El proceso de síntesis, es decir crear sonidos a partir de cero, es tan importante en la tecnología musical que sería una locura cubrirlo en un solo artículo. Desmenuzaremos este tema en varias entregas sucesivas, y en este primer artículo nos centraremos en un método conocido como “síntesis sustractiva”. Es el tipo de síntesis usado en los sintes analógicos y aún hoy se suele encontrar en los sintes soft y hard a pesar de la emergencia de nuevos y más flexibles modelos de síntesis. La síntesis sustractiva crea una forma de onda armónicamente compleja para después quitarle (sustraerle) algunas partes mediante filtros y así crear el timbre deseado en el sonido final –lee el cuadro ¿Qué son el timbre y los armónicos?.

El método de la síntesis sustractiva se desarrolló por pura necesidad. Cuando se inventaron los sintetizadores, los métodos sustractivos eran la única solución viable con la tecnología existente. El posterior desarrollo de la tecnología de los microprocesadores ha proporcionado mejores métodos de síntesis, pero el peculiar sonido de la síntesis sustractiva se ha convertido en algo tan reconocible y clásico que aún sigue siendo popular. El sonido de la síntesis sustractiva es, en gran medida, el sonido de los sintes analógicos, y por eso los softsintes de estilo analógico se basan en el método sustractivo.

Para explicar este concepto, analizaremos las secciones más importantes en el proceso de la síntesis sustractiva –el oscilador, el filtro, y el amplificador– y explicaremos cómo trabajan juntas para crear sonidos a partir de cero.

El oscilador

Lo primero que necesitarás es que un circuito oscilador –conocido también como “oscilador controlado mediante voltaje” (VCO)– genere una forma básica de onda. Más tarde, ese sonido será modificado sustrayéndole partes, pero siempre jugará un papel muy importante en determinar cómo sonará el sonido sintetizado. La forma de onda más básica es la sinusoidal, y consiste sólo en la frecuencia fundamental. Aunque puedes usar una onda sinusoidal para crear sonidos musicales, los sintes sustractivos tienden a usar otras formas de onda –más complejas desde el punto de vista armónico– como base para crear sonidos.

Las formas de onda armónicamente complejas más comunes usadas en la síntesis sustractiva son las ondas en diente de sierra, cuadradas, y triangulares. Las ondas cuadradas contienen armónicos impares (es decir, f, 3f, 5f, 7f y así), y sus amplitudes van decreciendo a medida que la frecuencia se incrementa. Las ondas triangulares también contienen armónicos impares, pero su amplitud disminuye de forma exponencial. Ningún músico necesita realmente saber qué tipo de armónicos se incluyen en cada forma de onda y cuáles son sus amplitudes relativas, pero unas nociones básicas te ayudarán a explicar la diferencia de sonido entre cada una de esas formas de onda, incluso antes de que decidas aplicarles filtros.

La frecuencia fundamental del oscilador viene determinada por la tecla del teclado que se pulsa. Si presionas un DO central, por ejemplo, el oscilador genera una forma de onda con una frecuencia fundamental de aproximadamente 261,626Hz para ajustarse al tono de instrumentos acústicos y otros sintes. Fíjate en que los sintes polifónicos necesitan múltiples osciladores para generar múltiples notas a la vez.

El filtro en la síntesis sustractiva

Al filtrar el sonido ajustas su timbre para crear algo más interesante. Los sintes sustractivos usan filtros paso-bajo que sólo dejan pasar las frecuencias más bajas –es posible usar también filtros paso-alto.

El ajuste del corte del filtro determina la frecuencia que usará el filtro para dejar pasar sonido. En un filtro paso-bajo, un punto elevado de corte dejará pasar mucho sonido. Pasará cualquier sonido por debajo del punto de corte, y las frecuencias por encima del punto de corte reducirán su amplitud.

Cuando la salida del filtro es redirigida hacia la entrada, las frecuencias situadas en el punto de corte se amplifican, y habrá mucha cantidad de realimentación que hará que el circuito del filtro resuene. El nivel de realimentación del filtro se ajusta mediante el control de “resonancia” del sinte y crea un sonido específico que enfatiza las frecuencias situadas en el punto de corte. Algunos sintes permiten que el usuario controle la pendiente del filtro, y las opciones típicas incluyen 12dB por octava, 24db por octava o, a veces, 18dB por octava. Los filtros más pronunciados (con pendientes más elevadas) poseen un corte más duro y precipitado.

El amplificador

El oscilador que produce formas de onda en base a la nota pulsada y el filtro ajustable que modela el sonido otorgan control sobre el tono y el timbre. Pero si no fuera posible modular la amplitud del sonido, cada nota pulsada mantendría un volumen constante desde que la pulsas hasta que la sueltas.

La solución a este problema es pasar la forma de onda filtrada a través de un amplificador que ajuste el nivel de ganancia (amplificación) sobre cierto período de tiempo. Para crear un sonido realista que refleje los rasgos de los instrumentos acústicos, se genera una envolvente ADSR que determina la amplitud del sonido desde el momento en que pulsas la tecla hasta que la sueltas –y más allá. Los cuatro parámetros típicamente controlados por el generador de envolventes son: ataque, decaimiento, sostenido y relajación.

El ajuste del ataque determina el tiempo que pasa desde que se pulsa la tecla hasta que el sonido alcanza su máxima amplitud. Cuanto más corto sea el tiempo de ataque, más duro será el golpe inicial del sonido.

El decaimiento es el tiempo que transcurre desde que el sonido alcanza su amplitud máxima hasta que cae a un nivel más bajo conocido cono nivel de sostenido que, lógicamente, viene determinado por el ajuste de sostenido. La amplitud del sonido permanece en el nivel de sostenido hasta que sueltas la tecla. Cuando lo haces, el sonido continúa escuchándose durante un corto período de tiempo –como cuando tocas un piano. El parámetro de relajación, controla el tiempo que dura el sonido desde que sueltas la tecla hasta que desaparece por completo.

No todos los sintes sustractivos permiten ajustar todos los parámetros de la curva ADSR. Por ejemplo, la unidad Roland TB-303 sólo permite al usuario ajustar el tiempo de decaimiento.

Modulación LFO

Otro método para controlar el timbre es un oscilador de baja frecuencia que modela el sonido. Un oscilador independiente crea una forma de onda con una frecuencia ajustable inferior a 20Hz.

Esta forma de onda de baja frecuencia se usa para ajustar una de las opciones variables del sinte. Por ejemplo, una onda cuadrada de 10Hz encaminada a modular el volumen de la salida crearía un efecto de trémolo. Los nuevos sintes sustractivos permiten que el LFO se sincronice al tempo del tema, creando un efecto que se ajusta al ritmo de las demás partes de la canción. Un buen ejemplo es el tembloroso sonido de las líneas de bajo que han dominado las producciones dubstep en el último par de años, que se logra sincronizando un LFO al tempo del tema y modulando la frecuencia del corte del filtro. Ya sea tempo sincronizado o fijo, puedes ajustar el rango del efecto de modulación al tocar –normalmente con la rueda de modulación.

Sonidos más complejos

Aunque solamente es posible ajustar un pequeño número de controles en un sencillo sinte sustractivo de un solo oscilador, los sonidos que puedes generar con él son muy variados. La frecuencia del corte del filtro y la resonancia son los controles que más suelen admitir ajustes en directo. Repetir un riff sencillo mientras ajustas su resonancia y la frecuencia de corte del filtro es una técnica típica en estilos como acid house.

Cada una de esas opciones ajustables es un bloque de construcción de la síntesis sustractiva. Si te fijas incluso en la síntesis sustractiva VST más compleja, verás que su sonido se basa en ideas simples: crear una forma de onda mediante un oscilador, filtrarla, y generar y modular una envolvente ADSR. Incluso aunque añadas muchos osciladores, controles el corte del filtro según la velocidad, o modules mediante un LFO sincronizado, los principios de generación del sonido son siempre los mismos.

¿Qué son el timbre y los armónicos?
Es difícil comprender cómo difieren los sonidos entre sí en términos teóricos. Todos sabemos que el DO central suena diferente en un piano y en una guitarra, pero ¿cómo se explica esa diferencia?

Esta cualidad del sonido se llama timbre. Además de las características ADSR del sonido, el timbre depende en buena parte de la presencia de armónicos en el sonido. El tono musical de una nota viene determinado por su frecuencia fundamental (la frecuencia más baja de la forma de onda). Pero los sonidos creados por los instrumentos acústicos tienen otras frecuencias aparte de la fundamental, y la presencia de esas frecuencias más altas caracteriza el timbre de los diferentes instrumentos.

En general, las frecuencias mayores (conocidas como armónicos) de las formas de onda de las notas musicales son múltiplos exactos de la frecuencia fundamental. Por ejemplo, el LA situado por encima del DO central tiene una frecuencia fundamental (también conocida como f o primer armónico) de 440Hz.

El segundo armónico de 440Hz es 2f, 880Hz, el tercer armónico es 3f, 1320Hz, etc. A modo de ejemplo muy simple, un sonido que contenga 440Hz y 880Hz tiene el mismo tono musical que un sonido con 440Hz y 1320Hz, pero ambos poseen timbres diferentes. Si los sintes sólo generaran ondas sinusoidales, los sonidos creados por ellos serían armónicamente mucho menos complejos e interesantes que los sonidos generados con formas de onda ricas en armónicos como las de diente de sierra y cuadradas. Por eso, la síntesis sustractiva usa diferentes formas de onda para generar timbres específicos.