Durante las semanas pasadas hemos venido hablando de algunos de los asuntos principales en la producción musical: Características del sonido, principios básicos para mezclar musica, configuraciones del DAW, efectos de sonido, entre otros temas. En esta semana, me gustaría completar estas entradas con una introducción a la síntesis del sonido.
La síntesis de sonido nos va a ayudar no sólo a entender cómo usar los sintetizadores, sino también a crear un lenguaje para describir el sonido y, en esa medida, tendremos una mejor construcción mental para entender el sonido.
Para esta corta introducción a la síntesis del sonido, debes tener presente que en los sintetizadores se crea sonido usando electricidad que usualmente manipulamos con controladores. Algunos controladores cambian un aspecto específico (como el timbre o la amplitud) y otros pueden manipular varias aspectos del sonido al tiempo.
Podemos entender la síntesis de sonido desde diferentes perspectivas. En efecto, mientras un ingeniero puede tener un fuerte interés en las matemáticas detrás de la síntesis del sonido, esta parte no será tan necesaria para un artista que busca aprender a manipular un sintetizador, si bien no le sobrará tampoco.
Módulos en la síntesis del sonido
En esta entrada, voy a centrarme en el uso de la síntesis de sonido, sin entrar en las matemáticas para lograr hacer funcionar un sintetizador. Seguramente, más adelante, haré algunas entradas de temas más matemáticos, relacionados, por ejemplo, con el Procesamiento Digital de Señales (DSP por su nombre en inglés).
La síntesis de sonido es un tema bastante amplio y, al igual que los otros temas de las entradas anteriores, lograr dominarlo puede llevar toda una vida. Sin embargo, para esta breve introducción a la síntesis de sonido, me concentraré en los 5 módulos fundamentales para entender este asunto, que son a su vez, los 5 módulos que vas a encontrar en cualquier sintetizador.
Debido a esta capacidad de dividir la síntesis en estos módulos también oirás la palabra síntesis modular (modular synthesis). Los 5 módulos que vamos a revisar son:
- Osciladores
- Filtros
- Amplificador
- LFO
- Envelope – Envoltura
Hablaremos de cada uno de estos módulos en detalle en esta entrada. Pero antes, me gustaría dar una breve visión general del proceso.
Visión general de la síntesis de sonido en 5 módulos
En el oscilador se crea el sonido usando una onda con cierta forma geométrica, por ejemplo, sinusoidal, diente de sierra, etcétera. Luego de esto, el filtro se usa para quitar frecuencias no deseadas. Como el oscilador genera normalmente sonidos muy brillantes, el filtro más importante en este módulo es el low pass filter. Tras el filtro, encontramos el amplificador que básicamente controla el volumen del sonido en el tiempo.
Tomando la última parte, es muy importante poder mover los parámetros en el tiempo (modularlos). Y para esto, tenemos tres opciones. La primera, sería mover nosotros mismos los controladores. Por ejemplo, podemos mover el fader del amplificador para cambiar el volumen del sonido durante el tiempo. Lo anterior funciona bien, pero hay ocasiones en que queremos que estos cambios, llamados modulaciones, sean muy rápidos y para esto tenemos las otras dos opciones – módulos:
- Envolventes: Crea un camino a recorrer cada vez que una tecla se presiona/libera teniendo 4 momentos (ADSR). Es muy usado para modular la amplitud como ya veremos más adelante.
- LFO: Similar al envolvente, usamos el LFO para cambiar otro parámetro del sintetizador. Sin embargo, a diferencia del envolvente, este modulador crea variaciones cíclicas . Se usa, por ejemplo, en el pitch (tono) en dónde un LFO puede dar la sensación de vibrato.
Si lo anterior no es claro, no te preocupes, la idea era dar una visión panorámica del proceso y entremos, ahora sí, a describir en más detalle cada uno de los módulos.
Osciladores
El primer modulo que debes conocer en tu sintetizador, es el oscilador. En este modulo, es dónde el sonido se genera. Para lograr esto, el oscilador usa diferentes formas geométricas. Algunas de las más comunes son:
- Cuadrada
- Triangular
- Dientes de sierra
- Sinusoidal
- Noise (ruido)
Estas ondas reciben su nombre, como podrás imaginarlo, por su forma, tal como puedes ver en la siguiente gráfica.
El oscilador siempre está enviando un señal de sonido. Más adelante en el flujo de la señal, vamos a apagar o no esté sonido. Por otro lado, el oscilador tiende a generar sonidos muy brillantes, duros. Especialmente, con las ondas dientes de sierra y cuadradas. Por esto, es común usar el siguiente módulo, filtros, para quitar frecuencias no deseadas.
A este módulo también se le conoce como VCO (voltage control oscillator) y un aspecto importante en la síntesis es su capacidad de cambiar en el tiempo, de modular. En efecto, tenemos otros tipos de osciladores que no cambian en el tiempo. Por ejemplo, un test de sonido en una mesa de mezcla.
El principal aspecto que puedes cambiar en el tiempo en un oscilador, es la frecuencia o tono del sonido. Lo anterior es de gran importancia, porque en el sintetizador vas a poder usar un teclado que cambie el tono del sonido dependiendo de la tecla que presiones, modificando así tu oscilador en el tiempo.
Para esta introducción a la síntesis de sonido, es también importante que empieces a identificar el sonido que genera cada una de las formas de onda de nuestro oscilador. Por ejemplo, asociamos normalmente la onda cuadrada a sonidos huecos, y la diente de sierra a sonidos brillantes.
Teniendo presente lo anterior, puedes empezar a asociar instrumentos reales con formas de onda. Por ejemplo, el clarinete se asocia a una onda de forma cuadrada por su sonido hueco. Y si piensas en la forma de tocar un clarinete, te darás que tiene sentido que la onda tenga esta forma. Por otro lado, si piensas en un violín y cómo se interpreta, te darás cuenta que una onda de sierra lo representará mejor.
Sé que lo anterior puede ser muy teórico y difícil de entender. No te preocupes, al final de esta entrada, te dejo un video (en inglés) en el que muestro cómo se usa los osciladores, y los demás módulos, en un sintetizador gratuito, Surge, usado en Reaper.
Veamos a continuación nuestro siguiente módulo en esta introducción a la síntesis de sonido.
Filtros
Después de que el sonido se crea en el oscilador, va a los filtros para continuar su procesamiento. Ya en otra entrada, habíamos hablado de los filtros que te invito a leerla si aún no lo has hecho. En aquella entrada, veíamos que los pass filters, dejaban pasar ciertas frecuencias. Por ejemplo, el high pass filter deja pasar las frecuencias altas.
En nuestro sintetizador podemos tener diferentes filtros en esta sección. Sin embargo, el filtro más común que vas a encontrar es el low pass filter. Como se deduce del párrafo anterior, este filtro deja pasar las frecuencias bajas y corta las altas. Y, nuevamente, esto es importante porque los osciladores normalmente generan sonidos muy fuertes, brillantes, en los que vamos a querer remover la parte alta de los mismo.
De esta manera, el filtro por excelencia de esto módulo es el low pass filter 24 dB. De hecho, se da por defecto que este es el filtro que estás usando si no especificas lo contrario. Si bien en el oscilador, el parámetro a modular era el tono, en el módulo de filtro va a ser la cutoff frequency (frecuencia de corte).
En efecto, es muy característico el sonido del sintetizador que va de brillante a sordo (swept). Este es el filtro, con su cutoff frequency, moviéndose en el tiempo, modulando. Entre más baja sea la cutoff frequency en tu low pass filter, más sordo va a ser el sonido, menos brillante.
El otro aspecto que debes tener en cuenta para modificar es la resonancia. Aumentar la resonancia, va enfatizar la cutoff frequency, pues eleva la amplitud en las zonas cercanas a esta frecuencia. Esto, a su vez, va a hacer que el filtro sea más evidente al oído, va también a enfatizar más los armónicos a medida que se mueve el filtro y puede ampliar drásticamente la amplitud (creando incluso distorsión).
Para continuar con esta introducción a la síntesis de sonido, voy a hablar conjuntamente del amplificador y el envolvente, veamos por qué.
Amplificador y Envolvente
Hasta el momento, nuestro sonido fue creado en los osciladores, luego lo procesamos con nuestros filtros y llega ahora a nuestro amplificador, en donde vamos a controlar la amplitud del sonido.
Hay muchos lugares en dónde controlamos el volumen de nuestra señal, acá me estoy refiriendo al VCA (Voltage Controll Amplifier) que cambia todo el tiempo y de manera muy rápida. Por esta razón, el VCA siempre tiene adjunto un modulador, que en este caso es un envolvente acústico o Envelope por su nombre en inglés.
El envolvente básicamente crea una ruta que el sonido debe recorrer cuando una tecla es presionada y liberada. Normalmente, en este camino la amplitud del sonido sube hasta alcanzar su máximo nivel, luego baja hasta su nivel de sostenimiento y luego desaparece tras ser soltada la tecla.
De esta manera, tenemos 4 puntos importantes a determinar en nuestro envolvente del amplificador (conocidos como ADSR):
- A: Tiempo de ataque (attack time) – Define el tiempo que toma el sonido en alcanzar su máxima amplitud (volumen) luego de que la tecla es presionada.
- D: Tiempo de decaimiento (decay time) – Es el tiempo que tarda el sonido en llegar desde su amplitud máxima hasta la amplitud de sostenimiento.
- S: Nivel de sostenimiento (sustain level) – A diferencia de los otros puntos, se mide en nivel y no en tiempo. Indica el nivel constante que va a sostener la amplitud hasta que la tecla se libere.
- R: Tiempo de relajación (release time) – Nos indica cuánto tiempo va a durar la amplitud en llegar desde el nivel de sostenimiento hasta cero, luego de que la tecla se suelta.
Es muy importante que empieces a familiarizarte con diferentes combinaciones del ADSR en el envolvente del amplificador. Por ejemplo, para crear un sonido de percusión vas a querer reducir el tiempo de ataque. Por otro lado, para semejar un violín vas a querer tener un sonido con alto sostenimiento. Piensa cómo aumentar o disminuir cada uno de estos controles del ADSR van a afectar la percepción de tu sonido.
LFO
Acabaremos esta introducción a la síntesis del sonido mencionando los LFOs (Low Frequency Oscillator). Tal como el envolvente, el LFO es un modulador que cambia otro parámetro del sintetizador, pero lo hace de manera cíclica. Puedes imaginarlos, como un cambio repetitivo, una especie de cambio circular.
Los LFO son muy usados para modificar los Osciladores, VCO, cambiando el tono del sonido. De esta manera, logran crear el efecto que conocemos como vibrato, característico en la voz, en el violín y en otros instrumentos.
Al configurar tu LFO debes tener presente tres aspectos, que son los mismo que debes tener presente siempre que vas a usar un modulador. Y estos tres aspectos son: El origen, en esta caso el LFO, el destino, por ejemplo el VCO, y la cantidad de modulación. Así que siempre que vayas a usar tu LFO en el sintetizador, debes saber configurar estos tres parámetros. En el video al final de esta entrada, te muestro cómo se configuran en Surge.
En el LFO, similar al VCO, también puedes configurar tus cambios cíclicos basados en una figura de onda geométrica. Por ejemplo, una onda de tipo seno, cuadrada o triangular. Pero a diferencia del oscilador, el LFO no lo escuchamos directamente. En efecto, los resultados audibles del LFO se dan al modificar otro parámetro del sintetizador.
Y no lo escuchamos directamente debido a que, como su nombre lo indica, usa frecuencias bajas. Ciertamente, un LFO normalmente va a vibrar en frecuencias por debajo del umbral humano del sonido, entre 0 y 20 Hz. Sin embargo, los LFO podemos llegarlos a configurar hasta frecuencias de 100 Hz.
Conclusión
En esta entrada hemos visto un introducción a la síntesis de sonido, entendiéndola desde 5 módulos principales:
- Osciladores
- Filtros
- Amplificador
- Envolventes
- LFO
Para finalizar este artículo y ayudar a que los conceptos sean más claros, quiere compartirte dos recursos:
- El primer recurso es un video que grabé (en inglés, porque era parte de una tarea) en el que muestro cómo se usan estos módulos en el sintetizador gratuito Surge.
2. El segundo, es una página web en la que puedes aprender y practicar los conceptos aquí vistos con un sintetizador en línea: Learning Synths by Ableton
Y así doy por terminada esta introducción a la síntesis de sonido. Si te ha gustado o tienes cualquier pregunta o comentario, te agradezco me lo hagas saber en los comentarios.
¡Hasta la próxima!
