Síntesis (10): fundamentos de síntesis sustractiva (III)

Recuperamos la parcela de ‘fundamentos’ para comentar los elementos de control, que habían quedado pendientes abordando las envolventes, imprescindibles para un sonido ‘animado’ y que no sea una ‘naturaleza muerta’.

La presentación de las envolventes es ‘básica’, para nuevos en síntesis, aunque algún anzuelo está también presente hacia los usuarios algo más avezados. LFOs y Tracking (otras dos patas esenciales en cuanto a elementos de control) quedan para otra ocasión.

Por cierto, ya desde el primer momento convendría tener en cuenta que la traducción de ‘envelope generator’ debiera ser (mejor) la de ‘generador de contorno’ que la de un término ‘envolvente’ que es una traducción burda y bastante inadecuada. A pesar de ello en el artículo usaremos el término habitual de ‘envolvente’.

No deja de ser curioso que los mecanismos de percepción para todos los sentidos (aquello del gusto, olfato, oído, tacto, vista) compartan algunas características. Lógicamente los ‘sensores’ son muy diferentes (y entre ellos la cóclea, esencial para oír, es un auténtico prodigio en su estructura y en sus prestaciones). Pero hay mecanismos que operan en la interpretación de las señales en el cerebro que sí son comunes.

Una de las características compartidas es la de la capacidad de ‘acomodarse’ y dejar de atender aquellos estímulos que permanecen sin cambio. El mal olor de una habitación no lo es tanto al cabo de un rato de permanecer en ella. En un paisaje nos interesa más el pájaro que cruza que el fondo que permanece. El tacto rugoso del material del manillar de la bicicleta deja de percibirse como tal tras pocas pedaladas. La primera patata frita parece más salada que el resto.

Cualquier libro de percepción y múltiples experimentos avalan esta idea, extensiva a la percepción auditiva y musical. Nuestros sentidos (o aún mejor, aquello por lo que nuestro cerebro se interesa dentro de los estímulos que recibe desde nuestros sensores) están enfocados al cambio, no a lo ‘estático’ sino a lo ‘dinámico’.

Hay quienes le buscan una explicación en el sentido de que lo que no cambia está muerto y por tanto no supone ningún riesgo ni interés para un ser vivo (no es ni un predador ni una posible pareja), por lo que se habría desarrollado ese enfoque que atiende más a la novedad.

Con el oído nos pasa lo mismo. En una escala de tiempos media-larga, el soplido de un aparato de aire acondicionado nos molesta al conectarlo pero luego no tanto. Cuando hay una cena multitudinaria ‘oímos’ (sin escucharlas) la acumulación de las voces que se cruzan en múltiples conversaciones, pero nos resalta enseguida (aunque su nivel sea pequeño) la intervención de un niño o de una persona afónica porque sus voces difieren de las que estaban escuchándose.

En nuestro terreno musical está claro que un tema con un tempo constante es menos expresivo (o mejor dicho, debe buscar su expresión en otros elementos) que un rubato. Un patrón, por ejemplo un acompañamiento al bajo, pierde gracia si se repite una y otra vez sin ofrecer un contraste con cambios ocasionales. No en vano un ‘break’ de batería o un ‘riff’ de cualquier instrumento o sección cada cuatro compases nos hacen mantener el interés cuando una estrofa simple dura ya demasiado.

Esas observaciones son ‘macroscópicas’: hablan de percepción musical en unas escalas de tiempo tan dilatadas hablan de la estructura de la pieza, de la partitura, del desarrollo de la composición. Es esencial que la macro estructura tenga dinámica, que manifieste secciones, transiciones, porque de lo contrario aburrimos incluso a los profanos al cabo de pocos compases. Y la estructura tiene que existir en cualquier nivel: en la sucesión de temas, en las secciones de un tema, en las frases de una sección, en las notas de una frase…

A un nivel más ‘microscópico’, cada nota y cada evento sonoro ofrece igualmente unas sensaciones que exigen la presencia de variedad, de cambio, de contraste, a lo largo de su duración, so pena en caso contrario de que resulten sonidos predecibles, aburridos, insustanciales (y por tanto es algo que en síntesis tendremos que cuidar y atender).

La preferencia por la vida y el movimiento se manifiesta también rotundamente en una escala de tiempos más corta, como la que define una nota típica. Los organitos electrónicos básicos de hace unas décadas producían un sonido plano (¿muerto?): desde la pulsación de la tecla hasta su liberación un mismo y único sonido. El equivalente de escuchar directamente la salida de un oscilador. Ya lo hemos hecho en otras entregas y apreciábamos un sonido que no resulta atractivo, no nos emociona, aburre (salvo que sea como un efecto de contraste puntual dentro de una pieza más ‘vitaminada’, porque en ese caso lo llamativo es el hecho de la ‘muerte’ de ese sonido dentro de un contexto lleno de ‘vida’).

Frente a ese sonido extremadamente simple, incluso una nota de piano (instrumento que tampoco destaca por ser un prodigio de articulación -sí de otras cosas como la polifonía-) al menos tiene un volumen y un timbre que se desarrollan en el tiempo, que varían durante la producción de cada nota. Tanto el volumen se va viendo rebajado como el ‘brillo’ inicial presente en el arranque de la nota se va tornando menor, amortiguando progresivamente la presencia de los armónicos altos. En términos de síntesis, necesitamos un filtro paso bajo que en el arranque de la nota esté abierto pero que vaya automáticamente cerrándose durante el transcurso de cada nota. Para estas cuestiones tenemos en síntesis los generadores de envolvente (EG o ENV, son acrónimos típicos, como lo son también ADSR u otros parecidos).

Mirad esta figura que muestra muy grosso modo algunas notas grabadas. La primera es de piano, la segunda un violín dentro de un fraseo suave y meloso, y la tercera un violín en fraseo algo más enérgico y sometido a vibrato.

Junto al aspecto ‘global’ del sonido, presentamos una posible extracción del contorno (o ‘envolvente’) que podría caracterizarlos (no por casualidad en algunos casos veis que los ‘segmentos’ con los que formo la envolvente son rectilíneos y en otros curvos –exponenciales-).

En un sonido tipo órgano esperamos que el nivel del sonido permanezca inalterado de principio a fin, pero cada uno de estos otros ejemplos de la figura muestra un patrón diferente. Unos necesitan un comienzo a máxima intensidad seguido de una pérdida progresiva de nivel (más o menos lenta o rápida en función de la nota, el instrumento, etc.), otros necesitan crecimiento progresivo al arrancar, otros realizan dibujos más complejos o con una variación de carácter cíclico superpuesta al contorno general…

Las variaciones que observamos en la figura lo son de ‘nivel’, pero igualmente suele existir una variación de timbre, de color, de brillo. Todos notamos que el impacto sonoro inicial de una nota de piano o de guitarra pulsada es notablemente más brillante que la cola. Todos apreciamos que al soplar suave en una trompeta el sonido es cálido y opaco, pero que aplicando más flujo de aire además de un mayor volumen empieza a revelarse una cantidad importante de brillo, que puede llegar a una estridencia inalcanzable en otros instrumentos.

En definitiva, la mayor parte de los mecanismos ‘tradicionales’ (para diferenciarlos de los artificiales / electrónicos) de producción de sonido musical presentan una estrecha vinculación entre volumen y timbre. Cuanto mayor es el nivel mayor es el brillo, y viceversa. En síntesis podremos emular ese comportamiento ‘razonable’ para conseguir sonidos ‘razonables’ o podremos invertirlo para conseguir sonidos ‘contra natura’.

Generar una envolvente de intensidad, de nivel, exige poder crear ‘formas’ como las que hemos visto en la figura anterior. Si la salida de un oscilador se caracteriza por ser plana (de ‘volumen’ constante) y ofrecer una reiterativa repetición de su forma de onda básica, necesitamos poder variar su nivel a lo largo de cada nota.

En la figura siguiente vemos la señal a la salida de un oscilador cuadrado, cómo sigue siendo repetitiva y ‘plana’ al atravesar un filtro (en este caso con una resonancia pronunciada), y finalmente la variación que podemos imponer sobre su contorno gracias al generador de envolvente aplicado al nivel o intensidad.

Un generador de envolvente no es más que un generador de ‘formas’ o ‘contornos’ que podemows aplicar a distintos usos. Cada vez que pulsamos una nota el generador de envolvente se reinicia y comienza a repetir la ‘forma’ que hayamos definido para él. Si esa ‘forma’ la aplicamos como control de ganancia en un amplificador (como p.ej. en un VCA) tenemos un cambio de volumen a lo largo del desarrollo de la nota. Si lo aplicamos a la frecuencia de corte (en el VCF) tenemos un cambio de brillo.

Suelen ser generadores basados en el esquema ADSR (quizá con algún añadido), siglas que corresponden al nombre en inglés de las cuatro etapas con las que se define normalmente la tal envolvente

• A Attack Ataque
• D Decay Decaimiento
• S Sustain Sostenimiento
• R Release Relajación o liberación

El ataque se refiere al tiempo que lleva partir del nivel ‘cero’ hasta el máximo. Con el decaimiento definimos otro tiempo que será el que tarde en reducirse ese nivel máximo hasta un nivel diferente que denominamos nivel de sostenimiento. En ese nivel de sostenimiento se permanece (una vez se ha completado el ciclo A-D) hasta la liberación de la tecla, momento desde el cual se vuelve a producir la amortiguación del nivel hasta el ‘cero’ a lo largo del tiempo de relajamiento.

La figura lo representa, junto con algunas posibles ‘formas’ que pueden obtenerse.

• La forma a) se basa en A=0 y D=0 –instantáneos-; S = 100%; R=0 y es bastante insulsa. Sería la que esperaríamos aplicar para crear sonidos de órgano o para algunos leads simples.

• En b) hemos suavizado mucho el ataque, lo que permitirá notar una entrada en ‘crescendo’ de las notas. Además la liberación no es instantánea, sino que las notas se amortiguan suavemente al soltarse. Podría ser adecuado para pads, cuerdas, fondos…

• c) y d) presentan un ataque y un decaimiento cortos. Ello permite crear un ‘pico’ de nivel en el momento de atacar la nota. Ese pico destaca mucho sobre el resto de la duración de la nota. Podremos encontrar ajustes así en muchos sonidos ‘seq’ creados para usarse con secuenciadores de patrones aprovechando el marcado carácter rítmico de esos patrones que se evidencia con estos bruscos cambios de dinámica en las notas. Jugando con los tiempos de ataque, decay y release, podemos animar las sucesivas repeticiones del patrón y dotarlas de variedad y riqueza que las hagan más atractivas que la pura y cansina repetición. También (en su versión ‘d’) será propio de muchísimos sonidos lead, como forma de realzar (frente a ‘a’) el arranque de cada nota, y contando con la cola de relajación para ligar con más suavidad las notas sucesivas.

• e) Es (a falta de otra forma mejor –luego hablaremos sobre ello-) una forma de imitar por ejemplo el tipo de respuesta que esperamos en sonidos como piano o guitarra pulsada.

Decíamos antes que si aplicamos la envolvente a la frecuencia de corte (en el VCF) tenemos un cambio de brillo. Pero realmente, si pensáis en un filtro típico (paso bajo), al cerrar el filtro (debido a que estamos retirando armónicos) estamos también robando energía a la señal, estamos bajando el nivel.

Pese a que en muchos sintetizadores podemos regular cuánto va a afectar una envolvente a la amplitud (al VCA en términos de sintes analógicos) y cuánto va a afectar al brillo (a la frecuencia de corte del VCF), en muchos casos podemos realizar el ajuste casi exclusivamente con el filtro. O al menos deberemos tener en cuenta ese efecto ‘añadido’ sobre la amplitud.

En otros casos (debería ser un requisito mínimo para sintetizadores de ‘propósito general’) tendremos al menos dos generadores de envolvente y podremos por ello usar uno para la amplitud y otro para el filtro. No sirve de nada diseñar una excelente envolvente de amplitud si luego vamos a aplicar (esa misma u otra) al filtro. Generalmente deberíamos empezar por ajustar la envolvente con la que vamos a modificar el filtro, y sólo a posteriori la de amplitud.

De esa manera podremos escuchar bien toda la duración de la nota al hacer los ajustes tímbricos (más difíciles) y sobre todo, cuando vayamos a jugar sobre la amplitud ya habremos definido la actuación del filtro (y con ello su efecto ‘lateral’ sobre la amplitud).

Por ejemplo, la combinación que muestra la figura siguiente puede ser útil para lograr que el sonido arranque con un nivel apreciable, pero con timbre opaco. Estamos ‘cruzando’ las envolventes de amplitud y de filtro durante el ataque, para que la pérdida de amplitud debida al filtro cerrado se ‘compense’ en parte con el alto nivel inicial de la envolvente de amplitud:

Otras muchas veces puede ser útil emplear ajustes diferentes en las envolventes de filtro e intensidad. Por ejemplo, la figura del cambio de nivel y tímbrico en un piano es en realidad una de un ‘doble decay’. Hay una primera caída muy veloz y posteriormente una evolución lenta. ¿Tendríamos pues que contar con una envolvente de doble decay? No es imprescindible si usamos sabiamente las envolventes disponibles.

También existiría la posibilidad (factible en muchos sintes) de aplicar envolventes diferentes a cada uno de los osciladores (en un sinte con dos o más osciladores por voz), o de combinar (superponer) dos envolventes hacia un mismo destino…

De forma genérica mi recomendación (y mi forma de programar sonidos) es crear de forma más o menos veloz un esqueleto. Y luego revisar cuántos elementos tengo aún sin usar en el sintetizador para irlos ‘despertando’ en usos secundarios, de forma poco llamativa quizá uno a uno pero que aporte variedad y riqueza más allá del esqueleto. Esos detalles pueden a la postre resultar más enriquecedores (por dotar de vida al sonido) que empeñarse en un matiz de color tímbrico concreto.

Por ejemplo, auizá en un piano tenga un oscilador básico con diente de sierra y otro afinado una octava y una quinta o séptima más alto con onda cuadrada (es una forma habitual de sintetizar pianos en sustractiva básica con dos osciladores). Si me sobra finalmente una envolvente (aunque fuera una envolvente simplificada con menos etapas que todo un módulo ADSR) me resultaría tentador aplicarla a controlar la PW (la anchura del pulso) en el segundo oscilador, para dar ‘movimiento reposado’ al desarrollo de la nota durante el largo tiempo que transcurre hasta su extinción.

Otra facilidad exigible en sintetizadores generalistas es la de poder aplicar las envolventes ‘invertidas’ (ya sea porque podamos obtener una señal ‘invertida’ del propio generador de envolvente o porque podamos aplicar en el destino (el VCF, VCA o lo que sea) la actuación de la envolvente controlando su intensidad no sólo de 0 a 100 sino en un recorrido -100 a 100. Fijaos cómo cambian sus actuaciones al invertirlas tres de las posibles formas que mostrábamos antes:

Los roles están ahora invertidos: el ataque controla un tiempo de ‘bajada’ de nivel, el decay hace una ‘subida’. Aparece por ejemplo la posibilidad (antes iabordable) de articular un ‘sforzando’ gracias a la versión invertida de c). Y sobre todo aparece algo sumamente ‘anti natural’ (y delicioso para algunos sonidos): un release que ‘sube de nivel’.

Esa subida de nivel al liberar la tecla no es algo que deseemos aplicar al volumen (al menos no normalmente) pero ¿y sobre el brillo? Aplicar una misma envolvente para controlar de forma ‘normal’ el nivel y de forma ‘invertida’ el filtro permite obtener sonidos en los que al soltar la nota y a medida que se extingue el nivel sube sin embargo su brillo. Antinatural, llamativo, claramente electrónico, y un recurso con posibilidades (mientras no lo agotemos por sobreabuso).

A la hora de variar el timbre en un sinte sustractivo, uno de los elementos básicos son los filtros. De poco nos servirían los filtros en los sintes si su frecuencia de corte permaneciera fija. Podríamos hacer el aburrido y reiterativo sonido de los osciladores más opaco o más brillante, pero poco más. La gracia de los filtros cara a la síntesis comienza cuando podemos mover su frecuencia de corte durante el transcurso de cada nota.

El ajuste básico de ‘frecuencia de corte’ establece el punto ‘de referencia’ o ‘inicial’ con el que queremos que se produzca el sonido. Pero a través de potenciómetros, generadores de envolvente, LFOs, y demás haremos que se modifique durante la ejecución de cada nota.

Sólo así podremos emular el brillo creciente en un sonido de viento metal (un filtrado más cerrado al comienzo que luego se abre progresivamente), o a la inversa el oscurecimiento de las notas del piano o de las que emanan de una guitarra acústica a medida que se van desvaneciendo (no sólo en ‘volumen’, también en ‘brillo’). O qué decir de tantísimos sonidos y guiños clásicos en música pop y de baile ‘electrónica’, en los que jugar con las variaciones de la frecuencia de corte es esencial.

Si nos centramos en el caso del sintetizador Korg MS-10 (como ejemplo particularmente simple), esto es lo que nos ofrece el filtro, junto con la envolvente y el LFO (llamado MG, Modulation Generator, en los Korg MS):

La señal que proviene de los osciladores se filtra en el VCF (que es un paso bajo de 12 dB/oct en los MS) antes de ir al amplificador. En el filtro tenemos un control (vía potenciómetro) para la frecuencia de corte más otro llamado aquí ‘peak’ para ajustar la resonancia. Pero además del ajuste manual que el potenciómetro permite sobre la frecuencia de corte, podemos reclamar el que la frecuencia de corte se vea movida automáticamente bajo control del LFO y/o de la envolvente. En la sección ‘Cutoff frequency modulation’ del filtro (en naranja) encontráis sendos potenciómetros que permiten ajustar el grado de intensidad con el que el LFO y el EG van a actuar desplazando la frecuencia de corte.

Hay que pensar en el efecto conjunto de actuar sobre unos y otros controles. Debéis considerarlo como una suma o agregación, debéis pensar en la actuación combinada. Pensad en la figura anterior (la de los controles del MS-10). El pot de ‘Cutoff frequency’ permite ajustar una frecuencia determinada como ‘punto inicial’ para el filtro (llamémosla f0). Pero la envolvente define un contorno env(t) que varía con el tiempo haciendo subidas y bajadas. La aplicación de la envolvente se realiza pudiendo ajustar con un control el grado de acción, en este caso con el pot EG2/EXT, que define la intensidad con la que esa env(t) va a actuar sobre la frecuencia de corte. Llamemos i a esa intensidad. De forma que finalmente la frecuencia del filtro a lo largo del desarrollo de una nota pasa a ser variable en el tiempo: f(t) = f0 + i env(t)

Si creo una envolvente con un pico de arranque destacado (A y D cortos, y S con nivel bajo) pero luego lo la aplico con insuficiente intensidad sobre la frecuencia de corte, puede pasar desapercibida. Al contrario, si tengo una envolvente que parece funcionar aplicada al filtro, y para enfatizar su actuación me limito a aumentar la intensidad, quizá desplace todo ‘excesivamente’ hacia zonas de filtro muy abierto y deba compensar bajando la frecuencia inicial del filtro.

La oreja ha de mandar, pero para que no sea un recorrido desorganizado por un laberinto, hay que conocer y pensar bien las posibilidades que nos ofrece la arquitectura del sinte, qué hace cada parámetro y cómo mover alguno de ellos puede conllevar la necesidad de actuar sobre otros.

Por cierto, en este caso la envolvente es una HADSR, con una primera etapa ‘hold’ que permite especificar un tiempo mínimo de duración de las notas (cualquier nota que sea liberada antes de haber completado este tiempo se vera extendida). En otros sintetizadores podremos encontrar otras variantes en torno al modelo básico ADSR.

Lectura de los manuales, reflexión sobre la arquitectura y el papel de cada elemento, control y parámetro en el sinte, y mucho jugueteo probando hasta empaparnos de la acción de cada uno. El control de la cantidad de envolvente que deseamos aplicar a la frecuencia de corte es uno de mis favoritos. Mientras mover la frecuencia de corte lo único que hace es hacer más o menos brillante toda la duración de una nota, jugar con la intensidad con la que se aplica la envolvente a la frecuencia de corte lo que nos facilita es exagerar o allanar las excursiones (el movimiento, el comportamiento dinámico) del timbre. Algo que a menudo resulta mucho más efectivo y rico. No es tanto un efecto de 'desplazamiento' (como el que sucede al mover la frecuencia de corte) como de 'estiramiento / contracción', una actuación más invasiva, más contrastante, que actúa ampliando y reduciendo el 'márgen dinámico tímbrico' y que resultará más llamativo.

Aunque para un sonido de pad yo me iría a por el pot de frecuencia de corte (se trata de variaciones 'macro' que se desarrollan en plazos dilatados), para un patrón secuenciado seguramente acudiré más al pot de intensidad de envolvente (ocasionalmente afectando también al de frecuencia de corte, para resituar la actuación general del filtro en una región adecuada) porque me interesa más la intervención directa en la dinámica 'interior' a cada nota.

Y ahí lo dejamos por hoy.