Introducción a la Síntesis de Sonidos

Introducción a la Síntesis de Sonidos
Emilia Gómez Gutiérrez
Síntesi i Processament del So I
Departament de Sonologia
Escola Superior de Musica de Catalunya
Curso 2009-2010
[email protected]
3 de septiembre de 2009
Índice
1. Conceptos relativos a la síntesis de sonidos
1.1. ¿Qué quiere decir síntesis? . . . . . . . . . .
1.2. ¿Qué es un sintetizador? . . . . . . . . . . .
1.3. Síntesis analógica vs síntesis digital . . . . .
1.4. Síntesis hardware vs síntesis software . . . .
.
.
.
.
2
2
2
2
2
2. Historia de la Síntesis
2.1. Síntesis analógica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.2. Síntesis digital . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4
4
4
3. Bibliografía
5
4. Cuestiones de autoevaluación
5
1
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
1.
1.1.
Conceptos relativos a la síntesis de sonidos
¿Qué quiere decir síntesis?
El adjetivo sintético se define en el diccionario como: que procede componiendo, o que pasa de las partes al todo. No es lo mismo que decir artificial, es
decir, no natural, falso.
1.2.
¿Qué es un sintetizador?
Un sintetizador (de sonido) es un dispositivo que permite realizar un proceso
de síntesis. Si tomamos la definición anterior de síntesis, tendríamos que un
sintetizador puro no modifica un sonido preexistente, sino que lo genera a partir
de la combinación de elementos simples (normalmente señales periódicas y/o
funciones matemáticas) que no existen fuera de los circuitos del dispositivo o
del código del programa.
Los sintetizadores permiten, por un lado, generar una infinidad de sonidos
totalmente nuevos. También, dependiendo de los métodos utilizados, podrán
imitar sonidos ya existentes (por ejemplo, de instrumentos acústicos) con mayor
o menor fiabilidad.
1.3.
Síntesis analógica vs síntesis digital
Podemos diferenciar dos tipos de síntesis: la síntesis analógica y la digital.
La síntesis analógica trabaja con un conjunto contínuo de valores (señales analógicas). Los sintetizadores analógicos tienen la función básica de generar sonido
desde cero utilizando dispositivos electrónicos capaces de producir este tipo de
señales adecuadas para la vibración de altavoces. La síntesis analógica se inicia
a mediados de los años 60, y se encuentra en su mayor auge hasta principios de
los años 80s.
Sin embargo, los ordenadores son máquinas digitales y no analógicas, es decir,
sus operaciones se basan en matemáticas discretas. La síntesis digital trabaja
en el dominio discreto, y no contínuo. La síntesis digital se inicia en 1957 (Max
Mathews), pero no se populariza hasta principios de los 80s, desbancando a la
síntesis analógica. Debido a su versatilidad, la síntesis digital permite el uso de
infinitas técnicas de síntesis, además de permitir emular cualquier método de
síntesis analógica.
Estudiaremos más adelante el proceso de conversión analógica a digital. En
la actualidad, la síntesis analógica vuelve a utilizarse, aunque normalmente es
emulada digitalmente.
1.4.
Síntesis hardware vs síntesis software
También podemos dividir los sintetizadores digitales, en un sentido más
amplio, en dos grandes grupos: los sintetizadores por hardware y los sintetizadores por software. Conceptualmente los dos grupos se basan en los mismos
principios.
Los sintetizadores por hardware son, en realidad, ordenadores disfrazados,
con su CPU, su memoria, su sistema operativo, etc. Incorporan potentes chips
especializados en procesamiento de sonido (DSPs). Son capaces de realizar decenas de millones de instrucciones por segundo. Suelen incorporar un teclado
2
musical y varios controles, botones, deslizadores, etc., aunque ninguno es estrictamente obligatorio.
Los sintetizadores por software son programas que aprovechan la tarjeta de
sonido del ordenador. Hasta hace poco, estos programas (a los que también se
denominan sintetizadores virtuales) no podían producir sonido a tiempo real,
por lo que era preferible utilizar sintetizadores hardware. Actualmente, debido
a la creciente potencia de cálculo de los procesadores actuales, existen muchos
sintetizadores virtuales que rivalizan con cualquier dispositivo hardware profesional.
Las ventajas de los sintetizadores por software son:
1. Flexibilidad en el método: existen muy variados métodos y algoritmos
para la síntesis digital, y la mayoría de los dispositivos hardware sólo incorpora uno de ellos. La síntesis por software permite además implementar
cualquier método o algoritmo, que funcionará en cualquier ordenador independientemente de la tarjeta de sonido que tenga, siempre que el ordenador
disponga de la potencia suficiente.
2. Economía para la experimentación: muchos programas freewareo shareware ofrecen posibilidades de síntesis innovadoras, experimentales, que
no han sido implementadas por ningún fabricante en un sintetizador por
hardware. Esto nos abre un abanico más amplio de posibilidades.
3. Combinación de métodos: posibilidad de encadenar muchos de estos
programas para generar arquitecturas complejas, lo cual es inalcanzable
en un sintetizador hardware.
4. Existencia de entornos específicos: existen entornos y lenguajes de
programación especialmente enfocados a la síntesis que nos permiten crear
nuestros propios sintetizadores sin ningún límite (csound, MAX, PD, Supercollider, Reaktor,...).
5. Posibilidad de procesado: la flexibilidad ha roto la barrera entre síntesis
y procesado, que puede realizarse en tiempo real.
Las desventajas de los sintetizadores por software son:
1. Fiabilidad: los ordenadores se cuelgan más que los dispositivos dedicados.
2. Potencia: los programas de síntesis consumen normalmente mucha potencia.
3. Latencia: esta falta de potencia puede ocasionar más latencia (tiempo
transcurrido entre una orden de un instrumentista y su consecución sonora), en algunos casos puede llegar a ser molesta para un instrumentista
(decenas de ms).
4. Ruido: la calidad depende de las características de la tarjeta de sonido
del ordenador. Esta calidad suele ser inferior a la de los componentes
que se utilizan en los dispositivos dedicados. De todas formas, se pueden
encontrar ya tarjetas profesionales (o semiprofesionales) económicos: USB
o fireware para portátiles, poco ruido de fondo (24 bits) y menor latencia
(menor de 10 ms).
3
2.
2.1.
Historia de la Síntesis
Síntesis analógica
El objetivo de la síntesis analógica ha sido siempre el de conseguir dispositivos más manejables. Hacia 1964-65, Robert Moog (que había comenzado
construyendo Theremins) y Don Buchla (con sugerencias de M. Subotnick) inventan (por separado) los primeros sintetizadores controlados por voltaje (por
tensión).
Hasta 1968, Moog construye muy pocas unidades. A finales de este año aparece el disco de Walter/Wendy Carlos, Switch on Bach, con temas de J. S. Bach
interpretados por el Moog. Este disco se convierte en el disco de música clásica
más vendido hasta entonces. Keith Emerson (ELP) y muchos otros teclistas pop
y rock comienzan a utilizar sintetizadores (por ejemplo Lucky Mab, ELP 1969).
En 1970 se lanza el portátil Minimoog, que se convierte en uno de los sintetizadores más populares (utilizado por ELP, Stevie Wonder, Blood Sweat and
Tears, Frank Zappa, Yes, Pink Floyd, etc en el pop-rock, y por Jan Hammer,
Chick Corea, Herbie Hancockm etc en el jazz). El Minimoog se fabrica hasta
entrados los 80s.
El primer modelo comercial de Buchla está más pensado para la experimentación. Por ejemplo, no tiene teclado. Morton Subotnick grava Silver Apples of
the Moon en 1967 con este modelo. Aunque bastante más experimental que
Switch on Bach, el disco también tiene un cierto éxito comercial. El modelo
200 (1971) ya es en parte digital. Durante los 70s, Buchla diseña otros modelos
(300, 400, 500), posiblemente más revolucionarios que los de Moog (por ejemplo,
son programables desde un ordenador integrado), pero nunca alcanzan el éxito
comercial de este último.
2.2.
Síntesis digital
En 1957, Max Matthews realiza la primera síntesis digital (Newmann Guttman, Pitch Variations, 1957) en los laboratorios de Bell Labs (New Jersey). Max
Matthews crea el lenguaje de síntesis sonora Music I (1957), que dará paso a
Music II (58), III (60), IV (62), V y otros posteriores como Music 10, Music
360, CMix, cmusic, Common Lisp Music y CSound1 , el actual estándar de facto
creado por B. Vercoe en 1986 y en permanente evolución.
Estos primeros sistemas sólo están en Bell Labs y en la vecina universidad
de Princeton, por lo que son pocos los compositores que tienen acceso a ellos.
Los primeros compositores en utilizarlo, en los 60s son James Tenney (Dialogue, 1963), Jean Claude Risset, Richard Moore, Barry Vercoe, John Chowning
(inventor de la síntesis FM en 1977), Gerald Bennet, Charles Dodge, etc.
Poco a poco van surgiendo nuevos métodos de síntesis sólo posibles en el
dominio digital: aditiva con análisis/resíntesis, síntesis por modelado físico, FM,
granular, etc, pero existe todavía un problema de control de los parámetros, no
se puede implementar en tiempo real y es difícil el acceso a esta tecnología.
El primer sistema a tiempo real es la Samson Box, instalada en CCRMA
(Stanford 1977), y el primer sistema comercial, el Synclavier (Jon Appleton,
1977).
1 http://csounds.com
4
Se siguen desarollando nuevos métodos de síntesis y sistemas: CHANT 1979
(sons synthètiques générés par modélisation de la voix chantée, desarrollado en
el IRCAM por el equipo de Xavier Rodet), o FORMES 1981. Dado que estos
medios (ordenadores) son todavía muy costosos, estos compositores trabajan
casi siempre en universidades (norteamericanas en su mayoría). En 1977 se funda
el IRCAM (Institut de Recherche et Coordination Acoustique/Musique, Pierre
Boulez)2 , primer centro europeo de investigación musical.
Como hemos dicho, en 1977 se comercializa el Synclavier, el primer sintetizador comercial digital. Utiliza síntesis FM, incluyendo un teclado, un monitor
de vídeo y un sistema operativo completo con secuenciador, editor, etc. Su elevado precio hace que poco centros (y mucho menos músicos independientes)
puedan permitírselo. En 1979 se comercializa el Fairlight CMI, en 1981 el Casio
VL-Tone. Con limitadas capacidades de síntesis y precio reducido, incorpora
ritmos pregrabados y es capaz de secuenciar hasta 100 notas. Es un juguete utilizado por algunos profesionales. En 1982 se comercializa el CD, inventado en
1979. En 1983, Yamaha lanza el DX-7, que puede ser considerado el BOOM de
los sintetizadores digitales. Utiliza también síntesis FM. Aunque es muy difícil
de programar, produce interesantes sonidos de bajos, pianos eléctricos, pianos,
campanas. A partir de entonces todos los nuevos sintetizadores serán digitales.
3.
Bibliografía
Chafe, C. 1999. A Short History pf Digital Sound Synthesis by Composers
in the U.S.A., Musiques en Scène.
http://www-ccrma.stanfird.edu/˜ cc
Jordà, S. 2003. Historia de la Música Electrónica y Tecnologías de Audio
Digital, Master de Artes Digitales, UPF.
http://www.tecn.upf.es/˜ sjorda/
Smith, J. 1991. Viewpoints on the History of Digital Synthesis, CCRMA.
http://www-ccrma.stanford.edu/˜ jos/kna/
Synth Museum, http://www.synthmuseum.com
Vail, M. 2000. Vintage Synthesizers. Miller Freeman Books.
4.
Cuestiones de autoevaluación
1. ¿En qué consiste la síntesis de sonidos?
2. Piensa en las ventajas y desventajas de la síntesis respecto al muestreo o
sampling de sonidos.
3. Piensa en posibles aplicaciones de la síntesis de sonidos.
4. Explica la diferencia entre la síntesis analógica y digital.
5. Explica la diferencia entre un sintetizador hardware y un software de síntesis. Enumera las ventajas e inconvenientes de uno respecto al otro.
2 http://www.ircam.fr
5
6. Explica la diferencia entre un sintetizador de sonidos y un procesador de
sonidos.
7. Enumera los dos problemas fundamentales de la síntesis digital y explica
en qué medida se pueden resolver.
6