Práctica. Capítulo 8.

CAPITULO 8. ADSR (Attack-Decay-Sustain-Release)

El generador de envolvente ADSR (Attack-Decay-Sustain Release) descrito en este artículo se puede utilizar para controlar el VCA y el VCF para impartir una gama más amplia de color de tono y dinámica de amplitud a las formas de onda del VCO.

A menudo, incluso los músicos no se dan cuenta de hasta qué punto el carácter de un instrumento viene determinado por la amplitud dinámica y el comportamiento armónico, más que por el contenido armónico en estado estable del instrumento. Si se modifican artificialmente los periodos de ataque y caída de una nota, se altera todo el carácter del sonido. Un experimento interesante y divertido consiste en grabar los sonidos de varios instrumentos musicales, pero eliminando los periodos de ataque y decaimiento subiendo el nivel de grabación después de que empiece la nota y bajándolo antes de que termine. A continuación, pida a algunos amigos músicos que identifiquen los instrumentos y se sorprenderán de lo poco característico que se vuelve el sonido de un instrumento cuando se le priva de su envolvente de amplitud particular. Por otro lado, partiendo de una única forma de onda básica como la salida triangular del VCO, se puede producir toda una gama de sonidos de instrumentos simplemente variando la envolvente de amplitud, desde sonidos «suaves» como la flauta y algunas voces de órgano, hasta sonidos «duros» y percusivos como el piano y el xilófono.

Tipos de curvas envolventes.

El generador de la envolvente del sintetizador debe ser capaz de simular el contorno de la envolvente de los instrumentos musicales convencionales cuando el sintetizador se utiliza en una capacidad imitativa, y también para producir envolventes que son puramente de carácter sintético (es decir, no se encuentran en los sonidos producidos por métodos acústicos normales). Afortunadamente, hay relativamente pocos tipos de contorno de envolvente que son musicalmente importantes, y todos ellos son bastante fáciles de generar electrónicamente.

  1. Contorno de ataque/caída

El tipo más simple de curva envolvente es el que consiste sólo en periodos de ataque y decaimiento. El contorno de la envolvente se eleva hasta un pico cuando se toca la nota, y comienza a decaer inmediatamente después de sobrepasar el pico (véase la figura 1).

Fig.1

Por ejemplo, si se aplica un ataque rápido y un decaimiento lento al control VCA, se obtiene un sonido percusivo como el de un piano. Aplicado al VCF en el modo de paso bajo, el mismo contorno de envolvente puede producir sonidos muy brillantes y metálicos, dependiendo de la forma de onda de entrada. Si el periodo de ataque es largo y el de decaimiento corto, aplicando esto al VCA se producirán sonidos de «fantasía» completamente sintéticos, similares a los que se obtienen tocando una grabación al revés. Sin embargo, el uso principal de este tipo de curva de envolvente es para la producción de sonidos percusivos como xilófono, marimba, campanas y gongs, platillos y cuerdas pulsadas como guitarra, banjo, arpa, y otros instrumentos de cuerda tocados en pizzicato, clavicordio y, por supuesto, piano.

  1. Contorno de ataque-sostenimiento-liberación

Las características de ataque/decaimiento descritas anteriormente son típicas de los instrumentos en los que el sonido se inicia con un breve pulso de energía (por ejemplo, al golpear o puntear una cuerda), tras el cual el sonido desaparece ya que no hay más excitación que lo sostenga. La curva envolvente de la figura 2 es típica de los instrumentos en los que se hace sonar y se mantiene una nota, como el órgano de tubos, los instrumentos de viento y los instrumentos de cuerda con arco. En un órgano de tubos, la nota se acumula con bastante rapidez después de pulsar una tecla, ya que los modos de onda estacionaria se establecen en el tubo, y la nota se mantiene en virtud del hecho de que el aire se sopla continuamente en el tubo. Cuando el suministro de aire se detiene, al soltar la tecla la nota termina más o menos rápidamente.

Fig.2

El mismo contorno de fondo se aplica a los instrumentos de viento madera y a los instrumentos de cuerda pulsados con un arco. Sin embargo, con este tipo de instrumentos se puede obtener una expresión mucho mayor mediante la modulación de la duración de la caída y la nota finaliza con una liberación más rápida. El ejemplo más común de este tipo de contorno es nuestro viejo amigo, el piano (figura 3). Cuando suena una nota y la tecla permanece pulsada, el amortiguador se mantiene alejado de la cuerda y la nota decae durante unos segundos. Sin embargo, si se suelta la tecla después de tocar una nota, el amortiguador de fieltro entra en contacto con la cuerda y la nota termina al cabo de unos 500 ms.

Fig.3

  1. Contorno ataque-decaimiento-sostenimiento-liberación

La mayoría de los ejemplos dados hasta ahora se refieren al control de envolvente del VCA, ya que el contorno de amplitud de un sonido es algo más fácil de visualizar que su comportamiento dinámico de color de tono. Sin embargo, el contorno de envolvente más complejo, mostrado en la figura 4, es una buena ilustración del control de envolvente del VCA.

Fig.4

Muchos instrumentos de viento, como la trompeta, se caracterizan por una rápida acumulación de armónicos durante el periodo de ataque de la nota, lo que da al instrumento un sonido muy estridente. Sin embargo, una vez que la nota se establece, los armónicos desaparecen un poco y el tono es mucho más suave durante el periodo de estado estacionario. Este tipo de característica puede obtenerse utilizando el VCF en el modo de paso bajo y controlándolo con un contorno de envolvente similar al que se muestra en la figura 4. A medida que la tensión de control aumenta durante el periodo de paso bajo, el VCF se convierte en un control de envolvente. A medida que la tensión de control aumenta durante el periodo de ataque, la frecuencia de rotación del VCF aumenta, pasando más armónicos. Durante el periodo de decaimiento, la frecuencia de rotación del VCF disminuye hasta que se alcanza el valor de estado estacionario y, por último, durante el periodo de relajación, la frecuencia de rotación del VCF disminuye muy rápidamente.

Requisitos de la forma de la envolvente.

De la figura 5 se desprende que los contornos de envolvente mostrados en las figuras 1 a 3 no son más que casos especiales del contorno más general de ataque-decadencia-sostenimiento-liberación ilustrado en la figura 4. Cualquiera de los cuatro contornos puede ser generado por un generador de envolvente que tenga las cuatro funciones siguientes:

  • tiempo de ataque variable (A)
  • tiempo de decaimiento variable (D)
  • nivel de sustain variable (S)
  • tiempo de liberación variable ( R)

Estos cuatro parámetros pueden preajustarse manualmente utilizando los controles ADSR del generador de envolvente. El formador de envolvente está controlado por la salida de impulsos de puerta del teclado. Cuando se pulsa una tecla, la salida de la puerta se eleva e inicia la secuencia de ataque y caída. La salida del modelador de envolvente permanece en el nivel de sustain hasta que se suelta la tecla, momento en el que comienza el periodo de liberación.

Fig.5

Diagrama de bloques.

Las características de ataque, decaimiento y liberación exponenciales requeridas se obtienen fácilmente cargando y descargando un condensador mediante resistencias, y el nivel de mantenimiento sujetando la tensión del condensador a un nivel de corriente continua preestablecido durante el periodo de mantenimiento. En la figura 6 se ilustra el principio básico del formador de envolvente. El pulso de puerta se alimenta a un seguidor de tensión A1, y cuando el pulso de puerta es alto, C se carga exponencialmente a través de P2 y D2 (y T3). Al final del periodo de ataque, el interruptor T3 se abre y T6 se cierra. El condensador C se descarga ahora a través de D4 y P3 (decaimiento), hasta que se alcanza el nivel de mantenimiento. Este nivel se mantiene hasta que finaliza el pulso de puerta, ya sea cuando se suelta la tecla o cuando ha transcurrido un tiempo preestablecido.

Fig.6

Cuando el pulso de puerta termina, la salida de A1 pasa a cero voltios, y C se descarga a través de D1 y P1 (Liberación). El condensador no puede descargarse completamente, ya que D1 deja de conducir una vez que el voltaje en C ha caído a aproximadamente 0,5V pero esto no es importe ya que simplemente constituye un desplazamiento de C.C. que puede ser compensado. Los tiempos de ataque, decaimiento y liberación pueden ser ajustados a través de P2, P3 y P1.

Circuito completo

El circuito completo, que se muestra en la figura 7, es, por supuesto, más complicado. El formador de envolvente tiene dos modos de funcionamiento, ADSR y AD, que se seleccionan por medio de S1. Con S1 en la posición «b» (ADSR), el circuito funciona de la siguiente forma: Cuando se pulsa una tecla, la salida de impulsos de la puerta pasa a +5V. IC1 tiene una ganancia ligeramente superior a la unidad, por lo que en su salida aparecen unos +6 V. El flanco de subida del impulso de la puerta también activa el monoestable Tl/T2, que produce un impulso corto para activar el flip-flop T4/T5 (T5 activado y T4 desactivado). La tensión de colector de T4 aumenta, encendiendo T3 y permitiendo que C2 se cargue desde la salida de IC1 a través de T3, P2, R17 y D2. Este es el periodo de ataque.

Fig.7

El voltaje en C2 se alimenta al buffer de seguimiento de voltaje IC4, que está conectado a las salidas EOS y ENV y también a la entrada no inversora de IC3. Este IC funciona como un comparador, con su entrada inversora mantenida a unos 4,7 V por R24 y R25. Cuando el voltaje en C2, y por lo tanto en la salida de IC4, excede este valor, la salida de IC3 oscila positiva, reseteando el flip-flop T4/T5, apagando T3 y terminando el periodo de ataque, T6 se enciende, iniciando el periodo de decaimiento cuando C2 se descarga a través de D4, R21, P3 y T6 en la salida de IC2 hasta que se alcanza el nivel de sostenimiento, fijado en la salida del seguidor de voltaje IC2 por P4.

La salida del formador de envolvente permanece entonces en el nivel de sustain hasta que se suelta la tecla, cuando la salida de IC1 pasa a cero voltios y C2 se descarga a través de D1, R13 y P1 (periodo de liberación). El diodo D7 protege a C2 en caso de que la salida de IC1 pase a negativo por cualquier motivo, cuando la tensión a través de C2 se bloquea a un máximo de -0,7 V.

Un indicador LED construido alrededor de IC5 permite la monitorización visual del contorno de la envolvente. El modelador de envolvente ofrece dos salidas: una salida externa a una toma del panel frontal (EOS) y una salida interna cableada (ENV).

El contorno completo de la envolvente ADSR se produce, por supuesto, sólo si la tecla se pulsa durante un periodo superior al tiempo de ataque más decaimiento, y si el nivel de sustain es superior al 0%. Si se suelta la tecla antes de alcanzar el nivel de sustain, el periodo de liberación se inicia prematuramente y se pueden producir curvas AR o ADSR. Si el nivel de sustain es del 0%, sólo se producirán curvas AD o ADR, dependiendo del momento en que se suelte la tecla. Si el nivel de sustain es del 100%, sólo se producirán curvas AR o ASR, dependiendo del momento en que se suelte la tecla, ya que el periodo de decaimiento está inhibido.

Modo AD disparado

A veces es útil poder producir contornos de envolvente AD que no se vean afectados al soltar la tecla, es decir, una vez que se pulsa la tecla, se inicia una secuencia fija de ataque-decaimiento, que se completa tanto si se suelta la tecla como si no. Este contorno AD disparado se obtiene poniendo S1 en la posición ‘a’ y seleccionando 0% de nivel de sustain. La entrada de IC1 está ahora conectada a la unión de R1 y R2, por lo que su salida está permanentemente a unos +6 V, independientemente de la entrada de la puerta. Cuando se pulsa una tecla, la señal de puerta dispara el monoestable, activando el flip-flop y encendiendo T3. Al final del periodo de ataque, el comparador IC3 reinicia el flip-flop, encendiendo T6 e iniciando el periodo de decaimiento. C2 se descargará ahora a través de D4, R21, P3 y T6 hasta el nivel 0% (el sustain se fija en 0%). Incluso si se suelta la tecla antes de que se complete esta secuencia, el periodo de liberación se inhibe ya que la salida de IC1 está permanentemente a +6 V, por lo que C2 no puede descargarse a través de D1, R13 y P1.

 

Construcción

No hay requisitos especiales en cuanto a las tolerancias de las resistencias en el circuito formador de la envolvente, y los componentes ordinarios de buena calidad de película de carbono al 5% son bastante adecuados; C2 debe ser un condensador electrolítico de tantalio de baja fuga, y C1 el tipo habitual de poliéster o policarbonato. Los semiconductores deben ser todos de un fabricante reconocido y es una buena idea para probar las fugas de T3 y T6, utilizando el método detallado en el capítulo 5. En la figura 8 se muestra una placa de circuito impreso y la disposición de los componentes para el formador de envolvente, y en la figura 9 se muestra la disposición del panel frontal. Los únicos componentes montados en el panel frontal son los cuatro potenciómetros para el tiempo de ataque, el tiempo de caída, el tiempo de liberación y el nivel de sustain, el interruptor S1, la toma de salida externa y el LED indicador de la envolvente.

 Fig.8  Fig.9

Pruebas y ajustes

Para probar el formador de envolvente, debe disponerse de un impulso de puerta procedente de la salida «GATE» de la placa receptora de interfaz. La salida lOS del formador de envolvente se monitoriza en un osciloscopio con la sensibilidad Y ajustada a aproximadamente 1 V/div y la base de tiempo ajustada a aproximadamente 10 ms/div. Para la primera prueba, el nivel de sustain se ajusta a cero. S1 se ajusta a la posición ‘AD’ y los potenciómetros de ataque y decaimiento se ajustan a ‘fast’. Si se pulsa una tecla en intervalos cortos, se verá una curva de envolvente AD corta, que sube y baja entre 0,5 V y 5 V aproximadamente. La salida de IC3 también se puede controlar que oscile brevemente entre -15 V y +15 V cuando se alcanza el pico de la curva de ataque. El único ajuste necesario en el modelador de envolvente es ajustar el nivel de mantenimiento del 100%, utilizando PS, para que se corresponda con la tensión en C2 al final del periodo de ataque. Si es demasiado bajo, siempre habrá un decaimiento, incluso a un nivel de 100% de sustain; si es demasiado alto, la calibración de P4 será inexacta, ya que se alcanzará el 100% de sustain antes de la rotación máxima del potenciómetro.

Para realizar el ajuste, el nivel de sustain se establece en 100% y se seleccionan tiempos de ataque y decaimiento medios. El preajuste PS se ajusta hasta que no haya caída después del periodo de ataque (es decir, el periodo de ataque se mezcla con el nivel de sustain sin caída). El ajuste puede comprobarse girando P4 ligeramente hacia la izquierda, cuando se observe una ligera caída tras el pico del periodo de ataque. A medida que P4 se gira más hacia la izquierda, la caída hasta el nivel de sustain será cada vez mayor, hasta que finalmente, a un nivel de sustain del 0%, se producirán curvas AD puras.

 

 

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