Sintetizadores

Síntesis (38): Cómo crear sonidos FM/DX en analógicos

Los sonidos de los DX irrumpieron en los 80 con fuerza. La fuerza de unos colores no antes oídos emanando de un sintetizador. Aproximarlos en sintes analógicos es factible, pero hay que conocer algunos conceptos (VCOs exponenciales / lineales / through-zero) y aplicar trucos para salvar las dificultades más habituales.

Quizá os cueste a muchos entender el texto de este tutorial de hoy, pero el vídeo está hecho para que cualquiera pueda detectar y subsanar el problema más grave al tratar de crear un ‘DX’ analógico, aplicando un truco cuya presentación es el principal objetivo de esta entrega. Sonidos tipo DX a pesar de a menudo se diga que es imposible si el sinte lleva VCOs exponenciales (basados en V/oct, los más frecuentes en analógicos). No tan imposible, tal como oiréis y veréis en el vídeo.

La FM no es sólo cosa de los DX

La síntesis FM descubierta (más que inventada, como él mismo gusta en recalcar) por John Chowning, es el motor de los renombrados sintes DX de Yamaha. Podéis encontrarla descrita en otros capítulos del curso de síntesis . Sigue teniendo hoy valor por los colores peculiares que consigue, tan diferentes a las técnicas de filtrado más convencionales en sintes sustractivos. De hecho, este mismo enero hemos visto el revuelo armado por la llegada de propuestas tan distintas como el Korg Volca FM o el Yamaha Montage y su renovada FM-X, que siguen siendo sistemas digitales.

¿Para qué querríamos usar analógicos en la creación de sonidos FM? Hay una razón evidente de versatilidad, de querer sacar sonidos diferentes de los sintes que ya tenemos en nuestras manos. Pero también habría otra relacionada, como tantas veces, con la ausencia del aliasing que causa el muestreo. La modulación FM extiende rápidamente la colección de rayas/parciales/armónicos de un sonido, y al hacerlo fácilmente desborda el límite de Niquist y provoca el molesto aliasing cuando la implementación es digital.

Cierto que a veces gusta el alias, y en los sonidos DX se le saca provecho a menudo. Pero otras veces se convierte en un compañero indeseado. Una FM analógica puede permitir una mejora en ese sentido al no haber muestreo. [Aviso a expertos: ser analógico no evita el ‘otro’ aliasing que causa la FM: el que se produce en torno a la frecuencia cero al modular las frecuencias negativas. No lo evita porque no es producto de ningún muestreo sino de la propia modulación]

No es menos cierto que ser analógico conlleva también impurezas que suelen impactar más en procesos tan exigentes de precisión como una FM al estilo Yamaha. Con todo, y aunque hemos asociado FM y DX siempre a sistemas digitales, es factible crear sonoridades evocadoras de la FM en sintes analógicos y VA. Factible pero no siempre trivial.

Parecería que todo lo necesario es contar con un sinte que permita modular la frecuencia de un oscilador desde la señal producida por otro oscilador. Pero hay algo más.

FM analógica y su problema

Centrémonos en sintes analógicos, aunque argumentos parecidos pueden realizarse con los VA. Las entradas de modulación de muchos VCOs fueron pensadas para aportar control de las notas desde un teclado y para realizar vibrato (modulando desde un LFO y generando una excursión ‘interválicamente’ simétrica, como podría ser subir y bajar medio semitono). Tanto para un caso como para el otro, en el formato habitual de definición de control por tensión del tono, que no es otro que el estándar V/oct, la reacción del oscilador es ‘exponencial’ respecto a la tensión de control. Pensad por ejemplo que obtuviéramos el do central cuando aplicamos 2V. Con 1V estaríamos en el do previo y con 3V en el siguiente.

Para hacerlo más simple pensemos que esos 2V generaban una señal de 200Hz. Con 3V estaríamos una octava más allá (400Hz). Con 1V generaríamos una octava menos (100Hz). El salto en Hz que provoca añadir un voltio es en este caso ‘subir’ 200Hz, mientras que quitar un voltio ‘baja’ sólo 100Hz. Es evidente que no es un recorrido simétrico en Hz. Es sólo simétrico en cuanto a intervalo musical (sube y baja una octava), pero no en los valores en Hz. ¿Cuál es el punto medio de ese sonido con vibrato que no para de moverse entre 100 y 400 Hz? Sí, no tengáis miedo y decidlo: 250 Hz. Pero… ¿no partíamos de un oscilador ajustado a 200Hz? Ese es el problema. La modulación nos ‘desafina’ al oscilador.

Pensad ahora en un vibrato (siempre se ha dicho que la FM son unos vibratos forzadísimos, ¿verdad?). Una pequeña aportación desde un LFO (digamos una senoide de +/- una decena de voltio o menos) generará una excursión en torno al valor inicial. Pero esa excursión será un salto ‘mayor’ en Hz hacia arriba que hacia abajo. Como resultado, ese tipo de vibrato actúa, sin quererlo, desplazando el punto ‘medio’ del resultado. Sí, estamos desafinando la nota hacia arriba. No es algo que con las velocidades y profundidades de un vibrato normal llegue a ser molesto o notable, pero está ahí.

Desplazamiento de tono en FM con VCOs exponenciales
pablofcid

Vibratos, desafinación y FM

Aquí es donde viene el meollo de la cuestión: cuando pretendemos (como Chowning, como los DX) llevar la velocidad y la intensidad del ‘vibrato’ a valores altos, esa desafinación sí pasa a ser muy apreciable. Lo podéis ver en el vídeo que acompaño, realizado usando los osciladores ‘Odyssey of Sound’ de Corsynth, unos VCOs analógicos con entradas de control basadas en V/oct, es decir, con control exponencial del tipo de lo que podéis encontrar en infinidad de analógicos.

Os lo ilustro con un gráfico idealizado para que se entienda mejor.

El desplazamiento de la portadora causa inarmonicidad
pablofcid

Podéis ver en el espectro cómo se desplaza el ‘centro’ de las rayas de la portadora hacia arriba como resultado del vibrato. Cuanto más intensificamos la acción del vibrato más de desplazan. Doblemente problemático cara a realizar sonidos ‘DX’ a partir de un analógico:

  1. Por una parte, si ajusto las frecuencias portadora y moduladora a una cierta relación (típicamente una relación de enteros bajos, para intentar obtener sonidos armónicos), en el momento en que module, el ‘desplazamiento’ que va a sufrir la portadora en cuanto a su frecuencia va a romper la relación que las ligaba. Deja de ser una razón de enteros sencilla, y pasa a ser arbitraria, imposibilitando el mantenimiento del carácter armónico. Podréis pensar que eso se corrige ‘a oreja’ resintonizando la portadora para que vuelva a su sitio, pese a que esté modulada. Pero falta la segunda dificultad.
  2. Los sonidos FM tipo DX sólo son interesantes cuando hay movimiento tímbrico en ellos. Igual que usamos envolventes aplicadas a un filtro para dar movimiento al sonido de cada nota, en FM usamos envolventes aplicadas a la señal moduladora que modifican el número de rayas que aparecen en torno a cada parcial de la portadora. Pero variar el nivel de la portadora implica variar la intensidad de la modulación, y con ello variamos también cuánto se ‘desafina’ la portadora. Lo que hace imposible cualquier intento de ‘resintonizarlas’, el desajuste varía con la envolvente de la moduladora, no es fijo.

¿Tiramos la toalla? No, no. Sigamos un poco si aún estáis ahí, que el fruto lo merece.

VCOs exponenciales, lineales y thru-zero

El problema es que nuestros VCOs son habitualmente ‘exponenciales’ (basados en estándares tipo V/oct). Responden de esa forma ‘exponencial’ a las señales de control. Las modulaciones sobre ellos acaban tenidas del carácter exponencial y se introduce ese corrimiento en frecuencia.

Mientras tanto, la FM de los DX exige la capacidad de modular linealmente. Exige que el desplazamiento hacia arriba y hacia abajo sea de la misma profundidad. Algo así como un vibrato que al afectar a una portadora de 200Hz la llevara en sus extremos a 190 y a 210 Hz, por ejemplo. O, si forzáramos un ‘supervibrato’ mucho más intenso, la desplazara desde 100 hasta 300 Hz (no desde 100 a 400 Hz, como relatábamos antes). Con eso mantienen la nota y garantizan mantener la armonicidad de las rayas generadas cuando hay una relación racional (la famosa ‘ratio’ de los DX) sencilla entre las frecuencias portadora y moduladora.

A este respecto los mucho menos cotidianos osciladores basados en el sistema Hz/V sí cuentan de forma natural con entradas de control que hacen posible esa modulación lineal, no exponencial. Responden a incrementos iguales de tensión con un mismo salto en Hz, no con un mismo ‘intervalo’ musical. Algunos sintes antiguos de Korg y Yamaha seguían este esquema, pero no es habitual que permitieran la modulación entre osciladores y se quedaban, como era propio de aquellos tiempos, en ejercicios de mero vibrato a partir de LFOs. En otros casos se han añadido a osciladores de control exponencial entradas para control lineal (realizan la conversión necesaria de formato de control internamente), pero de nuevo son minoría los osciladores dotados de esa capacidad.

Hay otro aspecto más que el rigor de las matemáticas estudiadas por Chowning y luego implementadas por Yamaha exigiría para tener pleno rigor en la recreación de sonidos DX. Cuando modulamos por ejemplo una portadora de 200Hz con una intensidad muy (muy) grande que realice una excursión de 300 Hz arriba y abajo… resulta que 200-300 son -100Hz. ¿Hz negativos? Glups. Algo que las matemáticas aguantan: se trata de que cambie el sentido de la oscilación, que se invierta. Algo que pocos osciladores contemplan. Deberían ser osciladores ‘through-zero’, una etiqueta que veréis sobre poquísimos VCOs, si acaso en alguno de tipo modular, pensado específicamente para facilitar la creación de modulaciones. Por ejemplo en la noticia sobre novedades Doepfer para 2016 encontraréis precisamente un par de módulos de oscilador de tipo ‘thru-zero’ (también llamada así) y con entradas tanto exponenciales como lineales de modulación. Pero no es lo habitual.

Como veréis en el vídeo, la falta de la característica thru-zero, aunque importante para poder recrear el espíritu DX en plenitud, no nos elimina la posibilidad de llegar a crear sonoridades muy claramente FM/DX con VCO ‘normales’ (de control exponencial). El principal y más grave ‘defecto’ de la modulación exponencial cara a los sonidos DX es el desplazamiento de la frecuencia portadora. Y ese es el que vamos a contrarrestar con un pequeño truco.

El truco: sync al rescate

Pensemos un momento: tenemos dos osciladores, portador y modulador. Pensemos en una ratio 1:1 (bastante habitual). Implica que están sintonizados a la misma frecuencia. Pero al modular el portador deriva hacia otra frecuencia.

¿Porqué no forzar una ‘sync’? Podemos hacer que el oscilador portador esclavice su frecuencia a la del oscilador modulador, que vive libre, sin estar modulado, y por tanto es una buena referencia de frecuencia estable. Tal como veréis en el vídeo, el truco es eficaz y consigue desde luego evitar la deriva del oscilador oportador, permitiendo reconocer en el resultado colores que recuerdan al par básico FM creado con dos operadores en un DX.

Ciertamente, siendo puristas hay más cosas que considerar. Por ejemplo, algo de ‘key scaling’ en el nivel de salida del modulador, que podríamos lograr por ejemplo en un modular mediante un VCA cuya ganancia estuviera intervenida desde la tensión que llega del teclado (el pitch CV). Y otros muchos más aditamentos y refinamientos. Pero como comprobáis en el vídeo, el objetivo de obtener la sonoridad FM mediante analógicos está al alcance mediante el uso de la ‘sync’ entre osciladores como forma de paliar la deriva en frecuencia asociada al control ‘exponencial’ o interválico de su frecuencia.

¿Qué pasa con otras relaciones que no sean 1:1? Lo más habitual es que la portadora sea un múltiplo de la moduladora (salvo que deseemos campanas a gogó). Con relaciones como 2:1, 3:1, etc. habría que tener en cuenta que se supone que hemos sintonizado con bastante precisión (minimizando batidos) los dos osciladores para que guarden la relación justa de octavas, o del intervalo de que se trate. En esas condiciones, el hecho de que forcemos la sincronización también ayuda a conseguir el objetivo de mantener cierto control, sin que se dispare la deriva en frecuencia de la portadora. Otra opción, más segura, especialmente cuando las relaciones empiecen a ser muy distantes o sean de tipo fraccional como 7:3 u otras, sería usar un tercer oscilador sintonizado a la frecuencia deseada en la portadora, y cuyo objetivo sólo sea servir de maestro para esclavizarla.

El truco de un oscilador aparte, sólo para servir de maestro para la ‘sync’ sería también aplicable para uno de los recursos típicos en DX: el uso de la modulación de un operador sobre sí mismo (realimentación o feedback). En ese caso no sería factible la sincronización, porque no contaríamos con la señal de referencia que nos ofrecía el modulador, y sería necesario usar otro oscilador que ofrezca esa referencia. Y si os da pena ‘gastar’ un oscilador sólo para esa función, no lloréis tanto: recuperadlo mezclado con el resultado de la modulación para que os aporte un refuerzo del fundamental y el ‘cuerpo’ de la nota (que con la modulación posiblemente haya desaparecido generando un sonido mucho más brillante y adelgazado).

FM y sintes VA (ejemplo con Virus TI)

En muchos sintes VA, gracias a la facilidad que ofrece el que sean sistemas software, podremos encontrar tanto posibilidades de modulación exponencial como de modulación lineal. Incluso con elementos directamente pensados para posibilitar FM entre osciladores al estilo DX. Estad atentos a la escucha de los resultados y a las posibilidades de control que os ofrezcan para saber si están funcionando tipo ‘DX’ o más bien ‘FM exponencial’.

Por ejemplo, en los Access Virus TI hay una opción que permite modular la frecuencia de un oscilador desde otro. Establecemos el índice de modulación y listo. Funciona de forma que no rompe la armonicidad si partíamos de relaciones racionales de frecuencia (lo de las ratios con números enteros). Pero sin embargo en esos Virus TI hay algo que aparenta no estar presente: como no hay envolventes de nivel independientes para cada oscilador, no podemos modificar el nivel de la moduladora. La envolvente de nivel es posterior al hecho de la modulación: es la clásica aplicada al ‘VCA’ que a su vez es posterior al filtrado, nada que ver con la salida individual de los osciladores.

Tampoco veréis en su lista de destinos de modulación la posibilidad de rutar una envolvente hacia la amplitud de un oscilador concreto. Pero lejos de desanimaros, si miráis con mimo las posibilidades de los destinos de modulación, encontraréis que la ‘intensidad de la modulación FM’ sí está en la lista. Rutad una envolvente hacia ella y acabáis de ganar control sobre el índice de modulación, y por lo tanto ya tenéis un par FM básico disponible. Disponible y con muy buenos resultados que he aprovechado en más de una ocasión (aunque ahora mismo no tenga a mano un Virus con el que mostrároslo).

Tabla de ratios FM e intervalos (semitonos y cents)

Una última cosa, que suele complicar la vida al crear FM con analógicos y VAs: el ajuste de las ratios. Recordad que 1:1 es unísono, y 1:2 o 2:1 son relación de octava (también lo son 1:4, 1:8, 1:16…). Pero otras muchas ratios no son mera octavación. Por ejemplo 2/3 es una quinta justa.

Os dejo aquí una tabla de algunas ratios útiles, como ejemplo. Os doy las ratios 1:1 hasta 1:16 y los semitonos y cents necesarios para lograrlas. En realidad a oreja se ‘sintonizan’ bien una vez que estás situado en un intervalo cercano al necesario, pero alguno habíais solicitado que ofreciera estas correspondencias.

Conversión ratios a intervalos (semitonos y cents)
pablofcid

Para calcular ratios tipo n:m sencillamente sintonizad cada uno de los dos osciladores como si fuera una supuesta 1:n y 1:m respecto a un invisible oscilador que actúa como referencia del ‘1’ y lo tenéis hecho.

Pablo Fernández-Cid
EL AUTOR

Pablo no puede callar cuando se habla de tecnologías audio/música. Doctor en teleco. Ha creado diversos dispositivos hard y soft y realizado programaciones para músicos y audiovisuales. Toca ocasionalmente en grupo por Madrid (teclados, claro).

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