Esta seção aborda os princípios gerais de geração e processamento de som eletrônico com mais detalhes, incluindo referências a MiniNovainstalações da , quando relevante. Recomenda-se a leitura atenta deste capítulo caso a síntese analógica de som não seja um assunto familiar. Usuários familiarizados com este assunto podem pular esta seção e passar para a próxima.
Para entender como um sintetizador gera som, é útil ter uma noção dos componentes que compõem um som, tanto musicais quanto não musicais.
A única maneira de detectar um som é pela vibração regular e periódica do ar no tímpano. O cérebro interpreta essas vibrações (com muita precisão) em um dentre uma infinidade de tipos diferentes de som.
Notavelmente, qualquer som pode ser descrito em termos de três propriedades, e todos os sons sempre as possuem. São elas:
O que torna um som diferente de outro são as magnitudes relativas das três propriedades inicialmente presentes no som e como as propriedades mudam ao longo da duração do som.
Com um sintetizador musical, buscamos deliberadamente ter controle preciso sobre essas três propriedades e, em particular, como elas podem ser alteradas ao longo da "vida" do som. As propriedades costumam receber nomes diferentes, por exemplo, Volume pode ser chamado de Amplitude, Loudness ou Nível, Altura como Frequência e, às vezes, Timbre como Tom.
Como mencionado, o som é percebido pela vibração do ar no tímpano. O tom do som é determinado pela velocidade das vibrações. Para um ser humano adulto, a vibração mais lenta percebida como som é cerca de vinte vezes por segundo, o que o cérebro interpreta como um som grave; a mais rápida é milhares de vezes por segundo, o que o cérebro interpreta como um som agudo.
Se o número de picos nas duas formas de onda (vibrações) for contado, há exatamente o dobro de picos na Onda B do que na Onda A. (A Onda B é, na verdade, uma oitava mais alta em tom do que a Onda A.) O número de vibrações em um determinado período determina o tom de um som. É por isso que o tom às vezes é chamado de frequência. É o número de picos da forma de onda contados durante um determinado período de tempo que define o tom, ou frequência.
Os sons musicais consistem em várias alturas diferentes e relacionadas que ocorrem simultaneamente. A mais grave é chamada de altura "fundamental" e corresponde à nota percebida do som. As outras alturas que compõem o som e que estão relacionadas à fundamental em proporções matemáticas simples são chamadas de harmônicas. A intensidade relativa de cada harmônica, em comparação com a intensidade da fundamental, determina o tom geral ou "timbre" do som.
Considere dois instrumentos, como um cravo e um piano, tocando a mesma nota no teclado e com o mesmo volume. Apesar de terem o mesmo volume e altura, os instrumentos ainda soam distintamente diferentes. Isso ocorre porque os diferentes mecanismos de formação de notas dos dois instrumentos geram conjuntos distintos de harmônicos; os harmônicos presentes no som de um piano são diferentes daqueles encontrados no som de um cravo.
O volume, frequentemente chamado de amplitude ou intensidade do som, é determinado pela intensidade das vibrações. Em termos simples, ouvir um piano a um metro de distância soaria mais alto do que se estivesse a cinquenta metros de distância.
Tendo demonstrado que apenas três elementos podem definir qualquer som, esses elementos agora precisam ser implementados em um sintetizador musical. É lógico que diferentes seções do sintetizador "sintetizam" (ou criam) cada um desses diferentes elementos.
Uma seção do sintetizador, a Osciladores, geram sinais de forma de onda bruta que definem a altura do som juntamente com seu conteúdo harmônico bruto (tom). Esses sinais são então mixados em uma seção chamada Misturador, e a mistura resultante é então alimentada em uma seção chamada Filtro. Isso faz alterações adicionais no timbre do som, removendo (filtrando) ou aprimorando certos harmônicos. Por fim, o sinal filtrado é alimentado no Amplificador, que determina o volume final do som.
Seções adicionais do sintetizador - LFOs e Envelopes - fornecer outras maneiras de alterar o tom, o tom e o volume de um som interagindo com o Osciladores, Filtro e Amplificador, proporcionando mudanças no caráter do som que podem evoluir ao longo do tempo. Porque LFOs' e Envelopes' o único propósito é controlar (modular) as outras seções do sintetizador, elas são comumente conhecidas como 'moduladores'.
Essas várias seções do sintetizador serão abordadas agora com mais detalhes.
A seção Oscilador é o coração do sintetizador. Ela gera uma onda eletrônica (que cria as vibrações quando finalmente alimentada em um alto-falante). Essa forma de onda é produzida em um tom musical controlável, inicialmente determinado pela nota tocada no teclado ou contida em uma mensagem de nota MIDI recebida. O tom ou timbre característico da forma de onda é, na verdade, determinado pelo formato da forma de onda.
Há muitos anos, os pioneiros da síntese musical descobriram que apenas algumas formas de onda distintas continham muitos dos harmônicos mais úteis para a produção de sons musicais. Os nomes dessas ondas refletem sua forma real quando visualizadas em um instrumento chamado osciloscópio, e são elas: ondas senoidais, ondas quadradas, ondas dente de serra, ondas triangulares e ruído. Cada uma delas MiniNovaAs seções Oscillator podem gerar todas essas formas de onda e também formas de onda de sintetizador não tradicionais. (Observe que o Ruído é gerado de forma independente e mixado com as outras formas de onda na seção Mixer.)
Cada forma de onda (exceto Ruído) tem um conjunto específico de harmônicos relacionados à música que podem ser manipulados por outras seções do sintetizador.
Os diagramas abaixo mostram a aparência dessas formas de onda em um osciloscópio e ilustram os níveis relativos de seus harmônicos. Lembre-se: são os níveis relativos dos vários harmônicos presentes em uma forma de onda que determinam o caráter tonal do som final.
Elas possuem apenas um harmônico. Uma forma de onda senoidal produz o som "mais puro" porque possui apenas essa única altura (frequência).
Eles contêm apenas harmônicos ímpares. O volume de cada um diminui com o quadrado de sua posição na série harmônica. Por exemplo, o 5º harmônico tem um volume de 1/25 do volume da fundamental.
São ricos em harmônicos e contêm harmônicos pares e ímpares da frequência fundamental. O volume de cada um é inversamente proporcional à sua posição na série harmônica.
Ondas quadradas/de pulso contêm apenas harmônicos ímpares, que estão no mesmo volume que os harmônicos ímpares em uma onda dente de serra.
A forma de onda quadrada passa a mesma quantidade de tempo em seu estado "alto" e "baixo". Essa proporção é conhecida como "ciclo de trabalho". Uma onda quadrada sempre tem um ciclo de trabalho de 50%, o que significa que ela é "alta" durante metade do ciclo e "baixa" na outra metade. MiniNova permite ajustar o ciclo de trabalho da forma de onda quadrada básica (por meio do Forma controles) para produzir uma forma de onda com formato mais "retangular". Essas formas são frequentemente conhecidas como formas de onda de pulso. À medida que a forma de onda se torna cada vez mais retangular, harmônicos mais uniformes são introduzidos e a forma de onda muda de característica, tornando-se mais "nasal".
A largura da forma de onda do pulso (a "Largura do Pulso") pode ser alterada dinamicamente por um modulador, o que resulta em constante mudança no conteúdo harmônico da forma de onda. Isso pode conferir à forma de onda uma qualidade "gorda" quando a largura do pulso é alterada a uma taxa moderada.
Uma forma de onda de pulso soa igual, independentemente do ciclo de trabalho ser – por exemplo – 40% ou 60%, já que a forma de onda é apenas “invertida” e o conteúdo harmônico é exatamente o mesmo.
Ruído é um sinal aleatório e não possui uma frequência fundamental (e, portanto, não possui a propriedade de altura). O ruído contém todas as frequências e todas estão no mesmo volume. Por não possuir altura, o ruído costuma ser útil para criar efeitos sonoros e sons de percussão.
Além dos tipos tradicionais de formas de onda do oscilador acima, oMiniNovatambém possui um conjunto de formas de onda cuidadosamente selecionadas e geradas digitalmente, contendo elementos harmônicos úteis, normalmente difíceis de produzir usando osciladores tradicionais.
Uma “tabela de ondas” é um grupo de formas de onda digitais.MiniNovaAs 36 tabelas de ondas do contêm nove formas de onda digitais separadas. A vantagem de uma tabela de ondas é que formas de onda consecutivas podem ser combinadas.
Alguns dosMiniNovaAs tabelas de ondas contêm formas de onda com conteúdo harmônico semelhante, enquanto outras contêm formas de onda com conteúdo harmônico bastante diferente. As tabelas de ondas ganham vida quando o "índice da tabela de ondas" – a posição dentro da tabela de ondas – é modulado, resultando em um som que muda continuamente de caráter, seja de forma suave ou abrupta.
Nove ondas compõem uma tabela de ondas Modulação em anel
Um modulador de anel é um gerador de som que recebe sinais de dois dosMiniNovaosciladores e os “multiplica” juntos.
OMiniNovatem 2 moduladores de anel, um recebe Osc 1 e Osc 3 como entradas, e o outro recebe Osc 2 e Osc 3. A saída resultante depende das várias frequências e do conteúdo harmônico presentes em cada um dos dois sinais do oscilador e consistirá em uma série de frequências de soma e diferença, bem como as frequências presentes nos sinais originais.
Para ampliar a gama de sons produzidos, sintetizadores analógicos típicos possuem mais de um oscilador. Ao usar múltiplos osciladores para criar um som, é possível obter mixagens harmônicas muito interessantes. Também é possível desafinar ligeiramente os osciladores individuais uns contra os outros, o que cria um som muito quente e "encorpado".
OMiniNovaO Mixer permite a mixagem de três osciladores independentes, um oscilador de ruído separado e duas fontes de modulador de anel.
OMiniNovaé um sintetizador musical subtrativo. Subtrativo implica que parte do som é subtraída em algum ponto do processo de síntese.
Os osciladores fornecem formas de onda brutas com bastante conteúdo harmônico e a seção Filtro subtrai alguns dos harmônicos de maneira controlada.
14 tipos de filtros estão disponíveis noMiniNova, embora sejam variedades de três tipos básicos de filtros:
O tipo de filtro mais comumente encontrado em sintetizadores é o passa-baixo. Com um filtro passa-baixo, um ponto de corte (ou frequência de corte) é escolhido e quaisquer frequências abaixo desse ponto são filtradas, enquanto as frequências acima são filtradas. A configuração do parâmetro Frequência do Filtro determina o ponto abaixo do qual as frequências são removidas.
Este processo de remoção de harmônicos das formas de onda tem o efeito de alterar o caráter ou timbre do som. Quando o parâmetro Frequência está no máximo, o filtro está completamente "aberto" e nenhuma frequência é removida das formas de onda brutas do Oscilador.
Na prática, há uma redução gradual no volume dos harmônicos acima do ponto de corte de um filtro passa-baixa. A rapidez com que esses harmônicos reduzem o volume à medida que a frequência aumenta acima do ponto de corte é determinada pela inclinação do filtro. A inclinação é medida em "unidades de volume por oitava". Como o volume é medido em decibéis, essa inclinação geralmente é expressa em tantos decibéis por oitava (dB/oitava). Os valores típicos são 12 dB/oitava e 24 dB/oitava. Quanto maior o número, maior a rejeição de harmônicos acima do ponto de corte e mais pronunciado o efeito de filtragem.
Outro parâmetro importante do filtro é a sua ressonância. As frequências no ponto de corte podem ter o volume aumentado pelo controle de ressonância do filtro. Isso é útil para enfatizar certos harmônicos do som.
À medida que a Ressonância aumenta, uma qualidade semelhante a um assobio é introduzida no som que passa pelo filtro. Quando definida em níveis muito altos, a Ressonância faz com que o filtro oscile automaticamente sempre que um sinal passa por ele. O tom de assobio resultante é, na verdade, uma onda senoidal pura, cuja altura depende da configuração do controle de Frequência (o ponto de corte do filtro). Essa onda senoidal produzida pela ressonância pode ser usada para alguns sons como uma fonte sonora adicional, se desejado.
O diagrama abaixo mostra a resposta de um filtro passa-baixa típico. Frequências acima do ponto de corte têm seu volume reduzido.
Quando a ressonância é adicionada, as frequências no ponto de corte são aumentadas em volume.
Além do filtro passa-baixo tradicional, também existem os tipos passa-alto e passa-faixa. O tipo de filtro utilizado é selecionado no parâmetro Tipo de Filtro.
Um filtro passa-altas é semelhante a um filtro passa-baixas, mas funciona no "sentido oposto", de modo que as frequências abaixo do ponto de corte são removidas. As frequências acima do ponto de corte são ignoradas. Quando o parâmetro "Frequência do Filtro" é definido como zero, o filtro fica completamente aberto e nenhuma frequência é removida das formas de onda brutas do oscilador.
Quando um filtro passa-banda é usado, apenas uma faixa estreita de frequências centradas em torno do ponto de corte é passada. Frequências acima e abaixo da faixa são removidas. Não é possível abrir totalmente este tipo de filtro e permitir a passagem de todas as frequências.
Nos parágrafos anteriores, descrevemos a síntese da altura e do timbre de um som. A próxima parte do Tutorial de Síntese descreve como o volume do som é controlado. O volume de uma nota criada por um instrumento musical frequentemente varia muito ao longo da duração da nota, de acordo com o tipo de instrumento.
Por exemplo, uma nota tocada em um órgão atinge o volume máximo quando uma tecla é pressionada. Ela permanece nesse volume até que a tecla seja solta, momento em que o nível de volume cai instantaneamente para zero.
Uma nota de piano atinge rapidamente o volume máximo depois que uma tecla é pressionada e gradualmente cai até zero após vários segundos, mesmo se a tecla for pressionada.
Uma emulação de Seção de Cordas só atinge o volume máximo gradualmente quando uma tecla é pressionada. Ela permanece no volume máximo enquanto a tecla é pressionada, mas assim que a tecla é solta, o volume cai a zero lentamente.
Em um sintetizador analógico, as mudanças no caráter de um som que ocorrem ao longo da duração de uma nota são controladas por uma seção chamada Gerador de Envelope. MiniNova possui 6 Geradores de Envelope (chamados de Env 1 a Env 6). O Env 1 está sempre relacionado a um Amplificador, que controla a amplitude da nota – ou seja, o volume do som – quando a nota é tocada.
Cada gerador de envelope tem quatro controles usados para ajustar o formato do envelope.
Ajusta o tempo que leva para o volume subir de zero ao volume máximo após o pressionamento de uma tecla. Pode ser usado para criar um som com fade-in lento.
Ajusta o tempo que o volume leva para cair do volume inicial máximo para o nível definido pelo controle Sustain, enquanto uma tecla é pressionada.
Assim como os Geradores de Envelope, a seção LFO (Oscilador de Baixa Frequência) de um sintetizador é um Modulador. Em vez de fazer parte da síntese sonora em si, ela é usada para alterar (ou modular) outras seções do sintetizador. Por exemplo, os LFOs podem ser usados para alterar a afinação do oscilador, a frequência de corte do filtro e muitos outros parâmetros.
A maioria dos instrumentos musicais produz sons que variam ao longo do tempo, tanto em volume quanto em altura e timbre. Às vezes, essas variações podem ser bastante sutis, mas ainda assim contribuem significativamente para a caracterização do som final.
Enquanto um Envelope é usado para controlar uma modulação única ao longo da vida útil de uma única nota, os LFOs modulam usando uma forma de onda ou padrão cíclico repetitivo. Como discutido anteriormente, os osciladores produzem uma forma de onda constante, que pode assumir a forma de uma onda senoidal repetitiva, uma onda triangular, etc. Os LFOs produzem formas de onda de maneira semelhante, mas normalmente em uma frequência muito baixa para produzir um som que o ouvido humano possa perceber diretamente. Assim como um Envelope, as formas de onda geradas pelos LFOs podem ser enviadas a outras partes do sintetizador para criar as mudanças desejadas ao longo do tempo – ou "movimentos" – no som.
Imagine essa onda de baixa frequência sendo aplicada à afinação de um oscilador. O resultado é que a afinação do oscilador sobe e desce lentamente acima e abaixo da afinação original. Isso simularia, por exemplo, um violinista movendo um dedo para cima e para baixo na corda do instrumento enquanto ele é tocado com o arco. Esse sutil movimento de afinação para cima e para baixo é conhecido como efeito "Vibrato".
Uma forma de onda frequentemente usada para um LFO é uma onda triangular.
Alternativamente, se o mesmo sinal LFO modulasse a frequência de corte do filtro em vez do tom do oscilador, o resultado seria um efeito de oscilação conhecido como "wah-wah".
Um sintetizador pode ser dividido em cinco blocos principais de geração ou modificação (modulação) de som:
-
Osciladores que geram formas de onda em vários tons.
-
Um mixer que mistura as saídas dos osciladores (e adiciona ruído e outros sinais).
-
Filtros que removem certos harmônicos, alterando o caráter ou timbre do som.
-
Um amplificador controlado por um gerador de envelope, que altera o volume de um som ao longo do tempo quando uma nota é tocada.
-
LFOs e envelopes que podem ser usados para modular qualquer um dos itens acima.
Grande parte do prazer que se pode obter com um sintetizador está na experimentação de sons predefinidos de fábrica (Patches) e na criação de novos.
Não há substituto para a experiência prática. Experimentos com ajustes MiniNovaOs vários controles eventualmente levarão a uma compreensão mais completa de como as várias seções do sintetizador alteram e ajudam a moldar novos sons.
Munido do conhecimento deste capítulo e de uma compreensão do que realmente acontece no sintetizador quando são feitos ajustes nos botões e interruptores, o processo de criação de sons novos e emocionantes se tornará fácil.