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Sintetizadores y síntesis de audio

por David Acosta. Docente Udla

El diseño sonoro y la síntesis de audio han existido desde hace mucho tiempo dentro del mundo de la música, el cine y los videojuegos. Por lo tanto, forman una parte clave en lo que es el audio actualmente, manejando y generando distintos estilos y tendencias junto a los grandes productores, compositores y músicos que los han sabido involucrar en sus creaciones. El sonido de la música que consideramos actualmente pop tiene una gran influencia de la síntesis de audio, con beats electrónicos llenos de samples o muestras de audio, de máquinas de ritmo como el TR-808 de Roland, una máquina que dio nacimiento a géneros como el Rap o el House, y que consiste en si de varios sintetizadores que, según su diseño y función, intentan simular el sonido de un bombo, una caja o los platos de un set de batería. Incontables canciones de Reggaetón, Trap o EDM cuentan con bajos sintetizados, líneas melódicas y armónicas que suenan a un universo de sonidos creados por sintetizadores analógicos, simulaciones digitales o software que presentan nuevas formas de síntesis de audio y que llegan a crear sonidos únicos y desafiantes.

En el libro Patch & Tweak de Kim Bjorn y Chris Meyer publicado por Bjooks, Suzanne Ciani, compositora nominada a los premios Grammy y precursora del uso de los sintetizadores en distintos ámbitos artísticos dice: “parte de un instrumento es lo que puede hacer y otra parte es lo que tu puedes hacer con él. La otra parte de la música, por supuesto, es la emoción y el compromiso personal que un músico le da a su instrumento y que es algo que yo siento y tengo con los sintetizadores, así que toco el sintetizador de la misma manera que alguien mas tocaría el cello o violín” (Bjorn y Meyer, 2018). Por eso he querido aprovechar este artículo para presentar la estructura básica de un sintetizador monofónico que, aunque complejo para muchos de crear de manera física, virtualmente es mucho mas fácil, y que con las herramientas que existen hoy en día dentro del software, podemos aprender de una manera muy práctica lo que es la síntesis de audio y cómo manejar un sintetizador para llegar al sonido que exactamente estábamos buscando; y que por el simple hecho de decir “este sonido lo he creado yo”, se siente personal y se convierte en una extensión de nuestra expresión artística y de las posibilidades a donde podemos llevarla. Los sintetizadores son instrumentos musicales que se encargan de convertir energía eléctrica en sonidos audibles y también en señales de voltaje que nos permiten manipular los distintos parámetros de cada una de las secciones que componen el sintetizador. Los sintetizadores se presentan TECNOLOGÍA en varios tamaños y formas, desde una App en tu celular hasta una pared de cables y controles que crean lo que se conoce como un sintetizador modular, y que es de donde parten los conceptos y diseños que se aplican una y otra vez.

A continuación, voy a enseñarles a crear su primer sintetizador (en esta ocasión modular) desde cero, usando el software gratuito y OpenSource VCV Rack. Por ahora, este software se encuentra en su versión 1.1.6, pero

su creador, Andrew Belt, recientemente ha informado que está trabajando en la versión 2 del software que, con un precio muy competitivo ($99) permitirá usar Rack como plugin (VST/Audio Unit/AAX) dentro de tu DAW (Digital Audio Workstation) favorito, como lo harías con cualquier otro instrumento virtual. Andrew ha dicho también que mantendrá una versión TEC Lite del software que continuará siendo gratuita, pero con la ausencia de esta función. Primero, necesitamos descargar e instalar el software en nuestra computadora. Debemos ingresar a vcvrack.com, registrarnos, después encontrar el enlace de la descarga para nuestro sistema, descargarlo, y finalmente instalarlo en nuestra computadora. Al momento de abrir Rack, vamos a encontrar un grupo de módulos, que sumados muestran la estructura básica de un sintetizador. Los creadores de Rack han sido inteligentes en dejar estos módulos listos dentro de los ajustes del llamado default, para ayudarte a obtener sonido desde que abres este software. Sin embargo, yo borraré todos los módulos y explicaré paso a paso cómo agregarlos de nuevo, así como explicaré las funciones de los módulos que necesitaríamos para cumplir con esta estructura básica que forma un sintetizador. Para TECNOLOGÍAEl software de VCV Rack es compatible para los sistemas operativos de Windows, Linux y Mac.

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borrarlos simplemente necesitamos hacer click sobre ellos y luego presionar la tecla “Borrar” del teclado de nuestro computador. Posteriormente podremos agregar todos los módulos de nuevo haciendo click derecho sobre el espacio en blanco de nuestro Rack virtual y buscándolos en la lista de módulos virtuales.

El primer módulo es el MIDI-CV.

Primero, debemos rápidamente entender lo que es MIDI (Musical Instrument Digital Interface). Es un protocolo digital creado para el control de sintetizadores, máquinas de ritmo, efectos y otros equipos de audio que nos permite conectarlos entre sí, sincronizarlos, y posiblemente enviar señales desde nuestra computadora a través de un cable USB. Este módulo recibe esa señal y la convierte en CV (Control Voltage) virtual. Dentro de las señales más comunes vamos a encontrar el Pitch, para definir qué notas estamos tocando, el Gate para definir la duración de esas notas, el Velocity para definir el volumen de la nota, el reloj para sincronizar los distintos módulos que se pueden dentro de Rack y muchos más. En la sección de palabras en amarillo podemos decidir desde donde viene esa señal. Esta puede venir de un controlador MIDI externo, de otra

aplicación o simplemente del teclado alfanumérico con el que digitamos letras, nùmeros y signos.

Algo interesante de un sistema modular como este, es que no tenemos que limitarnos a un solo módulo de éstos, ya que podemos tener varios, con distintas fuentes de MIDI y de distintos dispositivos para controlar varios módulos como secuenciadores, osciladores, filtros y envolventes. Adicionalmente, se puede obtener polifonía usando este módulo, aunque necesitamos que los siguientes módulos que usemos en nuestro patch tengan esta misma capacidad. entro de Rack y muchas más.

Este módulo es la fuente del sonido donde podemos escoger varios tipos de ondas y obtener distintos timbres con qué jugar. Senoidal, triangular, cuadrada y rampa son las más comunes, pero con la ayuda de otros módulos se pueden presentar otras ondas que tendrán una característica armónica más compleja y que servirán para distintos propósitos y estilos musicales. Este módulo necesita recibir la señal de Pitch desde el módulo MIDI-CV. Lo realizamos haciendo click para crear un cable virtual y conectándolo en el input V/OCT. Adicionalmente se podría asignar otra señal de control para generar modulaciones y movimientos

El segundo módulo que vamos a necesitar es el VCO (Voltage Controlled Oscillator).

en nuestro sonido, como por ejemplo, con el Velocity u otra señal como el Mod Wheel de un controlador MIDI hacia alguno de los otros parámetros que podemos encontrar en este módulo, y de hecho en los otros módulos también.

A continuación, el tercer módulo, el VCF (Voltage Controlled Filter).

Este se encarga de filtrar, es decir, quitar una cantidad definida de frecuencias, en cualquier sector de nuestro espectro de frecuencias, pero que en sus distintos modos nos dará sensaciones variadas. Así como existen muchos módulos de osciladores dentro de VCV Rack, también los hay de los filtros. Por ahora usaremos el módulo llamado VCF que nos ofrece 2 salidas: una LPF (Low Pass Filter) un filtro que quita los agudos y deja pasar los graves, y una HPF (High Pass Filter), que quita los graves, pero deja pasar los agudos. El filtro es un elemento clave en distintos tipos de síntesis de audio como la substractiva, popularizada por grandes nombres como Moog, Prophet o Roland, pero que dentro de un software como VCV Rack puede ser combinado con otros tipos de síntesis de audio para crear el timbre perfecto que estamos buscando. La frecuencia de corte del filtro (Cutoff) define el punto donde se comienza a quitar estas frecuencias y que para muchos es el parámetro más popular de un sintetizador por su musicalidad y facilidad de reconocer. Debemos conectar una de las cuatro salidas disponibles del VCO (una por cada tipo de onda) al input del filtro.

El cuarto módulo es el envolvente, aquí llamado ‘ADSR” por sus 4 fases, Attack, Decay, Sustain y Release.

Este no forma parte de nuestra cadena de módulos que procesan o generan audio. En cambio, el envolvente es el módulo más común dentro de los generadores de CV, y su trabajo es modular o afectar uno o varios parámetros de otros módulos para así crear movimiento. El Attack se encarga de controlar el tiempo que se demora el sonido en llegar al punto máximo de amplitud y el Decay el tiempo que se demora en terminar. Estas dos primeras fases son las mismas que encontraríamos en cualquier sonido en la naturaleza, como el hablar de una persona, el sonido de una roca al caer o el aplaudir. El Sustain se implementó para permitir a estos sonidos sostenerse indefinidamente y, a diferencia de los dos anteriormente mencionados, que se miden en tiempo (milisegundos comúnmente), este se mide en amplitud, en decibelios (dB). La última fase, el Release, se implementó para que el sonido no termine abruptamente, sino para que tenga un nuevo decaimiento mucho más sutil y que permita simular sonidos de instrumentos acústicos, como por ejemplo, los de cuerdas que se tocan con un arco. Ciertamente pienso que crear este movimiento a través del uso de CV es la clave para elevar tus producciones al siguiente TECNOLOGÍA

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nivel. Por ejemplo, nos puede permitir que un loop, una idea musical de corta duración cambie constantemente y no se sienta monótona. Para continuar con nuestras conexiones falta mencionar que necesita recibir el Gate desde el MIDI-CV para dispararse cada vez que presionamos una nueva nota MIDI. En este caso el envolvente está controlando la modulación de la frecuencia de corte del filtro (Cutoff). Posteriormente lo usaremos para controlar el volumen de nuestra señal en el módulo MIXER.

VCV Rack ha implementado uno de los módulos más útiles que puede existir para analizar el audio o voltaje que estamos manipulando y entender mejor lo que está sucediendo al hacerlo. Este es un osciloscopio, un instrumento de medición muy común y que se puede encontrar en varios formatos de manera física, pero que aquí es un módulo más al que podemos acceder, y del cual podríamos tener varios dentro de nuestro patch para analizar distintas señales, tanto de audio como de voltaje. Es tal vez el módulo más didáctico que VCV Rack puede ofrecer y por eso recomiendo que lo usemos extensamente.

A continuación, usaremos el módulo SCOPE.

El sexto módulo pertenece a nuestra cadena de módulos de audio, el VCA (Voltage Controlled Amplifier).

Es el módulo que se encarga de amplificar nuestra señal, que hasta este punto se generó en el oscilador y pasó ya por el filtro. En el patch default de VCV Rack esta función está implementada en el módulo llamado MIXER, que principalmente se encarga de ser el punto donde se suman distintas señales, que pueden ser de audio o voltaje, pero que aquí particularmente presenta la posibilidad de que cada uno de sus 4 canales, sean controlados o modulados por voltaje. Por eso es que podemos encontrar 2 inputs, el de audio etiquetado “In”, y el que permite este control de voltaje etiquetado “CV”. Uno de los “trucos” más antiguos de la síntesis es la combinación de distintas fuentes de audio o voltaje para crear ondas resultantes más complejas y que al experimentar con ellas, dieron lugar a tipos de síntesis más avanzados como la aditiva o la FM (frecuencia modulada). En este caso el envolvente está controlando al mismo tiempo la amplitud de la señal del audio en el VCA del módulo MIXER y la apertura o modulación de la frecuencia de corte del filtro. Para enviar una señal a varios puntos en nuestro patch, debemos mantener la tecla Command en Mac o Cntrl en Windows; al crear nuevos cables virtuales.

TECNOLOGÍAEl último elemento será el módulo AUDIO-8, que se encarga de permitirnos enviar el sonido del sintetizador que hemos creado hacia los parlantes de nuestro computador, audífonos o interfaz de audio. De hecho, si nos fijamos bien, podemos ver que se llamó AUDIO-8 porque cuenta con 8 canales de entrada y 8 canales de salida. Así que podríamos tener 8 señales monofónicas o 4 estereofónicas simultáneamente. Necesitamos conectar el Out del módulo MIXER a los Ios de la sección TO DEVICE de AUDIO-8. Aquí vale recordar que podemos agregar varios dispositivos iguales, y que podríamos agrandar esta cantidad de entradas o salidas, o que podríamos aprovechar y usar múltiples interfaces, si es que fuera posible para nosotros hacerlo.

Para finalizar, vale mencionar que lo que hemos podido ver hoy es simplemente el inicio, que la cantidad de módulos dentro de VCV Rack puede crecer mucho y que podemos crear una composición más compleja, con distintos elementos con el uso de otros módulos como los LFOs (Low Frequency Oscillators), secuenciadores o efectos. Sin embargo, más importante es entender que estos principios de síntesis se pueden aplicar fuera de este software para manejar otros sintetizadores virtuales o analógicos, ya que todos nacen del mismo lugar y que, como un músico practica varias horas al día para mejorar en su instrumento, nosotros podemos ver a la síntesis de audio como un instrumento musical muy amplio, donde debemos ejercitarlo día a día para crear patches más avanzados. Sobretodo, experimentar con él, ya que ese es el camino para ser innovadores y ofrecer sonidos desafiantes y vanguardistas en nuestras producciones y composiciones. Es posible en VCV Rack usar distintos módulos, de varios fabricantes y de funciones combinadas, que pueden elevar la estructura que hemos analizado hoy. Quiero dejarles en la siguiente imagen un patch que respeta la misma estructura, pero tiene como resultado un sonido muy diferente. Está creado con el mismo módulo MIDI-CV, un nuevo oscilador, el ONA de Nano Modules, un nuevo filtro, el LATERALUS de VULT, un nuevo módulo de envolvente, el Cèis de Instruo, el osciloscopio SCOPE, un nuevo VCA, el ALT de Nano Modules, y por último el módulo AUDIO-8.

Referencias:

Bjorn, K., Meyer, C. (2018) Patch & Tweak. Dinamarca: Bjooks. https://vcvrack.com/manual/FAQ https://www.synthtopia.com/content/2018/01/22/open-source-synthesisbehind-the-scenes-with-vcv-rack-creator-andrew-belt/