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Come funziona un sintetizzatore

sintetizzatore

Quando senti il suono di un sintetizzatore, stai ascoltando un segnale elettrico che interagisce attraverso delle componenti elettroniche che in base alla loro disposizione concorrono alla creazione del suono.

Ogni sintetizzatore ha almeno quattro elementi fondamentali, grazie ai quali è possibile costruire un suono da zero:

Il segnale elettrico in ingresso (IN), infatti, attraversa in primis la sezione oscillatori OSC responsabili di generare il suono ed è possibile regolare i volumi di ognuno dei vari oscillatori attraverso un modulo mixer per OSC.
Il suono emesso viene poi indirizzato in una sezione dedicata ai filtri VCF (Voltage Controlled Filter) per essere modellato e successivamente, attraverso un modulo generatore di inviluppo EG (Envelope Generator à ADSR), abbinato ad un amplificatore VCA (Voltage Controlled Amplifier) è possibile controllare il volume in uscita nel tempo.
Infine il suono può essere modellato ulteriormente da una o più sezioni di oscillatori a bassa frequenza LFO il cui routing può inserirsi in ogni punto dello schema per modulare ed ottenere diversi risultati sonori.

schema a blocchi semplificato di un sintetizzatore.

VCO E DCO


La genesi del suono elettronico è da attribuire al primo elemento della catena di sintesi, l’oscillatore (OSC), un circuito elettronico in grado di generare un’onda sinusoidale percepibile dalle nostre orecchie come un suono lineare e stabile.

Gli oscillatori di un sintetizzatore si possono dividere in due macro categorie relativamente alla loro tipologia di funzionamento:

VCO (Voltage Controlled Oscillator) controllati da tensione elettrica CV.

DCO (Digital Controlled Oscillator) invece è un oscillatore ibrido subentrato in seguito.

Attraverso la variazione del voltaggio (VC), l’oscillatore può originare molteplici timbri che variano in forma, ampiezza e diversi periodi di ripetizione delle oscillazioni.
Questo darà come risultante suoni con frequenze diverse che vengono misurati in cicli per secondo (hertz).
Più cicli per secondo si hanno più alto in termini di frequenza sarà il nostro suono, invece, con meno cicli per secondo, avremo un suono di frequenze più basse.

Ad esempio un suono di 80hz di frequenza è un suono di frequenza bassa che genera una forma d’onda sinusoidale con 80 ripetizioni al secondo.

Un suono a 1500hz è un suono che avrà un’onda sinusoidale con 1500 ripetizioni al secondo. Ogni precisa frequenza genera anche una nota precisa infatti i 440Hz generano esattamente il LA dell’ottava centrale.

Cambiando ottava si cambierà frequenza esattamente nei multipli di quella specifica frequenza.

Se torniamo sul LA a 440hz di ottava centrale, salendo di un’ottava automaticamente il LA di questa ottava superiore genera una frequenza di 880 Hz, lo stesso avviene scendendo di ottava. Infatti l’ottava al di sotto di quella centrale sul LA verrà generata una nota con frequenza di 220Hz e così via a 110Hz se scendiamo ancora sarà 55Hz.

 Onde sinusoidali a differenti Hz. Allaumentare della frequenza aumentano i periodi di oscillazione allinterno dello spazio di tempo di un secondo.


Partendo dalla prima forma d’onda sinusoidale generata dall’oscillatore che al variare della frequenza (e della nota) varia in termini di ripetizioni al secondo si è arrivati a sommare più forme d’onda a frequenze diverse creando così nuove forme d’onda o con più oscillatori o attraverso le note della tastiera. Un accordo ad esempio non è altro che la somma di tre note con frequenze diverse. La somma di 3 onde sinusoidali con ampiezza e periodi di ripetizione diversa non sarà più una classica sinusoidale ma un’onda ad esempio quadra (square).

Questo fenomeno con cui i suoni emessi da oscillazione si sommano generando nuovi modelli sonori, rappresenta il concetto base della sintesi additiva e le oscillazioni cicliche che ne derivano sono oggi rappresentate da pattern visuali che sono stati fissati nel tempo tra cui i più comuni sono diventati un fondamento della musica elettronica e presenti ormai nella maggior parte dei sintetizzatori.

Le principali e più comuni forme d’onda, sine, square, triangula, sawtooth


Dopo la sezione di oscillatori, da dove abbiamo visto che il suono esce lineare e stabile, il routing sonoro viene indirizzato a una sezione dei FILTRI che sono responsabili di far transitare fino all’orecchio umano solo una parte del suono generato dagli oscillatori. Proprio rimuovendo determinate frequenze nell’onda acustica, essi modellano il timbro del suono sottraendone delle frequenze.

Questo fenomeno racchiude il principio della sintesi sottrattiva.

I filtri poi, esattamente come gli oscillatori, possono essere controllati analogicamente come i VCF (voltage controlled filter) o governati da circuitazione digitale DCF (digital controlled filter); tra le varie tipologie il più comune è il filtro passa basso LPF, (low pass filter) che rimuove le frequenze al di sopra di un determinato valore definito frequenza di taglio o CUTOFF, questo valore a sua volta può essere influenzato modificando lo Slope rate, una funzione che serve a rendere più o meno brusca la frequenza di taglio in rapporto alla pendenza.
La pendenza del filtro, ossia quanti decibel di attenuazione vengono applicati in ogni intervallo di un’ottava (dB/Oct), oltre a determinarne la qualità di filtro stesso scaturisce anche un fenomeno chiamato resonance che consiste in un’auto oscillazione che enfatizza una ristretta fascia di frequenze, precisamente quelle più prossime al taglio del CUTOFF.

ADSR

Il suono creato attraverso la somma di più oscillatori e in seguito filtrato viene poi indirizzato in un modulo chiamato Envelope generator EG in grado di controllarne il volume nel tempo modificando la tensione del segnale inviata all’amplificatore AMP, generalmente un generatore di inviluppo dispone di quattro parametri fondamentali attraverso i quali è possibile conferire una forma al suono definendone ulteriormente il timbro:

•attack (quanto tempo il suono da zero arriva al volume più alto).

•decay (quanto tempo dal volume massimo di attack passa al volume di sustain).

•sustain (l’ampiezza del volume a regime).

•release (dopo quanto tempo il suono finisce dal momento del rilascio del tasto fino a 0dB) è importante specificare che la release è l’unica fase dell’inviluppo che non e possibile controllare attraverso controllo diretto del voltaggio (quindi pressione e rilascio di un tasto nella tastiera) inoltre, spesso nella plancia di controllo di un sintetizzatore è presente anche un Filter Envelope, un secondo inviluppo relativo solo alle caratteristiche nel tempo del filtro.

 schema raffigurativo delle quattro fasi dell’inviluppo ATTACK DECAY  SUSTAIN RELEASE

Dopo la fase di controllo dell’inviluppo il suono potrebbe ordinariamente essere mandato in output.
Nella maggior parte dei casi è possibile che sia presente una seconda sezione di oscillatori a bassa frequenza chiamati LFO (low frequency oscillator) dedita alla modulazione e creazione di timbriche ed effetti di varia natura.

Si tratta infatti di un oscillatore che si muove a frequenze estremamente basse e quindi inaudibili poiché sotto la soglia di 20Hz percepibile dall’orecchio umano, che non viene usato quindi per generare un suono, bensì per modulare altri aspetti come la tonalità, il volume o il filtro, un noto effetto ottenuto combinando due diversi segnali tramite LFO in una nuova frequenza è il ring modulator che produce un tipico sound metallico.

Dopo aver approfondito quello che inizialmente era la catena semplice o l’ordine classico degli elementi con cui sono stati creati i primi sintetizzatori e i primi modelli di sintesi è fondamentale capire anche come nel tempo la sperimentazione e la costante aggiunta di ulteriori elementi alla chain, abbiano portato a sviluppare ulteriori modelli di sintesi e tipologie di timbro.

Quando si parla di sintetizzatori oggi la varietà di marche e modelli ci porta subito a classificarli e suddividerli per tipologia di sintesi.

Dalla prima a essere sperimentata che è stata la sintesi additiva dove, come abbiamo visto, si sommavano più sinusoidali a frequenze diverse, si è passati poi alla sintesi sottrattiva con l’implementazione dei filtri che “sottraevano” suono, a alla sintesi per modulazione di frequenza o sintesi (FM) che è una delle tipologie di sintesi più utilizzate ed il primo synth FM a divenire noto tra i musicista fu il celebre DX7, prodotto da Yamaha nel 1982.

Nella sintesi FM, la sinusoide di un oscillatore viene modulata da un secondo oscillatore detto anche “portante“, in questo modo il suono “puro” di un oscillatore detto “statico”, si arricchisce di nuove armoniche in modo molto variabile; la maggior parte dei suoni presenti in natura viene generata attraverso modulazione di frequenza, questo sistema è infatti utilizzato per riprodurre timbri verosimili ai suoni presenti in natura e sono molto adatti per riprodurre quindi strumenti a corda come bassi e pianoforti.


Yamaha DX7 – 1982

Ultima ma non per questo meno importante la Sintesi Granulare.

La sintesi granulare si basa sulla scoperta della natura corpuscolare di un suono, oltre che ondulatoria.
Esistono anche sintetizzatore a modelli fisici, basati su analisi e re-sintesi e infine i synth basati sui sample.

Resta comunque un punto saliente quando si parla di sintesi.
Qualunque sia il modello di sintesi usata, cercate sempre di creare il vostro sound unico e distintivo… perché solo cosi riuscirete a lasciare il segno!

Alex Tripi
Nello Greco
A.K.A. The ReLOUD

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