IAVQ PSICOACÚSTICA SEGUNDO DE PRODUCCIÓN MUSICAL MAURICIO BENALCAZAR SÍNTESIS SONORA Y LENGUAJE MIDI INTRODUCCIÓN La presente investigación tiene por objeto entender el concepto de síntesis de sonido que emula sonidos de instrumentos, los que se puede tocar con el mismo tipo de interface sin necesidad de poseer el conocimiento y la habilidad de interpretar los mismos que están siendo emulados, sino más bien por un solo instrumentista; y además aprender el uso de sintetizadores tanto hardware como software comprendiendo como interviene el lenguaje MIDI que es una herramienta necesaria en el mundo de la música ya que nos permite la comunicación entre diversos equipos sabiendo que los dos se complementan para que puedan trabajar de acuerdo a las necesidades del usuario y a su vez poder emplearlos en la producción musical.
MARCO TEÓRICO Síntesis de sonido. La síntesis de sonido consiste en obtener sonidos a partir de medios no acústicos; variaciones de voltaje en el caso de la síntesis analógica, o por medio de programas de computadora en el caso de la síntesis digital. Sintetizador Un sintetizador es un instrumento musical electrónico diseñado para producir sonido generado artificialmente, sabiendo que en este se realizan procesos muy complejos para lograr el sonido deseado debemos conocer cada una de las funciones que cumplen los controles que en este se encuentran. MIDI (Musical Instruments Digital Interface) Es el lenguaje que utilizan actualmente muchos instrumentos para comunicarse entre ellos, enviar y recibir datos y sincronizarse. Nació dentro del mundo de los
sintetizadores como respuesta a una necesidad de los músicos: controlar varios equipos con sus dos manos y hacer capas de varios sonidos entre ellos.
DESARROLLO Historia Síntesis analógica El objetivo de la síntesis analógica ha sido siempre el de conseguir dispositivos sitivos 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 (portensión). 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 experimen tación. 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. 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). 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.
SÍNTESIS DIGITAL Envolvente En los instrumentos acústicos, el nivel sonoro varía permanentemente a lo largo de la emisión de una nota, y la forma en que lo hace influye poderosamente en su carácter. La envolvente más precisa corresponde a la línea que une los sucesivos máximos de amplitud, pero, para simplificar el procesado de la información, la mayoría de sintetizadores reducen la envolvente a unos pocos fragmentos rectilíneos. Modulación de baja frecuencia Los sonidos naturales jamás son totalmente estables. En ellos, la altura, la amplitud, el contenido armónico, oscilan de forma permanente, enriqueciéndolos. Una forma simplificada de obtener cierta variación en los sonidos sintéticos, consiste en aplicar señales periódicas de baja frecuencia, por debajo de los 15 Hz, que modulen sus diferentes parámetros (cuando la oscilación se aplica a la amplitud se produce el efecto de trémolo y cuando se aplica a la frecuencia, el vibrato). Estas señales moduladoras se llaman LFOs (Low Frequency Oscillator), y en algunos sintetizadores son únicamente sinusoidales, mientras que otros incorporan señales cuadradas, dientes de sierra, triangulares, etc. Cuantos más osciladores de baja frecuencia podamos asignar a cada voz, más rico y variable podrá resultar el sonido final. El motivo de este límite de frecuencia, es que cuando la frecuencia de la moduladora entra en el terreno audible (por encima de los 20 Hz), los efectos producidos son mucho más complejos Filtros El contenido armónico de los instrumentos naturales también es variable en el tiempo. Como se vio en el apartado 6.4, los filtros digitales permiten estas modificaciones tímbricas, atenuando determinadas frecuencias y amplificando otras. Pero, para conseguir efectos variables en el tiempo, es necesario que evolucionen también los parámetros de estos filtros (frecuencia de corte, resonancia, etc.). Las técnicas más frecuentemente aplicadas, consisten en controlar el filtro mediante LFOs (con lo que se consigue el efecto denominado wah-wah4), o mediante envolventes.
Integración de estos elementos
Control MIDI La mayoría de sintetizadores actuales permiten modificar vía MIDI muchos de los parámetros comentados, ya sea mediante mensajes de control, mensajes de sistema exclusivo, asignándolos a la altura de la nota, a la velocidad de pulsación, al aftertouch, etc. Es obvio que cuantas más posibilidades de control MIDI ofrezcan, más expresivos podrán resultar estos instrumentos. El sampler Aunque, popularmente, sampler y sintetizador se consideren términos dicotómicos, la técnica básica del sampler no es muy diferente de la utilizada en los sintetizadores de tablas de onda; lo que estos resuelven con ingenio, el sampler lo remedia recurriendo directamente a la fuerza bruta, es decir utilizando cantidades mayores de memoria. De hecho, la barrera que separa los dos sistemas no es del todo precisa, pues aunque normalmente se espera que el sampler almacene las muestras en RAM (y no en ROM) y, por consiguiente, su contenido sea modificable por el usuario, instrumentos como el Proteus de E-Mu Systems, que poseen un enorme banco de sonidos digitalizados, son más samplers "cerrados", que sintetizadores de tablas de onda. Por otra parte, mientras que los samplers primitivos se limitaban a reproducir los sonidos digitalizados, los instrumentos actuales ofrecen posibilidades de modificación comparables a las de cualquier sintetizador. Antecedentes del sampler Incluso un instrumento tan genuinamente digital como el sampler, tiene sus precursores analógicos. El invento, de finales de los sesenta, se llamaba Mellotron, y tuvo su época dorada durante el rock sinfónico. Con el aspecto de un órgano
electrónico, incorporaba, debajo de cada tecla, un pequeño bucle de cinta magnetofónica y un cabezal. En sus tripas ocultaba pues decenas de "pletinas de casete", y era, lógicamente, muy caro y difícil de mantener. Los primeros sampler digitales fueron bastante más prácticos, pero no mucho más baratos. El Fairlight CMI, que tenía una resolución de 8 bits y una memoria de 128 Kb, costaba, cuando apareció en 1979, más de dos millones y medio de pesetas. Funcionamiento El sampler almacena en su memoria sonidos digitalizados, pero no almacena un sonido para cada altura diferente, pues la cantidad de memoria requerida sería exorbitante. En su lugar, para reproducir un sonido a diferentes alturas, los samplers pueden utilizar dos estrategias: modificar la frecuencia de salida o convertir la frecuencia de muestreo mediante interpolación en tiempo real. Modificación de la frecuencia de salida: si un sonido digitalizado a 44100 Hz es reproducido a 22050 Hz, la frecuencia resultante será la mitad (sonará una octava más grave y su duración será el doble). Para valores intermedios (un semitono, dos semitonos, etc.) el factor de corrección será lógicamente menor (y comprendido entre 1 y 2). Conversión de la frecuencia de muestreo por interpolación: si al reproducir un sonido, sólo se lee una muestra de cada dos, la frecuencia resultante será el doble (sonará una octava más aguda y su duración será la mitad). Para intervalos menores, en lugar de saltar una de cada dos muestras, se salta una de cada N. Asimismo, si se desea que suene más grave, en lugar de saltar muestras, el sampler repetirá algunas. En ambos casos, a medida que aumenta este factor de corrección, el sonido resultante se vuelve cada vez más artificial. Por ello, cuando se desea que un sampler emule instrumentos acústicos con calidad y verosimilitud, es necesario introducir en la memoria varios sonidos correspondiente cada uno a diferentes alturas del instrumento original (un sonido cada cuatro o cinco semitonos, por ejemplo). Esto hace que el proceso de creación de instrumentos realistas sea tedioso y complicado, por lo que es muy frecuente utilizar instrumentos creados por profesionales y disponibles en librerías de sonidos en forma de disquetes o de CD-ROMs6. Sin embargo, estas consideraciones no son tan importante cuando se desean crear instrumentos no realistas y personales; allí es donde las posibilidades creativas del sampler permanecen imbatidas.
Creación de instrumentos Algunos samplers disponen de conversores A/D que permiten digitalizar los sonidos que deseemos utilizar desde el propio aparato. Otros ofrecen solo entradas digitales, por lo que es preciso disponer además de algún dispositivo externo con salida digital, como un DAT o un MiniDisc para transferir la información deseada a la memoria del sampler. La mayoría suele disponer además de algún soporte magnético (disquete, disco duro), que permite leer y salvar ficheros de sonido o configuraciones completas.
Sea cual sea el método utilizado para introducir la información sonora, el usuario podrá ir incorporando los sonidos digitalizados que desee, hasta ocupar la memoria7, y utilizarlos para definir sus propios instrumentos. Cada instrumento (o programa MIDI) puede incluir varios sonidos, ya sean distribuidos en notas o registros diferentes, como superpuestos. La figura 9.6 ilustra estos casos en el programa Vienna SF Studio, el software editor del sampler de la Sound Blaster AWE32. La imagen corresponde a la configuración de un instrumento compuesto por tres sonidos. En ella se observa que, mientras el sonido OrganWave ocupa todo la tesitura MIDI, en el registro grave (hasta el Do4) se le superpone el sonido SIN440, mientras que en el registro agudo, se le añade el sonido SakuA2. La técnica de superponer diferentes sonidos se denomina multilayer (multicapa). Es importante tener en cuenta que cada capa consume una nota de la polifonía total del dispositivo, por lo que cuando los sonidos presentan muchas capas, la polifonía real (número máximo de notas simultáneas) se reduce considerablemente. El sonido producido al pulsar suavemente la cuerda de una guitarra acústica, no es simplemente menos intenso que si la pulsamos con violencia; también cambia el timbre. En la mayoría de instrumentos naturales (ya sean de cuerda, de viento, etc.) el timbre varía junto con la intensidad, en función de la fuerza con que se emite el sonido. Por ello, los samplers más sofisticados admiten lo que se denomina velocity split. Esta técnica
consiste
en
almacenar
varios
sonidos
de
un
mismo
instrumento,
correspondientes a intensidades diferentes. A continuación, en la configuración del sampler, se hace un mapeo de estos sonidos, en función de la velocidad de pulsación MIDI8. Ni que decir tiene que esta técnica consume bastante más memoria… y también paciencia. Una forma más económica de simular este efecto consiste en hacer que la frecuencia de corte de los filtros digitales varíe también con la velocidad de pulsación MIDI (normalmente, a menor velocidad, mayor filtrado).
Los loops La creación de loops o bucles es una técnica fundamental en el manejo de los samplers, ya que por mucha memoria de que se disponga, los sonidos almacenados no pueden ser "infinitamente" largos. Cuando se desee que un instrumento (como un órgano o un saxo) suene indefinidamente mientras se mantenga activada una nota MIDI, será necesario definir dos puntos, inicio y final del bucle. De esta forma, el fragmento marcado se repetirá automáticamente durante el período de sostenido del sonido. En la figura 9.7 se pueden apreciar en oscuro, los bucles aplicados a sendos sonidos de piano y de flauta. En la figura 9.8, se muestra con mayor detalle, un fragmento al que se ha aplicado un loop de un solo ciclo (las dos líneas verticales centrales). Otra posibilidad de los loops, es la de crear fragmentos rítmicos repetitivos. En estos casos, los puntos inicial y final coincidirán probablemente con el inicio y final del fichero de sonido. De cualquier forma, la creación de bucles perfectos (que no se noten) es una tarea difícil que requiere paciencia y experiencia.
MIDI Aplicaciones El MIDI es el idioma de los instrumentos musicales. El MIDI se ha ampliado en gran manera en un período de tiempo muy corto debido a que puede aplicarse a muchas situaciones diferentes. Actualmente es muy habitual utilizar el MIDI para conectar un equipo MIDI como un controlador de teclado a un ordenador. El MIDI puede incluso utilizarse para “hablar” entre instrumentos de diferentes fabricantes. Además, el MIDI puede aplicarse a muchos tipos de instrumentos. Así, un piano electrónico puede “hablar” con un sintetizador, una unidad de ritmo o un ordenador. Es decir, el MIDI tiene un gran potencial de crecimiento y desarrollo, Conversación MIDI Un conector MIDI IN, un conector MIDI OUT y normalmente un conector MIDI THRU. Estos conectores son los oídos y la boca de la conversación MIDI, y son esenciales para cualquier comunicación MIDI. La “conversación MIDI” real viaja desde el conector MIDI OUT de un instrumento hasta el conector MIDI IN de otro simplemente
conectando un cable MIDI entre estos dos zócalos. El cable utilizado tiene cinco patillas, que coinciden perfectamente con los cinco orificios de cada uno de estos zócalos. También se utiliza con frecuencia un cable de joystick MIDI, que permite conectar un equipo MIDI a un PC. MIDI IN: se utiliza para “escuchar” una conversación MIDI, es decir, es la entrada para la información MIDI. MIDI OUT: Se utiliza para “hablar”, para enviar la conversación desde un instrumento, y es por lo tanto el punto de salida para la información MIDI. El siguiente esquema muestra de manera muy sencilla la conexión entre MIDI OUT y MIDI IN. INFORMACIÓN TRANSMITIDA VÍA MIDI Canal El MIDI permite transmitir una gran variedad de información desde un instrumento maestro a un instrumento esclavo. A través de un sistema de secuenciador pueden transmitirse una o múltiples partes. Para ello, el MIDI incluye 16 “canales”. Todos los diferentes tipos de conversación MIDI pueden enviarse de manera independiente a través de estos 16 canales. Por lo tanto, con un único cable MIDI pueden tocarse hasta 16 partes al mismo tiempo
Modo Existe otra manera de hacer que el instrumento esclavo reciba la información. Este modo se conoce como “OMNI ON”, y hace que el esclavo responda a todos los 16 canales MIDI a la vez. En una instalación simple con un único maestro y un único esclavo este modo es muy útil, ya que el esclavo no tendrá en cuenta el canal utilizado por el maestro y oirá todos los canales. No obstante, al utilizar un secuenciador que toque en diferentes canales será imposible separar la información. En este caso deberá seleccionar el modo OMNI OFF para el esclavo para que éste reciba sólo la información del canal seleccionado.
También existen los modos MIDI POLY y MONO, que determinan si la información se enviará de manera “monofónica” (una nota) o “polifónica” (más de una nota). MODE 2: OMNI ON, MONO: Se recibe la información de todos los canales, pero sólo suena una nota a la vez MODE 3: OMNI OFF, POLY: Se recibe la información del canal MIDI seleccionado de manera polifónica. Este modo es muy útil con secuenciadores. MODE 4: OMNI OFF, MONO: Se recibe la información del o los canales MIDI selecciona dos, pero sólo suena una nota a la vez. Este modo es muy útil para controladores de guitarra. Contenido principal de la información MIDI El MIDI contiene muchos tipos de información, que puede utilizar para transmitir detalles de la interpretación desde el maestro al esclavo. Esta información incluye las notas tocadas o soltadas (activación y desactivación de nota), la activación o desactivación del pedal sustain, etc. La información también se divide en “mensajes de canal” y “mensajes de sistema”. Mensajes de canal Estos mensajes se envían a través de canales MIDI concretos a instrumentos específicos del sistema, y por lo tanto sólo afectan a los instrumentos que reciben la información a través de estos canales. Los Mensajes de canal incluyen la activación y desactivación de notas, la activación y desactivación del pedal sustain, la información de pitch bend, etc. Estos Mensajes de canal se dividen, a su vez, en dos categorías, “Mensajes de voz” y “Mensajes de modo”. Mensajes de voz Información de nota: La información de nota es la más básica. Simplemente indica la tecla que se ha pulsado, el momento en que se ha pulsado y el momento en que se ha soltado.
Cambios de Programa: Un Cambio de programa se utiliza para hacer que el esclavo cambie el sonido. Los sintetizadores, los pianos electrónicos y los samplers disponen de memorias con muchos sonidos. Con estos Cambios de programa el músico puede seleccionar el sonido que utilizará. También es posible seleccionar las diferentes memorias de las unidades de efectos MIDI. Cambios de control: Un Cambio de control permite añadir cambios sutiles a una interpretación, como modulación (es decir, vibrato y tremolo), pedal sustain, pedal celeste y portamento. Aftertouch: Los sintetizadores y los samplers pueden controlar el vibrato, el brillo, el volumen, etc. simplemente pulsando la tecla con mayor fuerza después de tocarla. Este efecto se conoce como “Aftertouch”, y puede utilizarse para transmitir estos efectos a través del MIDI. Evidentemente, el instrumento esclavo decidirá la manera en que utilizará esta información de aftertouch recibida. Pitch Bend: Si el instrumento maestro dispone de una palanca de pitch bend, la información podrá enviarse a través del MIDI. Aquí también el instrumento esclavo decidirá si acepta o no esta información, e incluso la cantidad de pitch bend que aplicará. Mensajes de modo Tal como ya hemos mencionado, el MIDI dispone de 4 MODOS, y los mensajes de MODO se utilizan para cambiar el MODO del instrumento esclavo. Algunos sintetizadores y pianos electrónicos se encuentran siempre en el MODO 1 (OMNI ON, POLY) al ponerlos en macha, por lo que deberá cambiarlos al MODO 3 (OMNI OFF, POLY) para utilizarlos con un secuenciador. Debido a ello, algunos secuenciadores envían de manera automática un mensaje de modo para que los instrumentos esclavos pasen al MODO 3. Si pone en marcha en primer lugar los instrumentos esclavos y a continuación el instrumento maestro conseguirá normalmente el mismo resultado. Mensajes de sistema Los Mensajes de sistema pueden enviarse independientemente de los canales MIDI a los que haya ajustado los instrumentos maestros y esclavo, ya que se utilizan para controlar el sistema MIDI en general, es decir, cada uno de los instrumentos conectados mediante cables MIDI.
CONCLUSIONES
Se concluye que por medio de la manipulación de ciertos parámetros del sintetizador se puede conseguir sonidos de acuerdo a la necesidad que se requiera en el momento. Se concluye que el lenguaje MIDI es importante para la comunicación no solo
entre instrumentos sino entre artefactos de otra índole. Se concluye que el lenguaje MIDI es el idioma que existe entre el instrumento y el sintetizador para que estos se puedan comunicar.
BIBLIOGRAFÍA
GÓMEZ, E; “Introducción a la Síntesis de Sonidos”. Disponible en
http://www.dtic.upf.edu JORDÄ, S; “Síntesis y generación digital de sonido”. Disponible en:
http://www.ccapitalia.net ROLAND; “Manual MIDI”; Disponible en: http://www.analfatecnicos.net
