Síntesis sustractiva

Por síntesis sustractiva (subtractive synthesis) entendemos aquellos procedimientos por los que creamos un sonido modelando una señal inicial. Esta modificación consiste principalmente en aplicar filtros que eliminan, atenúan o realzan la energía de ciertas bandas de frecuencias en la onda sonora de partida. Las técnicas sustractivas a menudo se combinan con otros métodos de síntesis; también se aplican sobre sonidos reales pregrabados o en tiempo real.

Estos procedimentos clásicos existen desde los inicios de la música electrónica analógica. La construcción o programación de filtros y resonadores es un arte lleno de sutilezas y detalles técnicos que determinan la calidad y cualidad de su salida. Muchos sintetizadores actuales siguen usando la síntesis sustractiva como base principal de sus sistemas.

ruido

Una de las fuentes de audio más habituales como señal inicial es el ruido (noise). Por ruido entendemos habitualmente algo negativo: es la parte de una onda que ensucia los datos que nos interesan (como el ruido de fondo de una grabación). En un sentido físico, el ruido es una señal desordenada que enturbia la señal que queremos capturar, y que suele tener energía en rangos muy amplios de frecuencias (a veces en todo el espectro). Si analizamos una señal que sólo contenga ruido, lo que veremos es una secuencia desordenada de valores, y es justamente así cómo se sintetiza ruido con el ordenador: creando números aleatorios según ciertas características deseadas de distribución o secuenciación.

ruido blanco

El ruido blanco (white noise) contiene la misma energía en todo el rango de frecuencias. Su sonido es similar al de una radio o televisión analógica sin sintonizar, o a hacer sonar la consonante shhh con la boca. Como tenemos energía en todas las frecuencias, virtualmente podríamos crear cualquier sonido quitando todo lo que sobra, como esculpiendo un volumen de piedra para extraer la escultura que está dentro en potencia.

Generar ruido blanco es sencillo: sólo hay que producir una secuencia de valores aleatorios de amplitud positiva y negativa con una distribución uniforme, lo que implica que todos los valores de amplitud tengan la misma probabilidad de aparecer en la señal. En SuperCollider el UGen que lo produce es WhiteNoise.

ruido rosa

Un tipo de ruido más cercano al que oímos en fenómenos naturales es el ruido rosa. En un entorno físico las frecuencias agudas se absorben más rápidamente con la distancia. El ruido rosa es similar al ruido que produce una catarata caudalosa a cierta distancia. Cuanto más nos acercamos a la cascada, más se aproxima el sonido al ruido blanco. Técnicamente, en el ruido rosa (pink noise) la energía va decreciendo de manera que una frecuencia cualquiera tiene 3 decibelios menos de intensidad que su octava baja. El resultado es que la potencia acumulada de todas las frecuencias de cada octava es igual: por ejemplo, en las bandas 500—1000 Hz, 1000—2000 Hz o 2000—4000 Hz la intensidad sonora integrada es la misma. Es un tipo de ruido muy usado en aplicaciones de ingeniería y en multitud de procesos físicos más allá de lo sonoro.

La generación de ruido rosa se suele hacer pasando el ruido blanco por un filtro pasabajos ajustado convenientemente para conseguir la relación de intensidad descrita. En SuperCollider el UGen que lo produce es PinkNoise.

ruido browniano

Si nos alejamos de esa catarata imaginaria las frecuencias agudas se atenuarían aún más, quedando un timbre general más opaco y grave. El sonido sería similar al ruido browniano (brownian noise o brown noise), en el cual la disminución de intensidad por octava es de 6 decibelios.

Por el modo de generarlo, a este movimento se le llama también movimento del paso de borracho. En efecto, la señal se genera con pequeños incrementos aleatorios positivos o negativos desde el valor anterior. El resultado es un camino errático alrededor del punto central, pero sin saltos bruscos. El UGen correspondiente es BrownNoise.

otros tipos de ruido

Además de los tres anteriores, existen infinidad de procesos para crear señales aleatorias, cada una con características espectrales propias. En los ejemplos de este artículo empleamos también estos generadores:

• ClipNoise: ruido clipado, cuya señal sólo tiene los valores máximo y mínimo de la amplitud deseada, resultando en una serie aleatoria de saltos de la mayor brusquedad posible, que producen clics desordenados muy pegados entre sí. El espectro resultante es como el ruido blanco pero con mayor intensidad y brillantez.
• GrayNoise: la idea del ruido gris es ajustarse a la sensibilidad humana para equilibrar frecuencias y conseguir la sensación psicoacústica de la misma energía en todos los registros, lo que implica atenuar las bandas de frecuencias en las que somos más sensibles y viceversa. La implementación puede variar mucho según programas. En SuperCollider tiene una cualidad bastante rugosa.
• Ruido de baja frecuencia (low frequency noise): cuando el ritmo de generación de los valores aleatorios del ruido tiene baja frecuencia, puede emplearse principalmente para modular otros parámetros, funcionando así como una envolvencia con un rango aleatorio entre ciertos valores definidos. Entre esos valores podemos crear escalones, con LFNoise0, interpolaciones rectas, con LFNoise1, o curvadas, con LFNoise2.

impulsos

En total oposición al ruido como flujo constante de valores, el impulso (impulse) consiste en un salto de amplitud virtualmente instantáneo: es un punto aislado en medio del silencio. Sin embargo, su espectro es teóricamente idéntico al del ruido blanco: tenemos energía puntual en todas las frecuencias del espectro, y por tanto podemos filtrar y extraer sonidos de cualquier altura deseada.

Estos impulsos pueden producirse periódicamente, con Impulse, o estar distribuidos aleatoriamente con arreglo a cierta densidad, con Dust.

filtros

De entre la infinidad de filtros disponibles, usaremos los más característicos:

• Filtro pasabajos (low pass filter), con LPF, que bloquea frecuencias superiores a una dada.
• Filtro pasaaltos (high pass filter), con HPF, que bloquea frecuencias inferiores a una dada.
• Filtro pasabanda (band pass filter), con BPF, que sólo deja pasar una banda de ancho variable centrada en una frecuencia dada.
• Filtro rechazabanda (band reject filter), BRF, inverso al anterior, que atenúa una banda de ancho variable centrada en una frecuencia dada.

Estos filtros son análogos a procesos que suceden de manera natural. El silbido puede contemplarse como un filtro pasabanda aplicado al flujo de aire turbulento que sale por la boca al soplar. En función de la posición de los labios, el filtrado puede conseguir un sonido más o menos limpio, lo que equivaldría a modular el ancho de banda filtrado.

resonadores

Un resonador (resonator) recrea el efecto que ejercería una cavidad o un objeto que propiciase la retroalimentación de ciertas frecuencias, reforzándolas como ondas estacionarias y, por tanto, haciéndolas más prominentes. Los resonadores que usaremos son Ringz, Resonz, y los filtros resonantes RLPF y RHPF, que son respectivamente un filtro pasabajos y pasaaltos que incorporan un resonador en la frecuencia de corte.

ruido como envolvencia

Las técnicas sustractivas pueden ser combinadas con los osciladores propios de la síntesis aditiva. Cualquier señal puede usarse como envolvente para modular otra señal. El ruido es una secuencia compleja de valores que puede conseguir texturas ricas al controlar la frecuencia, la amplitud, la espacialización o cualquier otro parámetro de un oscilador simple.

Finalmente, en los ejemplos arquetípicos siguientes puede comprobarse que síntesis aditiva y sustractiva llegan a tocarse en un continuo: un ruido muy filtrado se convierte en una onda senoidal; un oscilador simple modulado con mucha rapidez termina generando ruido. Entre la extrema simplicidad de la sinuoide y la extrema complicación de la aleatoriedad máxima se sitúa la música, que puede entenderse como la búsqueda del equilibrio ideal entre complejidad y sencillez.

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