Síntesis (12): de compactos a híbridos

El póster preferido (ya sea en la pared o sólo en la mente) de tantísimos sintesistas es el de un enorme sinte modular. Iniciamos hoy el camino hacia ellos planteando las diferencias entre un compacto cerrado tradicional y un híbrido semimodular que ya apunta maneras.

El estudio de un Yamaha CS-10 nos muestra con facilidad las rutas que existen dentro de un sinte ‘compacto’ tradicional y la diferencia entre los caminos ‘de señal’ y los caminos ‘de control’. A continuación paramos en un MS-10, como ejemplo de un ‘híbrido’ en el que podemos intervenir en esos caminos. Continuamos profundizando mediante su hermano mayor (el MS-20) con lo que quedaremos a las puertas de hablar de modulares en un siguiente artículo.

Como os he hecho esperar mucho esta entrega (a cambio, bastante densa y extensa), vamos a comenzar con algo que, espero, os guste tanto como a mí. Mirad cómo suena esto que hice ayer preparando ejemplos para el artículo:

Estoy seguro de que el último ejemplo también os gustará, pero para llegar hasta él y disfrutarlo en condiciones, tendréis que leer primero.

Muchos sintes ofrecen una arquitectura cerrada o compacta. Los módulos (osciladores, filtros, generadores de envolvente, etc.) vienen conectados ‘de fábrica’ en una forma relativamente estándar. Pensad en un MiniMoog, un Yamaha CS-10 o en polifónicos como un Korg Polisix o un Sequential Prophet 5. Cuento en ellos con un encaminamiento predefinido y cerrado entre los módulos, no puedo intervenir en la ‘arquitectura’ del sintetizador. Sólo en el ajuste de los parámetros que estén disponibles hacia el usuario mediante potenciómetros (o parámetros en pantalla si es un virtual / digital).

La imagen muestra un sinte monofónico (un Yamaha CS-10) basado en la clásica estructura sustractiva de OSC+VCF+VCA, con LFO y dos ENV (una para el VCF, otra para el VCA). Cuenta también con una fuente de ruido y un mezclador, entre sus módulos internos.

Tal como muestra la serigrafía y como evidencia la ausencia de ‘jacks’ que permitan extraer o introducir señales intermedias, la arquitectura está cerrada, está preconectada en una forma fija.

Concretamente aquí tenéis reconstruida la serigrafía del panel frontal, en la que he marcado en rojo el camino de las señales audio, y las de control en azul. Esa es una distinción siempre importante. He incorporado también un recorte del panel trasero que nos muestra las únicas señales disponibles para relacionarse con el exterior.

En un fogonazo rápido, esto es lo que ofrece el CS-10:

• El VCO (único) genera un diente de sierra, pero gracias al ‘wave shape converter’ se obtiene también una onda rectangular de anchura variable (para curiosos: ese wave shaper no es sino un comparador de umbral ajustable). Las dos señales (diente y rectangular) pueden combinarse en el ‘mixer’ al que también llega o bien la señal de un generador de ruido o bien una señal externa (según decidamos con un conmutador).
• El resultado del ‘mixer’ pasa a un filtro (VCF, seleccionable paso bajo/banda/alto) que tiene un generador de envolvente (EG VCF) asociado. No es un ADSR aunque se parece, pensad un poco en qué hace. Mirad sus parámetros y el gráfico y pensad porqué se ha optado (acertadamente) por este tipo para el filtro. No estaría nada mal, a mi parecer, que lo copiaran todos los demás sintetizadores que dedican una envolvente al filtro.
• La salida del filtro pasa por un VCA en el que podemos ajustar una envolvente diferente (EG VCA), esta sí una convencional ADSR.
• Existe un LFO único con selección de una entre dos formas de onda y ajuste de velocidad, pero que encuentra la compañía de tres controles (LFO MOD) de intensidad que regulan la actuación sobre el VCO (para vibrato), el VCF (para wha), y el VCA (para trémolo).
• Hay dos envolventes (que se disparan a la vez, bajo control de las notas ejecutadas al teclado) para filtro y para amplificación. Podéis ver conmutadores (en cada una de las ENV) para seleccionar dos rangos de duración (normal y extendida ‘por 5’). Sonidos con ataques veloces o al contrario sonidos de evolución suave requerirán uno u otro ajuste.
• El disparo de las dos envolventes puede realizarse alternativamente bajo el control de la señal que llega por la entrada de audio externo. Si optamos por disparo desde el teclado hay dos opciones ‘S’ o ‘M’ que permiten disparo único o múltiple, para obtener legato o redisparo. Y si optamos por disparo externo hay un control de ‘nivel de disparo’, de forma que si conectamos por ejemplo un bajo eléctrico podamos hacer que cada ataque nuevo (y suficientemente ‘limpio’) de nota en el bajo redispare el sinte.

Hasta ahí todo razonable, aunque demasiado ‘estándar’ como para poder soportar locuras experimentales. Quiero que nos centremos en la escasa capacidad de conectividad que ofrece. Podéis ver un conjunto de 6 jacks (estamos en la época anterior al MIDI). De izquierda a derecha:

• Output es la salida de audio del sinte (no pidáis estéreo en aquellos años).
• Key Volt In y Out son entrada y salida de la tensión que permite definir qué nota ha de ejecutarse (diferentes voltajes representan diferentes alturas o notas).
• Trigger In y Out son entrada y salida de la tensión que permite definir cuándo ha de ejecutare una nota (marcan el arranque/final de cada nota).
• External es una entrada de audio (con nivel seleccionable 0dB / -20dB) que permite procesar sonido externo dentro del sinte.

Es evidente que no hay capacidad de intervención en la estructura síntesis por el usuario, estamos ante un sintentizador que es ‘cerrado’ en cuanto a sus capacidades. Ajustable sí, pero dentro de las posibilidades que el fabricante ha concebido y dejado preestablecidas en el conexionado de los diferentes módulos que lleva dentro.

Podemos obligar a que toque notas bajo control de un secuenciador externo (gracias a las entradas KeyVolt In y Trigger In -es un sinte pre MIDI-). Podremos, a la inversa, utilizar Key Volt Out y Trigger Out para lanzar en paralelo otro sinte externo que tengamos desde el teclado de este. Podremos finalmente procesar alguna señal audio externa (como un micro, una guitarra, …) aprovechando la cadena de síntesis (VCF, VCA, etc.). Pero en sí el modelo/arquitectura viene prefijado completamente y con ello las posibilidades de síntesis.

La veis ilustradas en este vídeo, en el que se oyen varios de los ejemplos de sonidos que incluía el manual del CS-10.

Hace 40 años estos sonidos (aunque hoy cueste creerlo) se consideraban una razonable imitación de los instrumentos originales, pero está claro que la capacidad de estos sintes tiene limitaciones importantes, y no sólo debidas a su bajo número de módulos.

Pensad que en un sonido no vais a desear mover la frecuencia de corte del filtro y por tanto su envolvente queda ‘libre’, no está siendo usada. ¿Porqué dejarla dormida? Se nos pueden ocurrir otros usos para los módulos ¿Os gustaría (ya que hay dos envolventes) aplicar una envolvente corta a la fuente de ruido para imitar el soplido inicial de un flautista y dejar una envolvente más prolongada para el sonido principal? No es factible con este sinte, sólo por culpa de la falta de ‘caminos’, no porque carezca de los ‘módulos’ ¿Os gustaría utilizar esa envolvente sobrante para regular la anchura del pulso (PW) de forma que en vez de la modulación cíclica por el LFO, tengáis un dibujo más personalizado que se desarrolle con cada nota mediante la envolvente? Nuevamente la respuesta es ‘no con este sinte’, no está prevista esa ruta.

Los módulos están ahí. Usarlos en el sentido de esas dos propuestas sería factible si se nos permitiera algún tipo de interconexión diferente a la prevista por el fabricante. Necesitaríamos ‘romper’ las rutas preestablecidas y trazar las nuestras propias. Eso es lo que promete y permite un sintetizador modular: poder adquirir aquellos módulos que necesitemos para reunirlos en un único chasis y conformar así nuestra selección personal de módulos, en un sistema abierto cuya arquitectura y conexionado nosotros definiremos (al menos dentro de la variada oferta de módulos disponibles en el mercado o que podamos confeccionar por nosotros mismos).

Como un primer paso existen sintetizadores ‘semimodulares’ (o ‘híbridos’ los llamábamos hace años). Como los compactos tienen internamente un juego de módulos, pero aquí se nos ofrece una mayor conectividad e intervención, aunque sin llegar a una suficiente exhaustividad, todavía con fuertes limitaciones.

Por ejemplo los MS de Korg que ya hemos usado en otras entregas de la serie. Aquí tenéis una imagen de un MS-10. Además de los potenciómetros que ajustan los parámetros de cada módulo, el panel de conexiones a su derecha muestra un croquis y ofrece varios puntos de conexión posibles (a través de jacks) que permiten alterar la arquitectura.

Es interesante que profundicemos un poco más en este sinte sencillo para entender algunos conceptos que también aparecen en cualquier otro más complejo. En la estructura del panel frontal del MS-10 he recalcado en color lila las zonas influidas por el LFO.

El LFO (llamado aquí MG) produce en este sinte a la vez las dos formas de onda: una de tipo cuadrada/rectangular y la otra de tipo triangular/rampa. Están disponibles en unos conectores jack del panel de la derecha. Pero sólo la triangular/rampa está conectada ‘de fábrica’ hacia algún destino (los dos referidos: afinación del VCO y frecuencia de corte del VCF).

¿Cómo podemos usar la señal rectangular del LFO del MS-10? Hay que romper las rutas predefinidas y sustituirlas con otras añadidas mediante latiguillos. Por ejemplo para obtener una variación cuadrada de la afinación del oscilador (de forma que salte continuamente entre dos alturas o notas) tenderíamos esta conexión, que sustituye la llegada de la señal triangular/rampa al oscilador por la inserción de la cuadrada/rectangular que llevamos a ese punto del panel de conexiones mediante un latiguillo.

En la configuración de la figura anterior sigo pudiendo usar la modulación triangular/rampa hacia la frecuencia de corte porque continúa llegando por la ruta por defecto, pero la afinación del VCO se modula ahora mediante la cuadrada/rectangular. Magnífico, significa que podemos estar usando las dos señales a la vez… Eso sí, la velocidad de ambas será la misma, y estarán siempre sincronizadas, porque en realidad existe un único LFO capaz de ofrecer ambas formas de onda a la vez; no son dos señales independientes totalmente.

Como anticipo de la idea modular no está mal. Acabamos de tender nuestro primer latiguillo y acabamos de darnos cuenta de que querríamos tener algún módulo más (una enfermedad común que ataca a cualquier dueño de un sistema modular por grande que este sea).

Pero intentemos ir más allá: ¿cómo conseguimos hacer un trémolo -si es que es factible en este sinte-? Necesitamos que la señal del LFO llegue a controlar la ganancia del VCA. Parecería por tanto adecuado realizar esta conexión:

¿Qué hemos logrado? La ruta que hemos trazado es muy mala realización para un trémolo. Pensad en ella un poco más. ¿Veis algún problema? Hay uno muy evidente: no es posible regular la intensidad del efecto de trémolo, porque no tenemos ningún potenciómetro intercalado en esa ruta. Este dilema no puede resolverse con el MS-10 por sí sólo. Exigiría introducir algún cambio, añadir un potenciómetro externo… algo que no se deseó por el fabricante (interesado en ofrecer un sinte barato).

Es más, hay otro problema peor (y no tan evidente hasta que probáis a tirar el latiguilllo): la conexión que existe para controlar el VCA, combina la señal de la envolvente con la que introduzcamos por ese jack sumándolas (lo que parecería correcto pues superpone el trémolo a la envolvente):

Pero para nuestra desgracia realmente el LFO no se para después del agotamiento de la nota, continúa libremente su oscilación. De tal forma que el resultado es realmente este: los intervalos de silencio ya no son tales, después de agotada la nota sigue habiendo sonido -para colmo intermitente-. ¡Nunca se calla!

He preparado este vídeo corto para que veáis estos dos ejemplos: el uso de vibrato cuadrado y el fallido intento de generar tremolo.

Para conseguir el trémolo habría que haber añadido otros cuantos elementos para conseguir silenciar las pausas. ¿Seguimos encareciendo el producto? En este caso la decisión fue: mejor que el usuario viva sin trémolo, tampoco lo va a echar tanto de menos. Hay de hecho otros varios problemas intentando generar trémolo con los MS que no vamos a tratar aquí.

Lo que quiero recalcar es la dificultad que puede entrañar a veces algo que parece simple. Podríamos pensar que una solución fácil sería la de multiplicar (en vez de sumar) la señal ENV y la LFO (así el silencio de la ENV acallaría al LFO). Hubiera sido necesario contar con un multiplicador o un segundo VCA en cascada (circuitos mucho más caros que un sumador y por eso mismo descartados del diseño del MS-10). De esa forma se hubiera podido aplicar primero la ENV y luego el LFO a la amplitud (con sendos VCAs). Pero algo de este tipo es imposible en el MS-10, no hay un segundo VCA.

¿Un segundo VCA? Muchos estaréis pensando en el MS-20. El hermano mayor del MS-10 tiene en su juego de módulos (entre otras cosas) dos VCOs, dos VCFs (uno HPF otro LPF), dos ENVs, y… , sí, también dos VCAs. ¿Resuelto el problema del trémolo con el MS-20? No tan deprisa.

Del MS-20 nos interesa aquí sobre todo parar en su conjunto y conexionado de módulos.

He marcado en la siguiente figura en rojo la ruta de señal audio, que corresponde a la clásica cadena osciladores -> mezclador -> filtros -> VCA.

Las demás rutas son de señales de control. Dentro de las rutas de control he marcado en azul algunas que vienen ‘preestablecidas’ y que están operativas sin necesidad de realizar ningún cableado. Buscad el ‘módulo’ KBD (que representa al teclado) y seguid conmigo desde ahí. Son las clásicas rutas que permiten a las señales CV y Trigger del teclado llegar respectivamente a los osciladores y a los generadores de envolvente. La envolvente 1 está encaminada hacia la afinación de los VCO, y la envolvente 2 hacia la frecuencia de corte del HPF y del LPF además de al VCA. Adicionalmente la señal triangular/rampa disponible en el LFO (aquí llamado MG -modulation generator-) está encaminada hacia la afinación de los VCO y hacia las frecuencias de corte de ambos filtros.

Esas y no otras son las posibilidades del MS-20 cuando no hacemos uso de su panel de conexiones. Nada deslumbrante, todo muy estándar, convencional. Pero ahora hay un cambio importante: en un vistazo fugaz al gráfico es muy llamativo que hay una gran cantidad de elementos que no forman parte de las rutas predefinidas que he coloreado en azul. Esos elementos no entrarán en uso si no comenzamos a tirar latiguillos.

Dedicad un tiempo a estudiar el dibujo. Fijaos como existe la posibilidad de extraer o recibir señales de CV y Trig que por defecto provienen del propio teclado incorporado. Sería posible alimentar tensiones (‘notas’) diferentes a VCO1 y VCO2. Encontraréis disponibles las envolventes invertidas (aunque sin conectar por defecto). Etc.

Por ejemplo aquí veis el uso de envolvente invertida con el MS-20

Podríamos continuar. Hay incluso módulos totalmente ‘dormidos’ (los he marcado en lila en la figura que vimos antes), completamente ‘desconectados’ por defecto. La rueda junto al teclado está sin uso salvo que la encaminemos a algún destino. También entre esos módulos dormidos veis un segundo VCA esperando a que nos decidamos a aplicarlo para algo. Por ejemplo para controlar con la rueda la cantidad de la señal de LFO que pasamos hacia los VCO, VCF o VCA obteniendo así un vibrato, wha o trémolo regulable con la rueda.

En este vídeo configuramos el uso de la rueda para controlar primero la intensidad de vibrato y luego la intensidad de trémolo.

El uso de la rueda nos permite apagar manualmente el trémolo en los silencios, pero seguimos sin resolver la obtención de un trémolo que automáticamente se aplique sólo durante la producción de las notas. Pese a este segundo VCA libre, el MS-20 no puede adoptar la posible solución (segundo VCA en cascada) que planteábamos para crear trémolo sin implicar a la rueda. Un trémolo que acompañe cada nota pero que permita el silencio entre notas. Y no puede porque el camino de la señal (el camino rojo) no tiene puntos de ruptura y no podemos intercalar en él el segundo VCA. Es un VCA accesorio que podemos aplicar para definir señales de control, pero que no puede usarse para procesar audio, porque el camino audio de los MS está pretrazado, no admite modificación.

Esa es (a mi gusto) la mayor crítica posible a un MS. Su modularidad está acotada a la parte de control, pero no existe en la cadena de audio. Un ‘modular’ de pleno derecho debe permitir también la intervención directa en la cadena audio, no sólo en los elementos de control.

Pero tanto módulo servirá para algo tan simple como un trémolo, ¿no? Hay una vía para aproximarlo en el MS-20. Si conocemos qué hace cada módulo y ponemos la imaginación a funcionar, podemos ir supliendo las carencias de las rutas predefinidas e intentar ir algo más allá, inventando nuevos usos.

Podemos someter la salida del LFO a una envolvente y programar esta adecuadamente para que al soltar la tecla se silencie el LFO gracias a la envolvente (y con ello se ‘corte’ el VCA, no siga ‘subiendo y bajando’ con el LFO). En cierta forma, la envolvente está actuando (así la ajustaremos) como ‘puerta’ que deja o no pasar la señal del LFO.

Pero ¿cómo aplicar la envolvente al LFO? Podemos usar el ‘segundo’ VCA, tal como veis en este ejemplo.

El vídeo a continuación muestra cómo (mediante una envolvente aplicada al LFO) crear un vibrato gradual e incluso recreamos el efecto ‘mandolina’: al pulsar una nota se produce su ‘autorrepetición’ hasta que se suelta la tecla, momento en la última repetición suena con una extinción limpia, sin repetición durante el ‘release’. Fijaos por cierto que una de las tres rutas (la que va de la salida del EG1 a la entrada ‘control input’ del VCA) es una de las preestablecidas en el MS20 y no hace falta latiguillo.

Muy útil el vibrato gradual, sin duda. Y gracioso, pero ‘pobre’ el efecto de repetición de nota que hemos conseguido. No estamos interviniendo realmente en la ruta de audio y el control que nos permite el jack ‘initial gain’ en el VCA del MS-20 es muy militado. Así que toca pensar otra alternativa.

Otra forma de lograr el efecto de nota repetida se ilustra la idea en la siguiente figura. En ella no usamos el LFO con forma de rampa repetida cíclicamente para ‘simular’ la sucesión de varias notas, sino que la señal del LFO la usamos para disparar reiteradamente la envolvente 2 (que es la que se usa para el VCF y el VCA). De nuevo la señal del LFO no la pasamos directamente sino sometida (en el segundo VCA) a la actuación de otra envolvente (la ENV 1 o EG1) para poderla frenar cuando liberamos la tecla.

Para evitar que la propia ENV 1 se vea ‘redisparada’ constantemente bajo control del LFO, llevamos el ‘trig out’ del teclado directamente al ‘trig in’ de EG1. Así, EG1 sólo se arranca una vez por cada pulsación de teclado y actúa como ‘puerta’ en el segundo VCA de la señal del LFO que se encamina después como disparo del EG2.

¿Para qué complicamos tanto las cosas? Ganamos mucho: ahora mantenemos toda la flexibilidad del contorno generado en EG2 para definir la ‘forma’ del sonido que resulta en cada repetición. No estamos forzados a que sea la repetición de una rampa y que llene todo el ciclo, podemos ‘diseñar’ su forma. Y eso es muy atractivo. Y, casi sin notarlo, nos estamos adentrando en el pensamiento ‘modular’, en el uso libre de los módulos.

Pero (al menos en el iMS-20) esa arquitectura no funciona (tiene que ver con que el LFO no genera una adecuada señal para la realización del trigger). Así que modificamos el diseño nuevamente.

Pasamos la señal del LFO por un amplificador que está disponible en la sección de ‘enternal signal processing’ y que cuenta con un detector de envolvente. De esa forma puede detectarse cada ciclo del LFO y generar una señal que sí es válida como disparo. Esa será la señal que llevemos a la entrada del segundo VCA.

Corresponde a los latiguillos en verde de esta figura (son los que consiguen aquí el autorepeat).

Además, para aprovechar los módulos disponibles y mejorar varios aspectos del sonido resultante, he añadido las conexiones en rojo que permiten que cada una de las repeticiones tenga un ajuste de frecuencia de corte diferente (mediante una fuente de ruido, que se ‘congela’ en cada ciclo del LFO gracias a un S&H disparado por la ‘otra’ salida del LFO), y también (ya puestos) he añadido el latiguillo azul que permite incorporar algo de ruido junto a la señal de los osciladores (lamentablemente sin poder controlar su nivel, que sería lo ideal).

Algunas posibilidades que ofrece esta configuración las veis en este vídeo. Principalmente destaco la variedad que ofrece el diseño del contorno con el EG2, y que es el que se aplica a cada una de las repeticiones de la nota. Sonidos ultracortos, sonidos que ‘aspiran’ en lugar de decaer, sonidos que ondulan, etc. Todo ello controlable de forma continua.

En el escenario de sintes virtuales / digitales lo habitual es el concepto ‘semimodular’, semejante a lo que ejemplificábamos con el MS-10 / MS-20. También hay un diseño base, unos caminos, rutas y parámetros predefinidos, pero a través de la configuración de lo que se suelen llamar (por similitud con lo de los latiguillos) rutas de modulación podemos decidir que queremos conectar una señal determinada con otro punto del sintetizador. Implementar esta opción en un sistema digital es simple, sin el coste asociado del panel necesario para el caso analógico. Es uno de los puntos a favor de los sintes digitales frente a los ‘compactos’ y al que a menudo se hace poco caso, pero está ahí esperándonos para aprovecharlo. El menú o página de ‘rutas de modulación’ debería ser uno de los visitados con mayor interés por cualquier sintesista, porque puede ofrecernos la llave al paraíso en la creación/personalización de sonidos en formas menos convencionales.

Al igual que con el panel en un MS, en estos digitales dependemos de que existan y estén accesibles en los menús los puntos que más nos pueden interesar. En lugar de pots tenemos parámetros en pantalla y en lugar de latiguillos físicos, la posibilidad de emparejar parámetros de forma que el nivel del primero controle el valor del otro. Pero la esencia es la misma. Ciertamente ese menú sólo suele hablar de señales de la parte ‘de control’ (no hay acceso al camino de señal), y estaríamos, como en los MS, ante algo no totalmente modular.

Si os fijáis con atención en los ejemplos de hoy hemos usado un VCA (que en un compacto siempre está en la ruta ‘de audio’) como elemento de la parte de control. Y el LFO lo usamos no para modular VCO/VCF/VCA sino para generar un ‘trigger’. Esa libertad es una de las promesas que nos ofrece un modular.

¿Cuándo vamos a retirar la etiqueta ‘semi’ y pasar a hablar de modulares de pleno derecho?¿Qué nos falta para llegar de verdad al reino modular? Unos días, los que tarde en estar lista la siguiente entrega.