Síntesis (26): Varios osciladores (parte 2: intervalos y sync)

Saltando más allá de los batidos y desafinaciones que nos ocuparon en la entrega anterior, a medida que incrementamos la distancia en la afinación entre los osciladores llegamos a constituir con ellos intervalos musicales.

El uso más trivial para varios osciladores formando intervalos es el de poder tocar intervalos fijos o acordes desde una única tecla. En su día era una forma de proto-polifonía factible con un sintetizador monofónico pero dotado de más de un oscilador. A menudo podemos dar uso a osciladores octavados entre sí. Tocar con el Osc2 ajustado siete semitonos por encima del Osc1 permite tocar por quintas, haciendo que la melodía que desarrollemos se ejecute permanentemente con ese añadido de la quinta. Pero estilísticamente, mantener un mismo intervalo en paralelo es un recurso muy limitado. Diría incluso agobiante para el que toca y para el que escucha. Se usó mucho lo de la quinta con sonidos ‘brass/trompeta/lead’ y con melodías un tanto medievales en los 70s, pero no encaja en muchos estilos. Hasta encontráis el ‘fifth lead’ en el mapa de sonidos General MIDI lo que prueba que es un recurso clásico. Pero a día de hoy con sintes polifónicos tocamos, afortunadamente, con una mayor libertad e independencia de voces. Poco que comentar al respecto, la verdad.

Más interesante para nuestros propósitos es el uso ‘tímbrico’ de superponer osciladores que guardan una cierta distancia interválica entre sí. Pocas veces se tiene en cuenta esta posibilidad pero es muy útil.

Se trata de que usemos un segundo oscilador para reforzar algunos armónicos del sonido que está produciendo el primero, situándolo en el intervalo necesario. Así +19 semitonos (una octava y siete semitonos) es lo que se necesita para reforzar el tercer armónico, por ejemplo. Para este uso formas de onda ‘delgadas’ en armónicos suelen ser útiles, tales como senoides y triangulares. También las cuadradas, que aunque generosas en armónicos, los tienen distantes entre sí y pueden usarse con estos fines.

Se trataría en el fondo de hacer un tratamiento de tipo síntesis ‘aditiva’ pero en el que en lugar de partir de un banco de osciladores senoidales, aplicamos osciladores con otras formas de onda. Un objetivo es el mencionado de obtener esos refuerzos sobre determinados armónicos o parciales.

Por ejemplo, en muchos sonidos de piano mediante sintes analógicos veréis que se usa un segundo oscilador con triangular o cuadrada ajustado a algún intervalo elevado. He visto por ejemplo 19 o 28 semitonos (3ª y 5ª armónicos), incluso otros más elevados. Hasta he visto una octava más séptima menor, que no es propiamente parte de la serie armónica. Son formas de conseguir dar una sensación global de presencia de alguna concentración sobre parciales altos, que sería muy difícil generar mediante filtrado. Una forma de salirse del tradicional diente de sierra filtrado y de recordar, aunque sea de manera muy básica, las fuertes concentraciones y resonancias que pueden aparecer localmente en ciertas zonas del espectro en muchos instrumentos.

Otro objetivo posible es establecer una evolución tímbrica inusual a lo largo del desarrollo de una nota. En particular es un recurso muy habitual para generar sonidos de barras percutidas. En ellos es habitual que el arranque contenga un conjunto relativamente rico de armónicos, pero que enseguida se modifica a un juego muy ‘disperso’ o que incluso se adelgace hasta el extremo de contener casi toda su energía sobre un conjunto muy concreto de armónicos, y en particular perdiendo los primeros armónicos (incluso desapareciendo del todo el fundamental). Es un ‘adelgazamiento’ que no es paso bajo ni paso alto, sino hacia unos armónicos concretos. Puede conseguirse jugando con la combinación de osciladores y las distancias interválicas entre ellos.

Recuerdo siempre el sonido de los glockenspiel. Me encanta como su nacimiento con una definición clara de la nota base rápidamente fluye y adelgaza el timbre hasta dejar sólo resonando algunos armónicos altos que ni siquiera son consecutivos (p.ej. el 5, el 8 y el 11). Son sonidos en los que la extinción del sonido se produce con la sensación de estar escuchando otra nota más aguda (y de hecho así se aprecia en su forma de onda). Pero no hay salto de nota sino una transición suave que permite asumir toda la duración como una única nota. Casi una ilusión sonora de esas tan queridas en los primeros trabajos de los compositores de música electroacústica ‘académica’. La nota nace en una octava y se adelgaza hacia otra superior sin que podamos definir cuándo empieza/termina cada una. Puede conseguirse jugando con la combinación de dos o más osciladores y las distancias interválicas entre ellos, haciendo que el oscilador inicial desaparezca poco a poco y deje sólo el otro.

Es bueno recordar en esos casos que los intervalos temperados sólo permiten una aproximación a la posición real y precisa de los armónicos, especialmente cuando vamos subiendo de orden. Así que hay que dejar que sea el oído el que termine de sintonizarlos, jugando en función del batido (para minimizarlo) que se puede producir en la percepción de ese armónico/s que estamos reforzando con un segundo oscilador.

La ilusión de ‘unidad’ pese a la diversidad de osciladores puede malograrse si no los tenemos perfectamente sincronizados. Sólo asegurando una buena sintonización / sincronía podremos estar seguros de evitar la percepción de dos sonidos individuales combinados y en su lugar generar la sensación de un sonido con un timbre diferente al de las partes que lo forman. Una forma más sistemática de asegurar una mayor precisión que tratar de afinarlos ‘a mano’ es acudir al ‘sync’.

Pensad en dos osciladores. Especialmente si son analógicos de tipo VCO es muy complicado asegurar que guardan una determinada relación de afinación entre sí. Los propios ajustes de los pots, la tolerancia de los componentes, la temperatura desigual en cada uno de ellos… Demasiados factores fuera de control. El resultado: la afinación exactamente igual entre dos osciladores se presenta difícil, casi inalcanzable.

Inalcanzable… hasta que alguien tiene la idea de sincronizar los dos osciladores. Si uno actúa como maestro y el otro se ve forzado a reiniciar su ciclo cada vez que lo hace el primero, pasa a ser más asequible el que los dos sigan una misma afinación. Esa es una buena garantía para conseguir que varios osciladores se fundan como si fueran uno, sin generar sensación dual, de escucha de múltiples fuentes, obligados a fusionarse indistinguibles en su extrema relación.

Pensemos pues es un oscilador 1 del que, al menos inicialmente, no vamos a escuchar su salida audio. Lo queremos sólo para que obligue a un oscilador 2 a reiniciarse. Como no vamos a escuchar a osc1, no nos importa su forma de onda, así que representaré sólo los instantes en los que arranca. Son esos instantes de arranque del oscilador maestro los se usan para disparar el arranque del esclavo. Si ambos están afinados aproximadamente a la misma frecuencia, la activación de la sincronización dará lugar a que ese ‘aproximadamente’ se convierta en ‘exactamente’. Sea cual sea la desafinación del osc2, se verá obligado o arrastrado a replicar la frecuencia del oscilador 1.

Es cierto que la forma de onda del segundo oscilador se ve algo afectada. Si la frecuencia del segundo oscilador es un poco menor que la del primero, se reiniciará un poco antes de haber completado su ciclo. A la inversa, si la frecuencia del esclavo es un poco mayor que la del maestro, habrá dado tiempo a que inicie brevemente un nuevo ciclo antes de que se vea forzado a recomenzar por arrastre del maestro. Pero si la desafinación es poca, también será mínimo el efecto de esas diferencias, y a cambio sí garantizamos la sincronía, la perfecta afinación, el que no haya deriva entre uno y otro.

Pero como siempre, los usos que podemos dar a cualquier técnica van más allá de lo que inicialmente pueda pensarse desde la técnica. Aunque el objetivo inicial fuera facilitar esa rigurosa afinación idéntica entre varios osciladores, pronto las pruebas y experimentos por los músicos descubrieron que facilitaba alcanzar algunas sonoridades peculiares y poco o nada oídas previamente.

Planteemos qué pasa si en lugar de estar afinados a una misma frecuencia nominal, el oscilador esclavo está conscientemente afinado a otra diferente.

Por ejemplo Osc2 está afinado por debajo de Osc1 (o al revés Osc1 más alto que Osc2): en un ciclo del maestro sólo entra un fragmento del ciclo del esclavo. Como resultado tenemos una modificación muy importante de la forma de onda que está produciendo el oscilador esclavo. Lo ilustra esta figura:

Claramente deja de ser un seno y habrá una señal con un espectro que presenta varios armónicos. De hecho la abrupta transición que se produce en cada ciclo nos habla de un espectro brillante, un sonido rasposo, generoso en la presencia de energía sobre los armónicos. La salida de nuestro oscilador ‘senoidal’ pasa a presentar una señal rica en contenido espectral.

Cualquier modificación que realicéis (con una envolvente, con un LFO, a partir de la velocidad, el aftertouch o un pedal) sobre la frecuencia del oscilador esclavo acaba resultando en un cambio de timbre, no en un cambio de frecuencia (dado que esta está esclavizada al oscilador maestro). Atractivo, sin duda. Y una vez más un cambio que nada tiene que ver con una acción de filtrado.

Pero si es el maestro el que tiene frecuencia superior al esclavo, en el momento en el que la diferencia de frecuencias pasa a ser ya alta, hay algún problema: dejamos que se desarrolle tan poquito el ciclo del Osc2 que casi ‘desaparece’. Baja su nivel de forma apreciable.

Por eso es bastante más habitual usar sync con ajustes que hacen la frecuencia del osc2 (esclavo) más alta que la del maestro.

Imaginad ahora que el esclavo está a un cierto intervalo por encima. La figura os muestra varios casos con frecuencias primero sólo un poco mayores que la del maestro y luego ya duplicándola y triplicándola. Estoy ahora usando un diente en Osc2 en lugar de un seno. Ciertamente el efecto ‘global’ que apreciamos en la forma de onda es que el ciclo resultante tiene el mismo periodo que el maestro. Por tanto la frecuencia fundamental –la nota producida- es la del maestro. Pero a la vez es fácil observar que en cada uno de esos ciclos la forma de onda se ha modificado. Es decir, volvemos a tener la ‘nota’ determinada por la frecuencia del oscilador 1, y lugar con la frecuencia del oscilador 2 nos permite obtener variaciones tímbricas.

El efecto espectral lo apreciamos con facilidad en estas nuevas figuras que os presento.

Si la diferencia en frecuencia es poca veremos la aparición/refuerzo de armónicos. Os lo enseño primero sobre el caso de haber usado señal senoidal, para que se aprecie mejor. Aunque es un oscilador ajustado a senoidal, con la sync acaba generándonos una señal rica en armónicos.

Volvamos al caso de señal en diente. Aquí en lugar de la adición de armónicos no presentes en la señal original senoidal, lo que veremos es un refuerzo de algunas zonas del espectro. Unas resonancias que recuerdan en parte a las de los filtros peine (comb). No es casual que tengamos en la figura un realce cada 5 armónicos aproximadamente porque está entrando un ciclo entero más aprox. una cuarta/quinta parte de otro.

Cuando f2 es múltiplo de f1, esas resonancias se vuelven mucho más llamativas: justo recaen sobre alguno de los propios armónicos. Aquí veis un par de ejemplos (refuerzo de los armónicos pares y refuerzo de los armónicos tercero y sus múltiplos).

Hay un realce ‘en peine’ que casi nos deja escuchar la nota octavada más que la propia nota base.

Acabamos de verlo. Sync es a la postre más un recurso tímbrico que realmente de afinación. Ajustando la frecuencia del oscilador esclavo podremos obtener variaciones de la forma de onda. Si además la frecuencia no es fija sino que varía tenemos variaciones de timbre. Repetibles nota a nota si usamos para variar la frecuencia una envolvente, libres y cíclicas si usamos un LFO, aleatorias si usamos ruido, a nuestro antojo desde una rueda o pedal…

Podemos realizar variaciones de afinación en el esclavo de pequeño recorrido para lograr una pequeña animación del timbre (algo que personalmente me encanta).

Podemos realizar la variación sólo en las primeras decenas de milisegundos de la nota, para tener así un ataque prominente (así lo hacen por ejemplo muchos sintes para imitar el inicio del sonido de un piano, o el ataque con púa sobre una guitarra, ambos llenos de variación tímbrica). En definitiva, una forma de reclamar actividad, atención e interés sobre el ataque de las notas.

O podemos, como en tantísimos sonidos en los presets de sintes comerciales, exagerar las variaciones para tener desgarrados lead sync. En ellos el oscilador esclavo realiza un movimiento de varias octavas en su afinación que se convierte en una variación salvaje tímbrica que se desarrolla a lo largo de segundos. A menudo me aburren estos usos tan exagerados, porque se convierten con facilidad en un cliché reconocible. De hecho en cuanto escuchéis cómo suena uno de estos lead sync, os vendrán a la cabeza muchos temas que exponen este tipo de sonido, exageradamente forzado. Un caso de uso de sync que evidencia este carácter y casi al límite del abuso es el del clásico ‘Rendez Vous’ de J.M. Jarre. El carácter del sonido inicial proviene de usar sync, como veis en este vídeo que se basa en ese sonido (aunque sin exagerar tanto el matiz como en esa grabación):

Sync es una de las pocas ocasiones en las que el alumno manda callar al maestro. Fijaos que aunque el oscilador que domina respecto a la afinación final y a la nota que se escucha es el maestro, en el aspecto tímbrico quien domina es el esclavo. Son las variaciones de timbre que se provocan en el esclavo las que más capturan la atención en estos sonidos. No os extrañe pues que en muchos sonidos que usan sync la mezcla está al final 100% o casi en el esclavo. El maestro es al final sólo reducido a una claqueta que gobierna el tono, la nota, pero que tiene reducido interés en sí mismo.

Todo depende de lo que busquemos. Es también perfectamente factible mantener sonando el oscilador maestro para dar un cuerpo general sólido y constante, y añadir unas gotas (pocas o muchas) del esclavo sincronizado para que aporte esas variaciones tímbricas que genera.

Pensad en que esté afinado el esclavo cercano al maestro. Pequeñas variaciones de frecuencia en el esclavo van a generar variaciones de forma de onda. Y típicamente van a dar entrada a ‘saltos’ en la forma de onda. Esos saltos implican energía en altas frecuencias. Es así una forma de dar ‘aire’ que difiere de jugar sólo con un filtro o resonancia. Con la desafinación regulamos el brillo, el aire.

Una forma habitual de crear sonidos piano tipo Wurlitzer y semejantes es usar un oscilador en sync con una frecuencia claramente superior al maestro para generar una presencia brillante sin la densidad propia de un diente de sierra abierto. Combinado con el sonido del maestro que aporte el cuerpo se puede conseguir un balance interesante (en realidad un Wurli exige otras muchas cosas, en particular suele aplicarse AM pero eso será otro día).

Implicad por medio otros módulos y controles y los usos ‘suaves’ de la sync se os pueden manifestar como un recurso interesante y desde luego mucho menos manido y reconocible que el clásico lead sync desgarrador.

No sé a vosotros, pero al final estamos tan habituados a escuchar el filtrado (especialmente paso bajo) que no termina ya de satisfacer nuestras ansias de localizar un timbre diferenciado y que resulte inspirador. Las opciones para sync desaparecieron de muchos sintetizadores ‘baratos’ que se popularizaron durante 70s y 80s. Demasiado caro de implementar. Pero a día de hoy vuelve a ser un estándar disponible. Disponible pero usado a menudo en las bibliotecas de sonidos de fábrica sólo de las formas más evidentes: para reconstruir la fiereza de los lead sync, o esos sonidos tipo ‘Rendez Vous’, para entregar un punch especial a un bajo íntegramente electrónico,… Pero los otros usos para dar animación y movimiento más discretos a menudo se subestiman.

Una muy leve y lenta variación de afinación en un oscilador esclavo puede generar un movimiento interno del timbre que a mí me recuerda (no en la sonoridad, pero sí en la intención) al movimiento que se produce en las notas de un piano por la interacción de las varias cuerdas que suenan conjuntamente al pulsar cada nota. El resultado en el piano no es una mera superposición de tres cuerdas un poco desafinadas entre sí. Hay interacciones que dan lugar a que unas y otras cuerdas en cierta forma se ‘sincronicen’, se ‘acoplen’. Algo de esas sensaciones puede obtenerse con una sync en la que la variación de afinación del esclavo es lenta y corta.

Forzar la animación del ataque, y hacerlo dependiente de la velocidad de pulsación, es una de las necesidades en casi cualquier sonido. Jugar con la sync, aplicando una rápida variación de afinación en el oscilador esclavo durante los primeros momentos del ataque es una forma de conseguir una animación muy diferente al clásico filtrado o al molesto uso de un ‘autobend’ inicial de la afinación, que tanto afecta a la percepción nítida de la nota. Y es una forma que está disponible en muchos sintes en los que no tenemos otras opciones como modulación AM, FM, Ring, etc. pero en los que sí está esa infravalorada sección de ‘sync’.

Y, la verdad, también me gusta porque es uno de los ejemplos (casi de examen, si no fuera porque con ello suspenderían casi todos) con los que se puede ilustrar en el aula de los futuros ingenieros de sonido cómo aplicar creativamente los conocimientos que nos da la teoría de procesado de señal. Otro día os contaré si os interesa cómo se puede analizar matemáticamente el efecto de ‘sync’, pero eso no puede ser antes de que abordemos el enventanado y sus efectos, que son a su vez la clave para entender la síntesis granular y otras.

¿Será granular la próxima entrega, entonces? No. Ahora vamos a ir a por las modulaciones (AM, Ring, FM…) y que hace tiempo que os tenía prometidas y nunca abordadas. Llega al fin su hora, y particularmente espero que en la FM os lleguéis a encontrar tan felices como yo lo soy con ella. Quizá sea efecto en parte de que es un amor de juventud. La FM llegó a las tiendas cuando rondaba yo los 15 años. Pero no es menos cierto que tiene un buen número de posibilidades que me siguen enamorando.