• Renato Moog

Principais métodos de Síntese Sonora

Atualizado: Mai 24


O Sintetizador é um instrumento musical eletrônico projetado para produzir ou emular sons, os quais podem ser gerados por diversos métodos, sejam analógicos ou digitais, físicos ou virtuais.

No campo da síntese sonora, portanto, os métodos mais usuais são os que listo a seguir, os quais, diga-se, não raras as vezes são combinados, possibilitando múltiplas possibilidades conceituais:

SÍNTESE SUBTRATIVA

Processo mediante o qual sons são criados por amplificação (VCA - Voltage Controlled Amplifier) de frequências geradas por envoltória (EG - Envelope Generator - ADSR), após subtração por filtros (VCF - Voltage Controlled Filter) de conteúdo harmônico criado por oscilador de frequências (VCO - Voltage Controlled Oscillator), seja ou não modificado por oscilador de baixa frequência (LFO - Low Frequency Oscillator).

Chama-se síntese subrativa este método de geração sonora porque após a criação da onda de som, subrai-se dele frequências indesejadas.

O oscilador gera as frequências fundamental e os harmônicos inerentes, a partir das formas de ondas escolhidas, vale dizer, dente de serra, quadrada, trinagular, etc... Harmônicos são frequências que seguem a fundamental, e cada forma de onda tem suas peculiaridades, com exceção da onda senoidal, que não produz componentes harmônicos. Assim, ao pressionarmos a nota lá do piano, por exemplo, cuja frequência fundamental é 440Hz, se pudessemos visualizar em um analisador de espectro, veríamos que outras frequências (harmônicos) soam juntamente com a fundamental (880Hz, 1760Hz, etc...), em volumes menores. Então percebe-se a razão da existências dos filtros, porque após geralmente atravessar um mixer, as frequências (fundamental e harmônicos) são encaminhadas para este componete essencial na síntese subtrativa, porque ele, filtro, é que irá barrar ou deixar passar frequências selecionadas (cutoff), ou mesmo realçar outras (ressonância), dentre outras possibilidades. Diz-se que a personalidade de um sintetizador é caracterizada pelo filtro.

Os filtros "Lowpass" de quatro polos - "ladder filter" - presentes no minimoog clássico (modelo D), são os mais emblemáticos de toda a história dos sitntetizadores, paradigamas para outros fabricantes etambém fontes de estudos acadêmicos. Famosa é a história envolvendo a ARP Instruments e a Moog Inc. Diz-se que esta acusou aquela de copiar o seu "ladder filter" de quatro polos. ARP e Moog chegaram a acordo, e aquela primeira se comprometeu a parar de fabricar o filtro, pagando uma quantia à esta última em função das unidades já produzidas, que equipavam o seu modelo Odyssey mark II. Após, a A ARP desenvolveuseu próprio filtro "Lowpass" de quatro polos. Aspecto muito importante para um filtro é o "Cutoff Slope", isto é, a inclinação de corte, fator que determina a quantidade de atenuação além da frequência de corte, que é especificada em decibéis por oitava (comumente escrito como "dB/oitava"). No aspecto construtivo, cada um dos pólos de um filtro adiciona 6 dB para a inclinação de corte. Desta forma, um filtro de um pólo só apresenta um declive de corte de 6 dB/oitava; um filtro de 2 pólos tem inclinação de12 dB/oitava de corte, e assim por diante.

O filtro do Moog clássico é modelo de 4 pólos, de 24 dB/oitava Lowpass. Existem filtros de 36 dB/oitava, mas são relativamente raros. Um slope de 6 dB é suave e encontrado principalmente nas mesas de mixagem. Já o filtro de segunda ordem (12 dB/Oct) é mais encontrado nos sintetizadores vintages. Os filtros de quarta ordem produzem fortes mudanças no timbre. Após, o sinal de áudio é recebido pelo amplificador, que age com gerador de envoltória (ADSR - ataque, decaimento, sustentação e release), para finalmente resultar no timbre pretendido.

Nestas etapas todas pode também incidir, como regra, frequências inaudíveis (geralmente abaixo de 20Hz), para modulação - isto é, alteração - das frequências (LFO), produzindo efeitos interessantes no campo da expressividade, como trêmulos, vibratos, emulação de som de ondas de oceanos, sirenes, etc...

O grande ícone deste sistema, sem dúvida, é o famoso e magnífico Minimoog modelo D, lançado em 1970, e que até hoje atrai adeptos.

SÍNTESE ADITIVA

A síntese aditiva é um dos processos de criação sonora mais antigos, basta lembrar o órgão de tubos, em que a seleção de certos registros resulta num timbre que é o somatório do som de vários tubos emitidos simultaneamente.

O conceito é simples, e consiste na possibilidade de geração sonora a partir da superposição de frequências elementares, como regra senoidais, que não agregam harmônicos. Em certas condições esses sons se fundem e o resultado é percebido como um único som. Fourier disse: "Toda e qualquer forma de onda periódica é constituída por uma soma de ondas senoidais cujas frequências são múltiplos inteiros da fundamental".

Era um método não recomendável no aspecto econômico, porque cada componente do som precisa ser criado com especificação de frequência, fase e amplitude, necessitando cada um de osciladores dedicados para a tarefa. Ex.: para 20 parciais e 20 notas necessita de 400 osciladores sendo calculados 44.1 mil vezes por segundo. No entanto, com o advento da síntese realizada por computador, passou a ser possível programar uma grande quantidade de osciladores e envelopes criados por software para implementar instrumentos virtuais por este método.

O sintetizador Synclavier, dentre outros, adotou este método de síntese sonora. Em resumo, chama-se aditiva porque a idéia é a sobreposição de várias frequências em simultâneo de forma a criar, com a sua soma acústica, uma nova textura sonora.

FREQUÊNCIA MODULADA (FM)

É forma de síntese mediante a qual a ferquência de uma onda simples é modulada por outra, ou por outras freqüências, e que esteja na faixa audível (de modo geral entre 20 Hz e 20K Hz), resultando em uma forma de onda mais complexa e sonoridade peculiar.

Embora seja capaz de gerar timbres de extrema complexidade harmônica, o processo de síntese de sons por modulação de freqüência (FM) baseia-se num princípio relativamente simples. Ilustrando: um oscilador gera uuma onda senoidal com freqüência de 440 Hz, e outro oscilador gera outra onda senoidal com freqüência abaixo, digamos 220 Hz. Se esta frequência última for incorporada àquela primeira de tal forma que incuta variação cíclica, ter-se-á, então, modulação de freqüência (FM). O oscilador que altera o sinal do outro é chamado de modulador, e o oscilador cuja freqüência é modulada é chamado de portadora. A modulação de freqüência é muito usada nos sintetizadores convencionais para se produzir o efeito de vibrato ou trêmulo por meio de LFO, como já explicado, mas no sistema em questão, a onda moduladora atinge níveis audíveis, e à medida que é aumentada, não só passa a atingir as proximidades da freqüência portadora, como também começa a alterar esta última, tanto, que esta deixa de ser uma forma de onda senoidal. Assim, com intensidades elevadas, podem ser produzidas formas de ondas bem mais complexas, timbres bem mais brilhantes do que os sinais senoidais.

A freqüência de um oscilador é alterada ou distorcida de acordo com a amplitude de um sinal modulado. A técnica, que foi descoberta por John Chowning na Universidade de Stanford, no final da década de 1960, foi patenteada em 1975 e posteriormente licenciada pela Yamaha, que criou o sintetizador mais famoso a utilizar este método de síntese sonora, qual seja, o DX7, que fez muito sucesso a partir de meados de década de 1980. A Yamaha criou uma estrutura sofisticada de osciladores atuando interativamente como moduladores e portadores e conseguiu sintetizar timbres de características inusitadas, impossíveis de serem gerados pelos processos disponíveis na época (síntese subtrativa analógica).

Este instrumento liderou a cena musical durante muitos anos. Com um preço abaixo de US$2.000, foram vendidas mais de 160.000 unidades, em que pese a dificuldade de criação personalizada de timbres, pois este método é significativamente mais complexo no campo da criação do que o da adição subtrativa.

SAMPLING

Em linhas gerais, o sampler digital é um equipamento capaz de lidar com sons gravados da natureza ou mesmo de outros instrumentos (samples), possibilitando editá-los e armazená-los na memória para ser executado posteriormente.

Assim, o som digitalizado é armazenado na memória interna do sampler (equipamento), onde é devidamente processado e configurado em forma de onda (“waveform”), e, daí para adiante, utilizável na edição de timbres mediante, geralmente, síntese subtrativa, que dará o resultado final, por filtros e gerador de envoltória por amplificação. A principal diferença do sampler para um sintetizador comum está, principalmente no fato de que as formas de onda não estão fixas na memória, e podem ser carregadas pelo usuário. Isso faz do sampler um equipamento versátil porque os samples podem ser obtidos pelo próprio usuário mediante processo de gravação, ou por meio de carregamento de outros já existentes (a clavia, fabricante sueca do nord wave, dentre outros, disponibiliza biblioteca formidável de samples em seu site para download gratuito). Um dos aspectos mais importantes a se entender no processo de sampling é referente à faixa utilizável da amostra. Todo som natural (voz humana, piano, etc) possui uma característica chamada de “formante”, que delineia as amplitudes dos harmônicos presentes em seu espectro de freqüências, conforme um padrão próprio. Essa formante está diretamente associada ao dispositivo físico onde o som é gerado (estrutura da laringe, etc). Isso faz com que mesmo notas de alturas diferentes tenham um contorno bastante similar nas amplitudes do espectro. Mais adiante comento sobre o método da modelagem física, que, é uma forma de sampling mais complexa. Vale o registro que as primeiras tentativas de se dispor de sons acústicos num instrumento eletrônico surgiram há mais de 40 anos, com o Chamberlin, e posteriormente o Mellotron, mas não utilizavam processamente digital, mas sim fita magnética. Os sintetizadores que utilizam amostras digitais como formas-de-onda são também chamados de sample players, ou samplers (portanto, sampler não é a amostra de áudio. Sample, sim, é a amostra), e como as formas-de-onda não são mais sinais de tensão, como nos osciladores analógicos, mas sim dados armazenados numa tabela da memória, esses sintetizadores são também chamados de sintetizadores de wavetable.

Cito como exemplo de sampler o Nord Wave, que utiliza o método sampling, além do método de síntese subtrativa e por FM.

MODELAGEM FÍSICA

É um dos processos mais complexos e poderosos para sintetizar sons, e utiliza a computação para simular os timbres dos instrumentos musicais acústicos. Só se tornou viável com o aumento da capacidade dos processadores digitais. Difere do método de sampling porque este é estático, isto é, amostras ou samples são como “fotografias” sonoras estáticas de uma determinada situação do timbre. Ainda que o sampler utilize duas ou três amostras de situações diferentes do timbre (para intensidade fraca, média e forte, por exemplo), não consegue atingir um grau de altíssima precisão, e por isso não satisfaz a muitos ouvidos mais exigentes, quando se trata principalmente de instrumentos de sopro.

Analisando-se, por exemplo, as condições acústicas e físicas na geração do som no clarinete, pode-se obter um modelo matemático (por meio de equações complexas) que represente as propriedades da propagação da onda sonora no tubo, com as devidas influências e efeitos da palheta, dos furos e da boca do instrumento. A partir dessas equações são criados algoritmos, que podem reduzir a quantidade de processamento sem que haja perda significativa na precisão do resultado sonoro. Esse processo é conhecido como modelagem física (“physical modeling”), e graças à crescente evolução dos chips de processamento digital de sinal (DSP), tornou-se possível a sua implementação em equipamentos comerciais, a um preço realmente acessível. O sintetizador mais emblemático é o Yamaha VL1, que surgiu no início da década de 1990.

203 visualizações

RETORNAR AO BLOG

  • Preto Ícone Facebook
  • Preto Ícone Twitter
  • Preto Ícone YouTube
  • Preto Ícone Instagram
  • Preto Ícone Pinterest

©2014 Renato Moog™ | www.facebook.com/renatomoog | studioraindrops@gmail.com | Produção musical | Sintetizador | Órgão | Piano | Sampler | Sequencer | Midis |Produção de Vídeo | Música para Filmes e Televisão | Música para Marcas e Negócios | Música para Video Games e Desenhos Animados | Blog | Partituras | Raindrops studio™ 2013 |  ID analytcs  |