Síntesis sustractiva

Transcripción

1 Síntesis sustractiva Emilia Gómez Gutiérrez Anàlisi, Síntesi i Processament del So I Departament de Sonologia Escola Superior de Musica de Catalunya emilia.gomez@esmuc.cat 4 de mayo de 2012 Índice 1. Introducción 2 2. Fundamentos de la síntesis sustractiva 2 3. Ventajas e inconvenientes 2 4. El vocoder 3 1

2 1. Introducción La síntesis sustractiva implica el uso de filtros para modificar el espectro de una fuente sonora. Cuando la señal de la fuente pasa a través de un filtro, éste amplifica algunas componentes de frecuencia y atenúa otras. Si se cumplen las condiciones siguientes: el espectro original es rico espectralmente y el filtro es flexible, entonces la síntesis sustractiva puede esculpir aproximaciones próximas a muchos sonidos naturales (voces o instrumentos tradicionales), al igual que puede generar una infinidad de sonidos nuevos y timbres interesantes musicalmente. La forma espectral es muy importante para la percepción del timbre del sonido. La suma de funciones sinusoidales (es decir, la síntesis aditiva) no es siempre la forma más adecuada de modelar el espectro de un sonido (o de componentes sonoras), sino que a veces lo más importante es capturar la forma espectral del sonido que intentamos modelar. Esto se consigue en parte con la síntesis sustractiva, como veremos a continuación. 2. Fundamentos de la síntesis sustractiva Como hemos visto en la introducción, la idea básica de la síntesis sustractiva es utilizar una fuente de sonido compleja (excitation source o excitation) como entrada de una serie de filtros resonadores (resonator). Existen ciertos tipos de fuentes ricas espectralmente (es decir, que poseen una riqueza de parciales) que son simples de modelar: Impulsos o series periódicas de impulsos (pulse): que dan lugar a un espectro armónico. Una serie de valores aleatorios random que constituyen un ruido (noise), es decir, un espectro inarmónico. Como vimos en el tema anterior, los filtros nos permiten modificar el espectro de la fuente de forma arbitraria. Supongamos que tenemos una cadena de impulsos periódicos que nos dan lugar a un espectro armónico de sinusoides de igual amplitud (flat spectrum). Esta señal la utilizaremos como fuente de nuestro sistema. Si procesamos este espectro con un filtro cuya función de transferencia (magnitud) tiene una determinada forma, el resultado será el producto de los dos espectros (una multiplicación en dominio frecuencial equivale a una convolución en dominio temporal). Por lo tanto, el filtro se utiliza para dar forma al sonido de acuerdo al espectro deseado, sustrayendo las frecuencias no deseadas. El esquema general de la síntesis sustractiva se presenta en la figura Ventajas e inconvenientes La síntesis sustractiva ha sido utilizada para modelar instrumentos de percusión y para sintetizar la voz cantada. La mayor limitación de la síntesis sustractiva es que se ignoran las interacciones no lineales entre la fuente y el resonador 2

3 Parámetros de Control Fuente Filtro Figura 1: Diagrama de síntesis sustractiva o source-filter (es decir, no hay feedbak o realimentación entre la fuente y el resonador), lo que impone dificultades a la hora de caracterizar en detalle la acústica de los instrumentos musicales. Por otro lado, la síntesis sustractiva es fácil de entender, implementar y controlar, y puede proporcionar resultados bastante satisfactorios en algunos casos. 4. El vocoder El sistema de análisis/síntesis sustractiva original es el vocoder, que fue utilizado por primera vez en 1936 (World s Faire New York). El vocoder analógico clásico consiste en dos etapas. 1. La primera es un grupo o banco de filtros paso de banda distribuidos a lo largo de la banda de audio. La salida de cada filtro se conecta a un 3

4 detector de envolvente que genera una señal (que sería de tensión en los sintetizadores analógicos) proporcional a la cantidad de energía presente en la banda de frecuencia que selecciona dicho filtro. 2. La segunda etapa consiste en un banco de filtros paso de banda que son ienticos a los de la primera etapa. Todos los filtros tienen la misma señal de entrada, y la salida de cada filtro se amplifica con un amplificador controlado por tensión VCA. Todas las salidas amplificadas se combinan en una única señal de salida. Los filtros y detectores de la primera etapa generan señales de control (que se denominan driving functions) que determinan la amplitud de la señal de audio procedente de los filtros en la segunda etapa del vocoder. La señal de entrada de la etapa 1 se denomina resonancia (resonance), y la de la etapa 2, excitación o fuente (source). A veces se denominan respectivamente modulating y carrier aplicando la nomenclatura de la síntesis por modulación. En las aplicaciones musicales, la separación de la función de resonancia de la excitación significa que podemos controlar ritmo, altura y timbre de manera independiente. For ejemplo, un compositor puede cambiar la altura de una voz cantada sin modificar la articulación original del espectro de la voz. 4

5 Figura 2: Diagrama de bloques de un vocoder 5