corre en tu computadora. La única limitante es que es monofónico y solo te permite usar cierto número de módulos. Además permitirte probar el concepto de clavia, el editor es un sinte poderoso de por sí.

Incluso algunos programas llegan un poco mas allá, permitiéndote crear tus propios sintes, efectos y secuenciadores virtuales. Son mas un entorno de programación para sintes. Tal es el caso del popular Reaktor de Native Instruments.
 








Reaktor de Native Instruments

Con esto llegamos al final de esta mini serie sobre sintetizadores modulares.

Sintetizador Virtual:
El incremento de prestaciones de los ordenadores posibilitó la recreación de sintetizadores dentro de un ordenador. Todo es código fuente. Desde la generación de ondas (funciones matemáticas), hasta el filtrado o la amplificación. Es como los emuladores de consolas que vemos por ahí: emulamos el hardware por software.
Esto tiene todas las ventajas del software: mejorable, modificable, versatilidad en la configuración...
Pero todo tiene una parte mala, y es el consumo de recursos. Para tocar una sola nota se requiere una gran capacidad de procesado. No imaginemos ya para tocar 4 o 5 instrumentos a la vez. Para cada nota habría que generar el correspondiente sonido, y si fijamos una frecuencia alta de 44100Hz con 16 bits de resolución, se nos puede llegar incluso a colgar el ordenador.
Por tanto, la alternativa software está bien (de momento) mientras no pretendamos hacer todas las tareas de composición y reproducción en el mismo ordenador.
Aquí vemos un ejemplo de sintetizador virtual, concretamente del Reason, que es muy potente, pero que como no tengamos un ordenador muy "gordo" y dedicado, no podremos obtener ni un 50% de las prestaciones que ofrece. Las imágenes corresponden con los sintetizadores virtuales (analógicos) con los que viene incorporados. Un panel de mando de un analógico antiguo podría ser muy parecido (salvando los displays que se incorporaron en los 90).

4 comentarios:

  1. Excelente Ale, se nota que te gusta la música de alma. Tiembla Beethoven

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  2. Por las duda te lo escribo de nuevo, tuve un corte
    Excelente Ale se nota que te gusta la música de alma. Tiembla Beethoven

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  3. @CapeLinuXGracias por el comentario y me alegra que te haya interesado.

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