Sintesi sonora analogica sottrattiva – Parte 2

Bentornati al corso di sintesi sonora analogica di ZioMusic.it, a cura di Andrea Di Lorenzo, in questa seconda lezione di approfondimento, analizzeremo insieme i seguenti argomenti: Control – Voltage; circuiti base di un synth analogico; l’oscillatore; caratteristiche delle principali forme d’onda.

Buona lettura!

Control – Voltage

Ogni sintetizzatore analogico si basa su un sistema di generazione e controllo del segnale costituito da una variazione della tensione elettrica, cioè del voltaggio. Esso viene definito con l’acronimo C.V., il quale appunto significa “Control – Voltage”.

In sostanza abbiamo un impulso elettrico di cui viene controllata e variata nel tempo la tensione. Il codice di controllo più diffuso è sicuramente quello pari a 1 volt per ottava, il quale consiste per l’appunto in un aumento o un decremento di 1 volt per ogni ottava riprodotta dal nostro strumento.

Ovviamente – ma non è inutile ripeterlo! – è possibile agire anche su valori intermedi, quindi non solo per ogni semitono, ma anche per distanze intervallari ancora più piccole. E’ proprio questo sistema che ci consente quell’escursione graduale tra un valore e l’altro sul nostro oscillatore e che crea l’annoso problema dell’accordatura nei sintetizzatori più “anziani”, oppure la necessità di farli “scaldare” prima di avere una sufficiente garanzia di stabilità dell’intonazione.

Infatti il suono di un sintetizzatore analogico è spesso “imprevedibile”, dipendendo appunto dalle variabili elettriche e dalla risposta dei suoi circuiti. Spingendoci oltre – e non senza un tocco di poesia! – potremmo dire che un synth analogico ha un suono “vivo” e che non ci regala mai due volte la stessa identica sensazione, rispondendo in maniera sempre diversa ai nostri input.

Dunque un sintetizzatore analogico agisce sempre sul voltaggio della tensione elettrica che passa tra i suoi circuiti e variando la tensione variamo il nostro suono in ogni fase della sua elaborazione. Uno strumento digitale invece lavorerà con una CPU (Central Processing Unit) e dei DSP (Digital Signal Processor), come abbiamo già accennato nella precedente lezione.

Circuiti base di un synth

Giunti a questo punto, possiamo ormai introdurre le parti imprescindibili di un sintetizzatore analogico.

Ci riferiamo a quella catena di base dei circuiti composta da:

V.C.O —-> V.C.F. —-> V.C.A

Il V.C.O. (Voltage Controlled Oscillator) è un generatore d’onda tramite il quale viene data origine al suono.

Il V.C.F. (Voltage Controlled Filter) è invece il filtro che modifica le forme d’onda create dal nostro oscillatore.

Il V.C.A. (Voltage Controlled Amplifier) è una sezione di amplificazione in cui il segnale audio viene portato alla soglia di intensità desiderata.

In aggiunta a questi 3 circuiti di base possiamo averne molti altri ovviamente, ma i due più comuni sono senza ombra di dubbio l’L.F.O. e gli ENVELOPE (che possono essere sia del filtro che dell’amplifier).

L’ L.F.O. (Low Frequency Oscillator) è un ulteriore oscillatore a bassa frequenza che può modificare ciclicamente i parametri delle altre componenti del nostro synth, in base alla destinazione che gli viene assegnata.

L’ ENVELOPE invece agisce sui valori di ADSR (Attack – Decay – Sustain – Release)

L’oscillatore

L’oscillatore è un circuito elettronico di cui possiamo controllare la tensione elettrica in entrata. La sua caratteristica è quella di generare un’onda sonora in costante ripetizione.
In pratica, esso rappresenta la vera e propria sorgente sonora del nostro synth, un po’ come le corde per una chitarra oppure l’ancia per uno strumento a fiato ad esempio.

Grazie all’oscillatore il suono nasce nella sua forma iniziale di semplice vibrazione elettrica. In seguito, il segnale così generato passa alle altri componenti, le quali lo andranno a filtrare, modulare e trasformare in vario modo sino alla sua forma finale.

A questo punto è fondamentale esporre le principali caratteristiche delle varie forme d’onda che possiamo generare elettronicamente tramite un oscillatore, non senza aver prima ricordato che ogni forma d’onda è diversa da tutte le altre per un semplice fattore: la distribuzione delle componenti armoniche, quindi lo spettro delle sue frequenze.

Caratteristiche delle principali forme d’onda

SINE WAVE

La prima forma d’onda che andiamo ad analizzare è la SINE WAVE, ovvero l’onda sinusoidale. Si tratta della forma d’onda più semplice e pura, al punto tale che in natura è praticamente impossibile trovare una perfetta Sine Wave, in quanto i suoni di norma hanno sempre un contenuto molto più complesso a livello di armonici.

L’onda sinusoidale, invece, non ne ha affatto e contiene solamente la frequenza fondamentale. Quest’onda rappresenta una sorta di “blocco di partenza” per la costruzione sonora. (Non a caso, infatti, la sintesi additiva si basa su un sistema di sovrapposizione di più onde sinusoidali).

Il suono di una Sine Wave è dolce, puro, vellutato, “flautato”.

SAWTOOTH WAVE

La Sawtooth (o “dente di sega”) è un’onda particolarmente ricca di contenuto armonico, in quanto contiene sia gli armonici pari che quelli dispari. Questa caratteristica la rende una fonte estremamente preziosa per la sintesi sottrattiva, in quanto – grazie alla sua ricchezza dal punto di vista spettrale – si presta particolarmente bene alla operazione di “filtraggio” tipica di questa tecnica di sintesi.

Il timbro di una dente di sega è particolarmente frizzante e brillante.

SQUARE WAVE

Analizziamo ora le caratteristiche tipiche di una Square Wave, ovverosia di un’onda quadra. Essa è l’onda più facile da generare elettronicamente, in quanto avente solo due fasi. Di conseguenza, corrisponde ad un circuito “on-off” con due soli stati logici, lo 0 e l’1, che viene attivato e poi disattivato velocemente.

La Square Wave contiene solamente gli armonici dispari (terzo, quinto, settimo e via dicendo…). Il suono che ne scaturisce è molto massiccio.

PULSE WAVE

La Pulse Wave è una variazione della Square Wave (infatti in italiano possiamo chiamarla “onda quadra variabile” oppure “onda rettangolare”).
Esattamente come l’onda quadra, anche la Pulse Wave esiste solo come successione di “fase alta” e “fase bassa”, ma la proporzione tra le due può variare nel tempo. Infatti nella Square Wave il DUTY CICLE (ovvero il rapporto tra il tempo dello stato attivo e quello totale) è diviso in parti uguali e il segnale è per il 50% del tempo nella fase “up” e per il restante 50% nella fase “down”.

Nella Pulse Wave, invece, la RATIO tra i due valori può mutare (e la controlliamo tramite un controllo definito il più delle volte “PULSE WIDTH”, su cui torneremo in futuro) e variando questo rapporto di tempo cambia con esso anche il contenuto spettrale dell’onda, quindi il suo timbro in base agli armonici più o meno presenti.

Il suono emesso da una Pulse Wave può quindi essere molto vario, ma bisogna prestare attenzione ad una cosa: se ad esempio produciamo un’onda con una ratio 80%-20% e poi un’altra con una ratio perfettamente opposta, quindi 20%-80% avremo alla fine due onde con lo stesso suono! Si tratta infatti della stessa forma d’onda che viene semplicemente invertita, ma il cui contenuto armonico rimane identico.

Se infine generiamo una Pulse Wave con un contenuto del 50%-50%, ovviamente, torniamo ad un semplice onda quadra.

TRIANGLE WAVE

Abbiamo poi la Triangle Wave, ovvero l’onda triangolare. Essa ha caratteristiche sia della sinusoidale che dell’onda quadra. Presenta infatti una certa enfasi sulla frequenza fondamentale, tipica di una Sine Wave (e della sua riconoscibilissima dolcezza timbrica), ma anche una ricca presenza di armonici dispari (come nella Square Wave appunto).

NOISE

Infine – (ma approfondiremo meglio il discorso in seguito!) – è spesso presente nei synth analogici un oscillatore deputato alla creazione di un NOISE, che può essere di due tipi: WHITE NOISE (rumore bianco) e PINK NOISE (rumore rosa).
Il rumore bianco contiene, ad una ampiezza costante, l’intera gamma di frequenze dello spettro udibile, presenti tutte con la stessa potenza. Il rumore rosa, invece, è caratterizzato dal fatto che le componenti a bassa frequenza hanno una intensità maggiore.

Per approfondire meglio gli aspetti della sintesi sonora, vi proponiamo i seguenti video prodotti dal nostro Andrea:

Approfondimento 1 (Control – Voltage; circuiti base di un synth analogico)

Approfondimento 2  (l’oscillatore; caratteristiche delle principali forme d’onda)

Speriamo vi sia piaciuta questa seconda lezione sulla sintesi analogica sottrattiva, non perdetevi il prossimo appuntamento con il nostro Andrea!

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