Síntetizadores y síntesis de sonido

Los sintetizadores son dispositivos capaces de generar y modificar sonidos a través del uso de circuitos electrónicos, por lo que son ampliamente utilizados en la música como instrumentos musicales, aquellos que disponen de un teclado para producir los sonidos, pero en este caso se van a explicar en función de su uso como instrumentos para sintetizar sonidos que posteriormente pueden ser utilizados en la creación de piezas musicales.

Existen varios tipos de sintetizadores, pero normalmente se hace la distinción entre los de tipo analógico y digital, siendo los primeros aquellos que producen sonidos a partir de la variación del voltaje de una corriente eléctrica, y los segundos aquellos que utilizan la computación para generar los sonidos, pero antes de continuar, es preciso entender que es un sonido.

Un sonido es un conjunto de oscilaciones en el tiempo con determinada frecuencia y amplitud, que combinadas entre sí, generan lo que se conoce como espectro de frecuencias, que es lo que caracteriza a cada sonido.

Para generar y manipular estas oscilaciones, los sintetizadores digitales hacen uso de la computación como se ha dicho anteriormente, pero los analógicos tienen en su interior
diversos componentes electrónicos para realizar dicho proceso, y son los siguientes:

• Oscilador: Transforma una corriente continua en alterna, generando normalmente una onda senoidal simple con una determinada frecuencia, que genéricamente se le da el nombre de oscilador controlado por voltaje o VCO en inglés, pero también existe otro tipo de oscilador llamado oscilador de baja frecuencia o LFO en inglés, que a diferencia del anterior, produce una onda con una frecuencia por debajo del espectro audible del ser humano.
• Generador de envolvente: Modifica la amplitud o frecuencia en el tiempo de una onda generada por un oscilador a partir de unos parámetros que reciben el nombre de ataque, decaimineto, sostenimiento y relajación, o ADSR en inglés.
• Filtro: Reduce o aumenta la intensidad de las ondas generadas por un oscilador, siendo capaz de seleccionar un rango de frecuencias determinado, y generalmente recibe el nombre de filtro controlado por voltaje o VCF en inglés. Se distinguen varios tipos, entre ellos, los más comunes, el filtro de baja frecuencia y el filtro de alta frecuencia, LF y HF respectivamente en inglés.
• Amplificador: Aumental la amplitud de la onda generada por un oscilador a partir del voltaje de una corriente eléctrica y normalmente recibe el nombre de amplificador controlado por voltaje o VCA en inglés.

A pesar de que los sintetizadores digitales no suelen contener estos componentes, si contienen uno muy importante, que es aquel que sirve para convertir la señal digital en una señal análogica o corriente eléctrica, para poder transmitir dicha señal a unos altavoces o auriculares, que posteriormente generan las ondas sonoras que los seres humanos pueden escuchar. A este componente se le pone el nombre de convertidor digital a análogico o DAC en inglés.

Al proceso de generación, combinación y modificación de ondas, que da como resultado sonidos con un timbre característico, se le da el nombre de síntesis de sonido, y se puede realizar de diversas formas, dando lugar a distintos tipos. Pero antes es necesario explicar ciertos aspectos del sonido, y son los siguientes:

• Timbre: Es el espectro de frecuencias de la onda sonora sintetizada, el conjunto que componen la frecuencia fundamental y las parciales, que son las frecuencias que acompañan a la fundamental.
• Frecuencia fundamental: Es la frecuencia más baja de una onda sonora.
• Frecuencias parciales: Son aquellas frecuencias que acompañan a la frecuencia fundamental que por un lado, guardan una relación proporcional de números enteros entre sí, por ejemplo 1:2, 2:4, 5:3 etc, denominadas armónicos, y las que por otro lado, no guardan esta relación, por ejemplo 1:2,4, 3,1:4. etc, denominadas inarmónicos.
• Tono: Es una onda simple de una determinada freuencia que no es acompañada por frecuencias parciales.

Síntesis aditiva

Es un método de síntesis que hace uso de múltiples osciladores que dan lugar a la superposición de ondas simples con las que se construyen ondas complejas formadas por la frecuencia fundamental y las frecuencias parciales, haciendo uso de los generadores de envolvente para modificar la amplitud en el tiempo de cada frecuencia parcial, para así crear un sonido dinámico y rico en frecuencias.

Síntesis substractiva

Este método de síntesis, en oposición al anterior, consiste en el filtrado de ondas complejas ricas en frecuencias parciales producidas por osciladores, atenuando o eliminando por completo frecuencias de la onda, que junto a envolventes que se aplican sobre la onda filtrada se consigue un sonido diferente al original.

Síntesis de frecuencia modulada

Este método de síntesis es a priori más complejo de entender que los anteriores pero su potencial para generar sonidos es mayor, y consiste en el uso de un oscilador que produce una onda simple denominada moduladora, para variar la frecuencia de otra onda simple denominada portadora que produce otro oscilador, utilizando generadores de envolvente, como en los métodos anteriores, para modificar la amplitud en el tiempo, tanto de la frecuencia portadora como la moduladora, dando lugar que a frecuencias parciales a cada lado de la frecuencia portadora, obteniendo de esta manera una onda compleja.

Este es la forma más simple de modulación, pero para obtener sonidos más realistas se hace uso de multitud de osciladores, que en este método de síntesis reciben el nombre de operadores, que se pueden combinar entre sí, varios operadores de frecuencia modulada en serie modulando un solo operador o varios, varios operadores de frecuencia portadora que se superponen en paralelo o incluso operadores que se modulan a sí mismos, y a esta distribución de los operadores se la conoce como el algoritmo.

Síntesis por tabla de ondas

El método de síntesis siguiente es particular de los sintetizadores digitales y en este caso consiste en el almacenamiento de muestras de sonido en memoria, que a través de distintas técnicas como la generación en bucle, desplazamiento de tonos, interpolación y sobremuestreo se consigue generar sonidos de todo tipo.

Síntesis por modelado físico

En este método la síntesis se hace a partir de simulaciones de un objeto físico computadas por un ordenador, es decir, se simula una fuente física de sonido como es un instrumento musical.

Síntesis granular

Este método de sintesis se basa en una concepción del sonido en términos de partículas o granos, que son fragmentos de sonido muy cortos, encapsuladas en una envolvente y agrupadas en conjuntos, que se organizan en el tiempo con un método síncrónico o método asíncrónico. En el primero, los granos son organizados en frecuencias mas o menos regulares, y en el segundo, se genera aleatoriamente la distancia en frecuencias entre los granos.

Para terminar, volviendo a los sintetizadores, existen aquellos que no estan enfocados en la sintesis de sonido, como el sampler y la caja de ritmos o drum machine en inglés. El sampler es aquel instrumento musical electrónico que en lugar de generar sonidos utiliza grabaciones de sonidos que también se pueden modificar usando filtros, envolventes y osciladores de baja frecuencia. Y la caja de ritmos es un instrumento musical electrónico que permite generar sonidos de tipo percusivo, que son aquellos ricos en inarmónicos, que también se pueden modificar usando moduladores de frecuencia, filtros y envolventes entre otros. Además, la mayoria de sintetizadores también van acompañados de efectos de sonido como el efecto de coro o chorus en inglés, retardo o delay en inglés, phaser, flanger etc.