Práctica. Capítulo 1

EL SINTETIZADOR. DE LA TEORIA A LA PRACTICA.

CAPITULO 1. Introducción.

Este capítulo es la introducción a una serie de artículos que describen el funcionamiento del sintetizador musical. Como los sintetizadores son un misterio para mucha gente, este artículo servirá como introducción general a ellos, además de describir los principios básicos.

Un sintetizador puede definirse como un instrumento musical electrónico cuyas características tonales pueden variar a voluntad del músico. Esto lo diferencia inmediatamente de los instrumentos musicales convencionales, cuyas características tonales están fijadas por su construcción física. El sintetizador puede utilizarse para imitar instrumentos convencionales, pero por otra parte también puede producir sonidos que no pueden ser producidos por ningún instrumento acústico convencional y que sólo pueden generarse por medios electrónicos. Así pues, el sintetizador es un instrumento extremadamente versátil, y es una lástima que a menudo se utilice para proporcionar un acompañamiento de fondo monótono a la música beat, o como una «banda en una caja» para producir anuncios publicitarios de televisión. Afortunadamente, la capacidad de los sintetizadores ha sido plenamente explotada por músicos como W. Carlos, K. Emerson, P. Moraz y otros.

 

Principios del sintetizador controlado por tensión.

El concepto de sintetizador controlado por tensión y los circuitos relacionados fueron creados por Robert A. Moog. Cualquier sonido se puede caracterizar por tres parámetros que dependen del tiempo: el tono, el color del tono y el volumen o, en términos electrónicos, la frecuencia fundamental, el contenido armónico y la amplitud. Si estos tres parámetros pueden controlarse con precisión durante la duración de un sonido concreto, ese sonido puede sintetizarse con precisión. En la práctica, esto se limita obviamente a sonidos «musicales» y afines bastante simples.

Así pues, un sintetizador requiere tres bloques de circuitos básicos: osciladores para generar los sonidos del tono deseado, filtros para producir el contenido armónico necesario y amplificadores para obtener la amplitud deseada. Dado que los tres parámetros pueden variar durante la existencia de un sonido particular, debe haber algún medio de controlar rápidamente las características de estos bloques de circuitos, que es donde entra el concepto de control de voltaje. El tono de un oscilador controlado por voltaje (VCO) puede variarse cambiando el voltaje de control que se le aplica. La frecuencia de corte de un filtro controlado por tensión (VCF) también puede variar, al igual que la ganancia de un amplificador controlado por tensión (VCA).

 

Control de tensión exponencial.

El parámetro de diseño fundamental de un sintetizador es la tensión de control frente a la frecuencia característica de los VCO y los VCF. En muchas aplicaciones se requiere una característica lineal, es decir, X voltios por Hz. Sin embargo, a los músicos no les interesan las relaciones de frecuencia lineales, sino los intervalos musicales. Por cada octava de aumento en el tono, la frecuencia de una nota se duplica. Esto significa que, si se compara la frecuencia absoluta en hercios con la frecuencia relativa en octavas, se obtiene una curva exponencial, como se muestra en la figura 1.

Fig.1

Por lo tanto, parece más lógico desde el punto de vista musical tener una característica lineal de la tensión de control frente a las octavas. La figura 2 muestra una característica de control de 1 voltio/octava (que es la norma generalmente adoptada).

Fig.2

Este control exponencial tiene varias otras ventajas que se discutirán más adelante. Se puede conseguir una característica de control exponencial (lineal de octava) sustituyendo un VCO lineal de frecuencia o un oscilador controlado por corriente por un generador exponencial cuya tensión o corriente de salida se duplica por cada aumento de un voltio en la tensión de entrada (figura 3). El generador exponencial puede ir precedido de un amplificador sumador en el que se introduce la tensión de control principal junto con otras tensiones como una tensión de desplazamiento de CC para transponer hacia arriba y hacia abajo la escala, y/o tensiones moduladoras de C.A. para producir efectos de vibrato.

Fig.3

Control de tensión del teclado.

Para que el sintetizador funcione, debe haber algún método de alimentación de tensiones de control variables en el instrumento. Dado que la mayoría de los instrumentos musicales (occidentales) se afinan y se tocan en la escala tónica temperada, parece lógico que un sintetizador se ajuste a esta escala, y la elección más obvia de «terminal de entrada» es un teclado de órgano normal con contactos eléctricos. El circuito del teclado (figura 4) consiste en una cadena divisora de potencial que comprende resistencias de igual valor, alimentadas desde una fuente de corriente. Como hay doce intervalos de semitono (y, por tanto, doce contactos de tecla) en una octava, cada resistencia tiene una diferencia de potencial de 1/12 voltios. Al pulsar una tecla concreta, la tensión de ese contacto se conecta a la barra colectora común y, de ahí, a los circuitos controlados por tensión.

Fig.4

La transposición.

Al igual que un órgano electrónico, el teclado de un sintetizador sólo tiene un compás limitado (tres octavas en la mayoría de los casos). En un órgano se obtiene un compás más amplio simplemente seleccionando voces con un registro bajo. En un sintetizador, el compás se amplía añadiendo una tensión de desplazamiento de corriente continua a la entrada del VCO (o a la salida del teclado) para transponer el rango del teclado. Esto se muestra en la figura 5. Un offset de +1 voltio transpone el rango una octava hacia arriba, mientras que un offset de -1 voltio lo transpone una octava hacia abajo.

Fig.5

Ventajas del control exponencial.

La figura 6 ilustra la principal ventaja del control exponencial, que es la sincronización.

Fig.6

Muestra tres VCO con tres entradas sumadoras cada uno. La primera entrada de cada VCO es común y está conectada al teclado. La segunda entrada de cada VCO está conectada a una tensión de offset de corriente continua variable independientemente, mientras que las terceras entradas son comunes a otra tensión de offset de corriente continua variable. Supongamos que las compensaciones independientes se ajustan para que las frecuencias adyacentes del VCO estén separadas por una octava, por ejemplo, 1 kHz, 2 kHz y 4 kHz. Si la entrada del teclado aumenta en un voltio entonces las frecuencias aumentarán a 2 kHz, 4 kHz y 8 kHz respectivamente, que siguen estando separadas por una octava. Esto no ocurriría con un VCO lineal. Como ejemplo, supongamos que la primera frecuencia aumenta en 1 kHz a 2 kHz; la segunda también aumentará en 1 kHz (a 3 kHz), y la tercera aumentará a 5 kHz. Este grupo 2-3-5 kHz ya no muestra una relación de octava. Por supuesto, con el control exponencial uno no está confinado simplemente a acordes de octava. Ajustando los controles de offset independientes, los VCO pueden configurarse en cualquier relación de intervalo musical. Además, se puede emplear cualquier número de VCO. Las terceras entradas comunes de los VCO permiten alimentar un voltaje de offset común a cada VCO para transponer el acorde completo hacia arriba o hacia abajo en la escala. Otra posibilidad es añadir una tensión offset a la salida del teclado para transponer el tono de todo el sintetizador. Esto puede parecer un poco confuso al principio, pero no lo es en la práctica. En resumen:

  1. Los VCO pueden disponerse en grupos de acordes. El tono de cada VCO se puede variar en relación con otros VCO dentro de un grupo para obtener el acorde requerido, ajustando los controles de afinación independientes.
  2. El tono de un grupo de acordes puede variarse ajustando el control de transposición de acordes.
  1. El tono de todo el sintetizador puede transponerse mediante un control de transposición global que añade una tensión de offset variable a la salida del teclado.

 

Filtros controlados por tensión.

Los filtros controlados por tensión empleados en los sintetizadores suelen ser del tipo de paso bajo. En la figura 7 se muestra un diagrama de bloques de su funcionamiento.

Fig.7

Un voltaje de corriente continua establece la frecuencia de corte en relación con el tono de los VCO, mientras que un voltaje de control derivado del teclado desplaza este punto de corte hacia arriba o hacia abajo según la nota que se toque, de modo que todas las notas que se toquen ya sean altas o bajas, tengan el mismo contenido armónico. Los sonidos naturales se caracterizan por cambios dinámicos en el color del tono. Una nota puede empezar teniendo un carácter «brillante» con una gran proporción de armónicos agudos, pero éstos decaen rápidamente dejando sólo la fundamental y los armónicos graves. Por ejemplo, el punto de corte podría comenzar inicialmente en una frecuencia bastante alta, que disminuiría con el tiempo para provocar el decaimiento de los armónicos superiores. Esto se consigue mediante un formador de envolvente que genera una tensión variable con las características requeridas. El formador de envolvente está controlado por un impulso de puerta que se deriva de un segundo conjunto de contactos en el teclado. La característica de voltaje frente a la frecuencia de corte de los VCF se hace exponencial precediendo el control del pulso del VCF con un generador exponencial.

Amplificadores controlados por tensión.

Los VCA son simples amplificadores cuya ganancia puede variarse mediante una tensión de control. Su función es controlar la duración de un sonido, así como sus características dinámicas de amplitud, es decir, su ataque, sostenimiento y decaimiento. El VCA también está controlado por un formador de envolvente cuya tensión de salida tiene una forma correspondiente a la envolvente de amplitud del sonido deseado. Por supuesto, el VCA no tiene entrada de tensión de control desde el teclado, ya que la amplitud de todas las notas debe ser la misma y no depende de la frecuencia de la nota que se está tocando. El modelador de envolvente que controla el VCA está controlado a su vez por un impulso de puerta derivado del segundo contacto del teclado, que determina la duración de la nota tocada. Tanto en el caso del VCF como del VCA, el músico puede ajustar la característica de voltaje de salida del modelador de envolvente que lo controla (es decir, la forma en que el voltaje de la envolvente varía con el tiempo). Esto es muy importante, ya que las características dinámicas de un sonido determinan en gran medida el carácter de este. Volviendo a los instrumentos musicales convencionales como ejemplo, si se elimina el ataque transitorio al principio de una nota y sólo se toca la nota fija, resulta extremadamente difícil distinguir entre muchos instrumentos orquestales.

Diagrama de bloques del sintetizador y circuitos adicionales.

La figura 8 muestra el diagrama de bloques de un sintetizador básico, que contiene todos los circuitos descritos anteriormente y algunos más.

Fig.8

En la parte inferior del diagrama se encuentra el teclado y sus circuitos de interfaz, que consisten básicamente en el divisor de potencial de tensión de control, el generador de impulsos de puerta y los formadores de envolvente. Además, hay osciladores de baja frecuencia que proporcionan una señal para la modulación periódica de los circuitos controlados por voltaje (por ejemplo, para efectos como el vibrato), además de un generador de voltaje de ruido para proporcionar modulación aleatoria. El bloque que contiene los VCO necesita poca explicación, excepto por la adición de un generador de ruido. Dado que genera una señal estocástica sin tono fijo, su frecuencia no se controla mediante el teclado, pero la señal de ruido puede procesarse pasando a través de los VCF y VCA para producir efectos como viento, agua, lluvia, truenos, trenes de vapor, aplausos, etc., así como sonidos antinaturales. El VCO y las señales de ruido pasan por el VCF y luego por el VCA, ambos controlados por los formadores de envolvente.

Carácter tonal de los sintetizadores.

La descripción anterior de los fundamentos de los sintetizadores apenas puede dar una idea de la gama de posibilidades tonales disponibles con un sintetizador. Para empezar, no debe imaginarse que el sonido producido por un sintetizador es como el producido por un órgano electrónico. Un sintetizador tiene mucho más en común con los instrumentos musicales convencionales. Mientras que el sonido de un órgano electrónico tiene un carácter bastante estático, un sintetizador es mucho más vivo y dinámico. Esto se debe a dos razones. En primer lugar, un sintetizador permite un control preciso de las características dinámicas de los sonidos producidos, mientras que un órgano electrónico (a menos que sea caro) sólo tiene características fijas de ataque y decaimiento que deben adaptarse a cada voz. En segundo lugar, mientras que la mayoría de los órganos electrónicos son de fase fija, el sintetizador, con sus VCO independientes de la fase, pueden producir mucho mejores sonidos más «naturales», que tienen patrones de fase variables.

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